帶消浪孔沉箱上部胸墻裂縫控制

王正喜，梁 鵬，朱念強，張志勇，劉智盈

（1.山東港口青島港建設管理中心有限公司，山東青島 266500；2.山東港灣建設集團有限公司，山東青島 266500）

引言

青島港董家口港區華能碼頭二期工程的建設完成，使兩側泊位順岸相連，形成了完整的規劃岸線，新增碼頭年通過能力569 萬t。同時，本工程直沖防波堤口門，碼頭岸線的形成對后方建筑、場地起到了極大的保護作用，將不再受風浪侵襲，保障了港區生產、作業安全進行。

本工程沉箱外墻上部設有多個消浪孔，其優勢在于可降低波浪的反射力，從而實現工程結構的穩定性。由于開孔沉箱有著獨特的消浪單元，使得波浪產生的力發生非同相位疊加，從而抵消很大一部分受力，減少對結構的作用，但開孔沉箱上部胸墻往往因受到波浪影響產生裂縫。本文結合工程實例，針對帶消浪孔沉箱胸墻的裂縫特殊成因與控制措施進行針對性分析。

1 工程概況與特點

1.1 工程概況

本工程位于青島港董家口港區，建設2 個5 萬t級通用泊位（西側298 m 碼頭結構按靠泊12 萬t級船舶設計，東側218 m 碼頭結構按靠泊10 萬t級船舶設計）及相應配套設施。碼頭總泊位長度516 m，分為新建標準段、取水口段、新建過渡段及改造段。主體采用鋼筋混凝土沉箱結構，沉箱上部為23 段胸墻、10 段軌道梁及相關施工。沉箱后拋填10～100 kg 塊石棱體，其后鋪設二片石和混合倒濾層。護舷采用1700H 一鼓一板鼓型橡膠護舷，系船設施采用1 500 kN 系船柱。

1.2 工程特點

由于本碼頭正對防波堤口門，受到風浪影響頻率較高，波向主要分布在ESE～SSE 向，頻率約59.52 %左右；其中SE 向為常浪向，頻率為29.34 %。實測最大波高出現在ENE 向，波高為2.5 m，對應平均波周期5.2 s，對應風向NW 向，風速3.2 m/s。對本工程施工影響較大。故在設計沉箱結構時，設計院采取了帶消浪孔沉箱，以減少波浪對沉箱的沖擊力。

2 裂縫成因分析

2.1 裂縫常見成因

1）混凝土內外溫度差導致結構產生自生應力裂縫

胸墻澆筑時，大量的水化熱聚積在混凝土內部而不易散發(混凝土內部溫度升達70 ℃左右)，導致內部溫度急劇上升，而混凝土表面散熱較快，造成內部與外部溫差較大，熱脹冷縮的程度不同，使混凝土表面產生一定的拉應力，混凝士表面就會產生裂縫。在混凝土的施工中當氣溫溫差較大或混凝土受到寒潮襲擊時，表面溫度急劇下降，產生收縮，表面產生拉應力，結構表面產生裂縫。

2）分層澆筑混凝土間產生的約束應力裂縫

分層澆筑胸墻混凝土時，特別是兩層混凝土澆筑間隔時間較長，下層混凝土完成大部分收縮，其作為一個剛體對上層混凝土產生約束，不能自由變形，就會使結構出現裂縫。分層澆筑的胸墻施工縫處理不規范，上下層間聯系薄弱時，容易因上層混凝土收縮變形產生裂縫。

3）混凝土收縮裂縫

混凝土在硬化過程中將產生一定的收縮，當水灰比較大、用水量較多時，混凝土自身的收縮增大。收縮裂縫多發生在大體積混凝土中，常發生在結構變截面處，裂縫多為規則的條狀，很少交叉。

4）應力集中裂縫

胸墻上設有系船塊體和各種工藝管溝，這些塊體和管溝四角處容易產生應力集中，導致在塊體周圍和管溝四角處出現斜向裂縫。

5）混凝土沉縮裂縫

混凝土硬化初期尚處于一定的塑性狀態，混凝土骨料在自身重力作用下將會發生下沉，振搗不密實的混凝土在硬化的初期也產生一定沉縮，當這種沉降受到模板或鋼筋的約束時，將導致混凝土產生塑性變形裂縫。

6）混凝土表面干縮裂縫

施工過程中或混凝土后期養護不當，表層的水分容易散失，過早干燥，將造成混凝土表面出現干縮裂縫?；炷帘砻娴母煽s裂縫不僅與施工條件、養護情況等有關，而且也與混凝土的技術條件有很大關系。未摻加減水劑、水灰比大、單位體積用水量大和泌水情況嚴重的混凝土，表面容易產生干縮裂縫。

7）與骨料質量有關的裂縫

砂的含泥量及粒徑對混凝土干縮也有較大影響，隨著含泥量增大，混凝土收縮增大，抗拉強度降低。石子粒徑加大，混凝土配合比不變情況下，其用水量或水泥用量相應減少，混凝土收縮隨之減少。摻入減水劑、緩凝劑和引氣劑等外加劑以改善混凝土性能，增加混凝土抗裂能力。

8）與切縫有關的裂縫

切縫不及時，沒有及時將混凝土收縮應力集中到切縫的斷面上。另外，早拆?；虿鹉２划斠约盎炷劣不霸馐軘_動或承受荷載等都可能產生裂縫。

2.2 沉箱胸墻裂縫主要成因

上述8 個原因均可能產生混凝土裂縫，本工程較為特殊，如此前所述，項目受風浪影響較大，且大部分沉箱為消浪孔沉箱。波浪可隨沉箱消浪孔進入沉箱內部隔倉，沉箱頂部安裝預制蓋板，單塊重量約為24 t。施工中因漲落潮影響，蓋板受波浪頂托力及空氣瞬間壓縮產生位移震動。尤其在受到較大風浪影響時，沉箱蓋板會被波浪頂托力及沉箱腔內被海浪瞬間壓縮的空氣頂起。在胸墻澆筑后初期強度上升中，會經歷若干高潮段，在此期間若出現海上風浪較大情況，蓋板受到震動、位移將會對胸墻混凝土產生較大影響，后期極易發育成裂縫，在混凝土表面表現出來。

2.3 不同沉箱裂縫對比

通過對比同一時間施工、同一施工區不帶消浪孔沉箱胸墻發現：本工程不帶消浪孔沉箱幾乎無表面裂縫，帶消浪孔沉箱出現裂縫發育，由此可得出結論，本工程沉箱胸墻裂縫產生的主要原因為進入消浪孔的波浪頂托力及空氣壓縮產生對沉箱蓋板的浮托力作用。

3 裂縫處理措施

3.1 裂縫的分類及處理

當裂縫寬度小于0.3 mm，且裂縫細而深時，宜采用甲基丙烯酸酯類漿液或低粘度環氧樹脂漿液灌漿；裂縫寬度大于或等于0.3 mm 時，宜采用環氧樹脂漿液灌注。

表1 面層裂縫分級

本工程胸墻混凝土面層大部分出現的裂縫屬于0.2 mm 以下的裂縫，局部裂縫超過0.2 mm，低于0.5 mm。經項目部討論研究，采用如下處理方案：

采用改性環氧樹脂灌漿材料進行灌漿修補。若裂縫修補后未發現開裂及裂縫擴大現象，其他區域再出現裂縫按此方法處理。

表2 注漿材料性能指標

3.2 裂縫修補工藝

1）使用改性環氧化學灌漿液注漿

改性環氧化學灌漿液是一種低粘度、高強度的改性環氧樹脂補強化學灌漿材料。在催化劑作用下相分離而呈海島狀態結構，具有橡膠相改性環氧樹脂效果。它具有強度高、粘度低、放熱少、適用期長、灌注工藝簡單等特點，特別適合于灌注裂縫。本工程胸墻混凝土裂縫已通過第三方檢測單位進行檢測，對裂縫部位進行詳細標識記錄，按如下措施對裂縫進行封堵處理。處理工藝如下：

按3:1 的配膠比例將A、B 材料加入潔凈干燥容器中，攪拌至色澤均勻一致即可。當每次配膠量較大時，采用攪拌機械拌和，并確保容器邊緣、底部完全攪拌均勻。

每次配膠量不宜過大，以能完全攪拌均勻并在可操作時間內用完為準。隨著溫度升高、配膠量加大，可操作時間會相應縮短。

灌縫膠注入裂縫時，可采用無壓和壓力注入兩種方法，當裂縫深度小于20 cm 時，采用無壓注入法，當裂縫深度大于20 cm 時，采用壓力注入法。

無壓注入方法：將配比好的灌縫膠用注射器（醫用注射器即可）沿裂縫緩緩注入，灌縫膠自然滲透到裂縫中，如有滲透不飽滿的裂縫可二次注入，直至把裂縫灌滿，完成后，使用比原混凝土高一標號砂漿復原混凝土表面并做打磨處理。

壓力注入法：配備壓力注膠器、底座、堵頭及專用環氧封縫膠。用鋼絲刷將裂縫刷干凈，并吹去浮塵。在裂縫每30～50 cm 左右粘上底座（用封縫膠粘住即可），把配比好的封縫膠將裂縫覆蓋住，沿裂縫涂刷一層肥皂水，從注膠器通入壓縮空氣。若肥皂水起泡，說明起泡處封閉不嚴，立即擦去肥皂水，并用速凝膠封堵密實。待封縫膠封閉完成后，把裝有封縫膠的注膠器固定到底座上即可，注漿壓力0.25 MPa，灌縫完成后，用堵頭堵住底座。封縫膠實干后把底座、堵頭拆除。使用比原混凝土高一標號砂漿復原混凝土表面并做打磨處理。

圖1 面層裂縫修復

2）胸墻裂縫表層10 cm 鑿除

施工流程：施工準備→測量放線→混凝土鑿除清理→鋼筋加工、制作、綁扎→模板支立→自檢合格→驗收合格→砼澆筑→拆模養護。

對胸墻表面存在裂縫區域使用風鎬進行鑿除，鑿除深度為10 cm，鑿除時首先采用墨盒彈出鑿除邊線，再用切割機開縫約6 cm 厚，然后開始用風鎬進行鑿除，鑿除時控制好切割機和風鎬進入深度，應盡量避免破壞原有鋼筋網，避免混凝鑿除超過設計底面線和立面的邊界線。

鑿除完成后，將表面殘渣清理完成，上部放置縱橫間距15 cm 的Ф 6.5 鋼筋網片，保護層厚度不小于5 cm。

澆筑混凝土前，潤濕新老混凝土結合面，鋪一層比胸墻混凝土高一標號的砂漿再使用同標號細石混凝土進行澆筑。使用35 型振搗器對新澆筑混凝土進行振搗，施工過程加強對振搗工藝的控制，避免漏振或過振。

澆筑完成后，及時覆蓋土工布灑水養護，避免表層水分散失造成干縮裂縫。

裂縫修補完成后，及時通過第三方檢測公司使用超聲波測定檢驗方法進場檢測。超聲波測定檢驗是一種非破壞性的內部質量檢驗方法，根據構件修補前后波形和波速的變化情況對修補質量做出評定。

4 裂縫控制措施

4.1 設計方面

1）優化設計

在各預埋件及預埋管件等應力集中位置增設鋼筋網片或鋼筋加密；在面層增設Ф6.5 mm 鋼筋網片，通過鋼筋握裹力減少應力集中對混凝土的破壞，減少裂縫出現幾率。

2）優化混凝土配合比

鑒于水泥用量較大，在保證混凝土強度的前提下，通過優化混凝土配合比，調整外加劑的摻加數量，適當減少水泥用量并摻加粉煤灰及礦粉，降低水化熱，并嚴格控制混凝土水灰比及出倉坍落度，要求現場坍落度滿足施工機械要求及混凝土攤鋪流動性即可。

3）預留通氣孔

在沉箱及蓋板上預留通氣孔，并連通至沉箱前倉和胸墻頂部，釋放空氣壓縮力，且根據壓縮空氣的消散影響適度增加通氣孔的布置數量。

4）封堵消浪孔

波浪進入消浪孔內呈發散卸力狀態，受力角度、大小難以模擬，且波浪進入消浪孔內的角度、大小、潮高不同，對腔內空氣的壓縮受力也不同，無法通過局部加強解決波浪沖擊及空氣壓縮對上部沉箱蓋板的震動影響。為減小通過消浪孔進入沉箱的波浪對沉箱蓋板頂托力，采用鋼模板對沉箱消浪孔外部進行封堵，保證上部胸墻混凝土在凝固、養護、滿足設計強度前不受消浪孔浮托力的影響，避免混凝土裂縫發育。

5）增加蓋板穩定性

將蓋板伸出鋼筋全部進行焊接連接，增加蓋板整體穩定性，同時建模驗算沉箱蓋板的自重，要求按照極端波浪情況計算浮托力的影響，保證蓋板重量能夠安全壓住波浪浮托力，避免震動對混凝土的影響及后期使用功能。

4.2 施工方面

1）胸墻分層澆筑

首先將沉箱護舷位置一次性澆筑完成，胸墻面層鋼筋綁扎前再將沉箱蓋板間混凝土澆筑完成，保證蓋板整體性，蓋板以上分兩次澆筑，第一次澆筑50 cm，待強度上升后，再進行第二次50 cm 面層澆筑，并注意分層澆筑的胸墻施工縫的處理。

圖2 胸墻分層澆筑示意圖

2）合理確定澆筑時間

胸墻面層澆筑應選擇天氣良好、涌浪較小的落潮時段開始，隨著落至低潮再到高潮的10 h 左右，混凝土強度逐漸增強，減少波浪對混凝土震動影響。

3）對混凝土原材料進行嚴格控制

對砂的含泥量及粒徑、石子粒徑進行控制，減少混凝土收縮。同時摻入減水劑、緩凝劑和引氣劑等外加劑以改善混凝土性能，并在面層混凝土中摻加聚丙烯纖維，進一步提高混凝土抗裂能力。

4）加強混凝土澆筑過程控制

技術員現場監督控制，試驗員加強混凝土坍落度及入模溫度檢測控制。嚴格按照混凝土施工規范要求進行施工，加強混凝土振搗，防止漏振，振搗時間均勻一致以表面泛漿為宜；間距要均勻，振搗范圍重疊二分之一；澆筑時要求分層澆筑、分層振搗，保證混凝土上層、下層結合緊密；壓面時進行多次壓面。

5）分縫

混凝土澆筑完成后，及時對碼頭面層進行切縫處理，同時嚴格控制模板拆除時間與拆模工藝，嚴禁混凝土強度較低時受到擾動或荷載。

6）養護

加強混凝土早期養護，及時覆蓋土工布進行灑水養護，保持濕潤，減小水化熱對混凝土裂縫的發育影響。

5 結語

通過以上措施，帶消浪孔沉箱上的碼頭胸墻裂縫得到了很好地控制。本文結合工程實例，分析了帶消浪孔沉箱上的碼頭胸墻裂縫發育的成因，得出了帶消浪孔沉箱易導致上部胸墻產生裂縫的結論，并提供了帶消浪孔沉箱碼頭胸墻裂縫控制的思路，對不同的裂縫類型提出相應的處理措施，從設計、施工兩方面提出相應的預防措施，為有類似情況的其他工程提供了有利參考。

在工程建設行業中，混凝土澆筑是常見工藝，混凝土的裂縫控制直接影響著碼頭結構質量與表觀質量，設計單位應積極評估消浪孔對港池內波穩情況的作用，盡量優化消浪孔沉箱的設計，減少不必要的裂縫產生。同時，施工單位應積極采用科學的施工工藝，嚴格控制因各種原因產生的裂縫，保證碼頭工程施工質量，從而真正實現建一個碼頭，樹一座豐碑，從整體上推進港口建設事業的發展。