水运工程高桩码头常见裂缝成因及修复方法研究

水运工程高桩码头常见裂缝成因及修复方法研究

白云鹏

中交二航局建筑科技有限公司  湖北武汉  430040

摘要：高桩码头容易出现各类裂缝，通过分析高桩码头各类构件裂缝产生的原因，可以有效避免裂缝的产生，并针对各类裂缝提出修复方案，在恢复高桩码头结构耐久性和保证结构的安全性方面有着重要意义。

关键词：高桩码头；裂缝成因；裂缝修复

1 引言

港口码头的建设是交通行业的重要组成部分，在提升区域竞争能力、促进地方经济的发展方面扮演者重要角色。近年来，全国港口建设取得巨大的进展。而随着码头使用年限的增加，局限于结构自身的材料特性以及自然环境等影响，码头结构病害问题日益增加，直接影响码头使用的稳定性、安全性，从而降低码头运输能力，给单位及地区经济的发展带来严重影响。

而高桩码头混凝土裂缝是影响其结构耐久性最常见的病害，根据相关规范[1]规定：对于梁、板、桩等构件，裂缝较多，部分为顺筋连续裂缝，裂缝宽度在0.3mm至3.0mm之间，水工建筑物外观劣化度评为C级。若裂缝未及时进行修复，随着运行时间的增长，在自身特性、运行环境、荷载条件等条件的作用下，将严重危害码头结构的安全性。

因此，分析高桩码头裂缝成因及探讨裂缝修复方法在保证码头结构的安全性、适用性、耐久性方面有着重要意义。

2 高桩码头常见裂缝成因

1.1 面层裂缝成因

（1）不均匀沉降

当新建码头在施工时对软土地基处理不够充分时，将引起码头桩基沉降，从而导致面层混凝土开裂。同时，对桩基采用摩擦桩的码头，当建造完成后，桩基将不可避免出现不均匀沉降现象，破坏原有的超静定结构，使得结构受迫发生变形，导致码头构件及面层产生裂缝[2]。

（2）养护不及时

混凝土在凝结硬化过程中将会产生塑性收缩裂缝，通常出现在刚浇筑后的混凝土表面，当泌水速度小于泌水从表面蒸发的速度时，面层极易产生龟裂等塑性收缩裂缝。如果泌水速度缓慢，又加上在夏季干热天气施工，面层混凝土抹面后没有及时覆盖养护，就容易产生塑性收缩裂缝[3-4]。

（3）混凝土构件尺寸过大

混凝土构件尺寸过大，尤其是现浇大面积薄层结构极易发生塑性收缩裂缝。混凝土构件尺寸的减小，有助于减小由混凝土水化引起的内表温差，有利于减小水化热引起的温度应力。

（4）早期或运营期超限使用

码头投入运营后，超载车辆驶上码头、超限船舶停靠、船舶超速靠泊等，均会致使码头面层产生裂缝。由于高桩梁板码头结构的自身特点，当码头承受的荷载超过限值后，板边位置极易产生裂缝。

1.2 纵梁裂缝成因

（1）承载力不足

当高桩码头结构在正常设计和使用时，纵梁上产生的裂缝分布较为均匀且宽度不大。若纵向裂缝宽度过大，表明纵梁结构正截面承载能力不足。若斜裂缝宽度过大，表明结构的斜截面承载能力存在缺陷，这种情况下易发生斜截面脆性破坏，应及时进行加固修复[5]。

（2）不均匀沉降

在对高桩码头的结构进行受力分析时，可将横向排架作为弹性支座，纵梁即为弹性支座上的连续梁。因此，当码头各横向排架在纵向方向产生不均匀沉降时，将导致纵梁结构被迫产生内力。若码头沉降值过大，纵梁内力值超过其抗拉强度时，纵梁上将会产生裂缝。

（3）混凝土收缩与结构温度变化

夏季，面板温度上升，而纵梁处于阴凉环境中，构件间的温差变形将产生结构内力。高桩码头面层与横、纵梁结构间通过现浇钢筋混凝土而结合成一体，这种结构特点导致了纵梁将在纵轴线方向约束面板受温度与收缩产生的变形，这种约束是结构不同部分间的制约。收缩变形与温度变形分别将在纵梁内产生压应力和拉应力，导致纵梁受拉开裂。

1.3 横梁

（1）外荷载作用

横梁在设计时考虑不足，承受荷载超过设计荷载或现场人员在横梁混凝土未达到要求强度前在横梁上行走、运送或堆放工具，提前施工安装上部构件等，将导致横梁出现裂缝。

（2）温度变化

码头横梁分为上、下横梁两个部分，在上横梁钢筋混凝土浇筑完成后，上、下横梁连接为一体。从时间上看，上横梁浇筑之前，下横梁已完成部分收缩。当上横梁的混凝土收缩大于下横梁时，上横梁的收缩受下横梁的限制，上横梁内部会产生拉应力，产生裂缝[6]。

1.4 桩基

（1）清淤过深

当桩基由于清淤作用失去部分土体支撑，同时受到系缆力作用，使得码头最外侧一排桩基整体向外位移，牵动内侧的多排桩也向外位移。内侧的桩在土里的埋深较大，桩上部向外位移时，下部土体阻止其位移，导致桩上部与横梁结合部弯矩过大，从而产生裂缝。

（2）综合作用

预应力大管桩，尤其是早期制作且桩长较大的大管桩开裂问题，并非个别现象，桩身质量、设计、沉桩施工、后方淤泥、码头位移和船舶撞击等因素对裂缝的产生均有一定的影响[7]。

3 裂缝修复方法

（1）大气区构件的浅表裂缝可直接采用表面封闭法。对于较深裂缝可先采用聚氨酯进行灌注，表面再用改性环氧树脂进行封闭。在灌注时，宜保证裂缝末端排气孔的通畅，随时封闭已灌浆的裂缝段，当待灌浆的裂缝段冒浆时方可停止。为保障灌浆的有效性，灌浆过程中需保持一定的灌浆压力。对处于浪溅区和潮位变动区的构件裂缝应采取表面封闭处理，将裂缝凿成“U”形剖面，用改性环氧树脂嵌缝修补。“U”形剖面必须沿着裂缝向构件内部发展走向凿开，避免简单的垂直构件表面向内部开凿。

（2）桩基部分

当桩基裂缝为浅表裂缝且宽度在相关规范范围内，可用涂层进行表面封闭保护。当裂缝处于潮位变动区、浪溅区时，若桩基表面长期潮湿，施工环境比较恶劣的条件下，为保证裂缝修复质量，可采用固化快、对桩基表面潮湿情况适应性强的材料。因此，可采用喷涂聚脲弹性体进行保护，用电动工具打磨已出现纵向裂缝的桩基表面后，立即喷涂聚脲弹性体。对于周向裂缝可采用贴钢板和混凝土包大加固方案，加固后使其抗弯承载能力达到设计要求。或者对于出现裂缝的桩基，在裂缝部位先用环氧树脂做封闭处理，在桩身粘贴一层碳纤维布，再用钢箍加固。碳纤维布的目的是使得钢箍与桩体之间有较好的柔性接触，使得桩周受力均匀。

4 总结

高桩码头裂缝是在多种因素综合作用下产生的。施工期内，在温度应力和收缩变形的作用下，混凝土受到的拉应力超过其抗拉强度从而导致裂缝的产生。运营期内，码头结构受不均匀沉降、荷载作用、温度应力、承载力不足等因素的影响，也易导致裂缝的产生。

桩基裂缝产生通常于桩身质量、设计、沉桩施工、后方淤泥、码头位移和船舶撞击等因素有关。

当高桩码头裂缝开展到一定程度时，应分析其产生原因并选择适当方法及时进行加固，恢复码头结构设施的耐久性。

参考文献：

[1] 《水运工程水工建筑物检测与评估技术规范》（JTS304-2019）

[2] 徐志栓.高桩码头面层裂缝的结构性成因分析[J].水运工程,2009,(11):92-96.

[3] 黄沛,金秀坤,王新刚.天津港高桩码头面层混凝土裂缝成因分析及裂缝控制技术措施[J].中国港湾建设,2009,(01):22-24.

[4] 宋雪峰,李超,邓春林.高桩墩台式码头面层混凝土裂缝成因及控制措施[J].水运工程,2015,(03):104-108.

[5] 杨帆.水工码头结构病害机理及其对策研究[D].武汉理工大学,2009.

[6] 张雯燕,马华东.码头横梁收缩裂缝的产生原因及防治[J].水运工程,2020,(11):186-190.

[7] 范卫国,张本达,李森林.海港某码头大管桩裂缝调查及维护加固措施[J].中国港湾建设,2009,(01):59-61.