高壓注漿在高樁碼頭混凝土面層裂縫處置技術(shù)研究

呂義港、李鵬飛

（1.江蘇省交通運(yùn)輸廳港航事業(yè)發(fā)展中心，江蘇南京 210000；2.華設(shè)檢測(cè)科技有限公司，江蘇南京 210014）

0 引言

高樁碼頭是海洋環(huán)境中一種常見的碼頭結(jié)構(gòu)型式，在國(guó)內(nèi)廣泛應(yīng)用于港口建設(shè)，具有施工工藝成熟、施工時(shí)間短、經(jīng)濟(jì)效益高等特點(diǎn)，隨著運(yùn)輸需求的不斷擴(kuò)大，高樁碼頭的建設(shè)規(guī)模越來越大，高樁碼頭施工技術(shù)也在不斷改進(jìn)和提高，一些常見質(zhì)量通病問題的發(fā)生概率也大大降低。但是由于長(zhǎng)期受到海洋季風(fēng)、海水腐蝕、強(qiáng)光照射等外部環(huán)境作用，船舶撞擊、波浪力等外部荷載作用，以及施工技術(shù)不到位等多方面因素的影響，碼頭面層混凝土表面裂縫問題普遍存在且難以徹底解決。高樁碼頭在結(jié)構(gòu)受力分析、計(jì)算等理論研究方面已經(jīng)非常成熟，加上近幾年國(guó)家大力推行預(yù)制構(gòu)件，高樁碼頭的樁基、縱橫梁、靠船構(gòu)件、面板都可以采用預(yù)制構(gòu)件，能夠大大降低病害的發(fā)生概率。碼頭面層混凝土表面裂縫，雖然往往是非結(jié)構(gòu)性裂縫，對(duì)碼頭結(jié)構(gòu)安全影響不大，但對(duì)高樁碼頭的外觀質(zhì)量和耐久性會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重影響[1]。

裂縫一方面會(huì)影響結(jié)構(gòu)外觀質(zhì)量，另一方面會(huì)影響結(jié)構(gòu)承載力。由于裂縫的產(chǎn)生原因較為復(fù)雜，因此在施工工藝上進(jìn)行預(yù)先控制的方法也比較多樣[2]。主要按照裂縫寬度、深度、長(zhǎng)度及走向的差異，采取不同的處理方式對(duì)裂縫進(jìn)行處理。其中對(duì)于裂縫的深度和寬度，可以采用裂縫觀測(cè)儀進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)于裂縫長(zhǎng)度，可采用卷尺等工具進(jìn)行測(cè)量，對(duì)裂縫寬度、深度與鋼筋保護(hù)層厚度進(jìn)行對(duì)比分析，科學(xué)選取裂縫處理[3]。對(duì)于寬度較小，深度僅局限于表面2cm 以內(nèi)的裂縫，采取涂刷摻入環(huán)氧樹脂的水泥漿的方式，便可達(dá)到封閉裂縫的效果。但是裂縫寬度大，深度較深且已經(jīng)超過混凝土鋼筋保護(hù)層厚度的裂縫，處理起來往往比較困難，表面涂刷摻入環(huán)氧樹脂的水泥漿治標(biāo)不治本，經(jīng)過一段時(shí)間，裂縫會(huì)再次出現(xiàn)，效果較差[4]。

1 工程概況

某高樁碼頭平臺(tái)長(zhǎng)約360.570m，寬40m，排架間距8m，采用高樁梁板式結(jié)構(gòu)。碼頭上部結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)澆樁帽、現(xiàn)澆上下橫梁、預(yù)制縱向梁系及預(yù)制面板、現(xiàn)澆面層的疊合面板結(jié)構(gòu)型式。碼頭平臺(tái)現(xiàn)澆面層為厚度為15～20cm 厚的鋼筋混凝土，混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C40，頂層主筋為雙向通長(zhǎng)布置的HRB400φ14 鋼筋，橫向鋼筋間距150mm，縱向鋼筋間距125mm；梁頂處加強(qiáng)鋼筋為HRB400φ14 鋼筋，長(zhǎng)度為300mm，鋼筋間距為150mm。

面層鋼筋布置如圖1所示。

圖1 碼頭面層配筋布置圖

碼頭面層按照碼頭分段分為6 段，采用分幅澆筑方式，分段中采用連續(xù)整幅和半幅施工方式。采用水上和陸上混凝土共同澆筑方式，澆筑完成后，割縫時(shí)間根據(jù)氣溫情況，一般控制在1～5 天完成，混凝土養(yǎng)護(hù)采用淡水人工灑水養(yǎng)護(hù)方式，部分分段面層與梁頂板縫澆筑間隔時(shí)間在5 天左右。

2 碼頭面層裂縫情況及原因分析

2.1 裂縫情況

碼頭面層分段施工，施工完2 個(gè)段落后已澆筑段落接連出現(xiàn)多條裂縫，裂縫分布不規(guī)則，集中表現(xiàn)為孔洞、伸縮縫等截面突變處裂縫，網(wǎng)格狀裂縫，通長(zhǎng)裂縫，弧形裂縫，以及局部較短無明顯特征的細(xì)小裂縫。其中≤0.20mm 的裂縫數(shù)量為54 條，0.2～0.3mm（含）的裂縫數(shù)量11 條，＞0.3mm 的裂縫數(shù)量3 條。

碼頭面層裂縫出現(xiàn)后，選取裂縫寬度大于0.2mm的典型裂縫進(jìn)行定期觀測(cè)，觀測(cè)周期為15 天，共進(jìn)行4 次觀測(cè)，觀察裂縫寬度的變化。觀測(cè)時(shí)氣溫處于持續(xù)升高階段，主要觀測(cè)結(jié)果如下表：

表1 典型裂縫寬度觀測(cè)表

對(duì)分段落部分典型裂縫采用鉆芯法取芯（見圖2），觀測(cè)裂縫深度，共計(jì)鉆取芯樣19 個(gè)。裂縫深度最大值為140mm，最小值為2mm，均未超過碼頭面層現(xiàn)澆厚度，但部分較深裂縫已貫穿鋼筋保護(hù)層厚度。通過鉆取芯樣觀察，裂縫縫寬由頂至底，逐漸變小。

圖2 2 號(hào)典型裂縫取芯圖

2.2 裂縫成因分析

現(xiàn)澆混凝土裂縫的成因較復(fù)雜[5]。經(jīng)分析，該工程裂縫的產(chǎn)生原因主要包括以下幾個(gè)方面。

第一，熱脹冷縮是導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)裂縫的主要因素之一，在混凝土表面的溫度、內(nèi)部之間的溫度差異比較大的情況下，就會(huì)形成較大的溫差，這種情況下，混凝土出現(xiàn)裂縫的可能性就相對(duì)較大。在澆筑混凝土的過程中，受海面較大風(fēng)力影響，混凝土表面水分蒸發(fā)過快，混凝土水化熱高，澆筑后數(shù)小時(shí)混凝土仍處于塑性狀態(tài)，會(huì)產(chǎn)生塑性收縮裂縫和表面龜裂。第1 分段面層連續(xù)分兩天進(jìn)行澆筑，兩日最高溫度分別為34℃和30℃，海面風(fēng)力達(dá)4～5 級(jí)，在混凝土澆筑完成當(dāng)日晚間，面層第一次灑水后即出現(xiàn)細(xì)微網(wǎng)狀裂紋。

第二，澆筑過快，混凝土流動(dòng)性較低，在硬化前因混凝土沉降不足，硬化后沉降過大，容易在澆筑數(shù)小時(shí)后在鋼筋上面，墻與板、梁與柱交接處出現(xiàn)裂縫，即沉降收縮裂縫。在面層混凝土澆筑時(shí)下層現(xiàn)澆梁頂板縫、梁頂混凝土還未完全收縮穩(wěn)定，上下層混凝土收縮不均導(dǎo)致應(yīng)力集中，下層收縮慢于上層，致使上面層混凝土開裂，隨著氣溫升高裂縫進(jìn)一步發(fā)展成型。

第三，混凝土坍落度大，養(yǎng)護(hù)不全面。使用泵送混凝土澆筑，存在混凝土現(xiàn)場(chǎng)坍落度過大問題；混凝土面層澆筑后采用人工灑水養(yǎng)護(hù)，面層養(yǎng)護(hù)未達(dá)到全面覆蓋。

第四，混凝土主要由水泥、砂、骨料、拌和水及外加劑組成。配置混凝土所采用材料質(zhì)量不合格，可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。該工程面層混凝土使用的粗骨料級(jí)配為5～25 連續(xù)級(jí)配，粗骨料偏小，導(dǎo)致面層出現(xiàn)裂縫。

2.3 裂縫性質(zhì)分析

對(duì)碼頭面層裂縫的成因進(jìn)行認(rèn)真分析，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)鉆芯取樣情況，全部芯樣裂縫深度未貫穿面層，且裂縫由上向下寬度顯著縮小，下部預(yù)制面板完好，裂縫不會(huì)發(fā)展影響至下層預(yù)制面板，裂縫均分布于上層受壓區(qū)。初步確定該工程碼頭面層裂縫屬于混凝土局部收縮引起的裂縫和部分構(gòu)造裂縫，非結(jié)構(gòu)性破壞裂縫。

3 裂縫處置

第一，表面修復(fù)。常用的方法有壓實(shí)抹平，涂抹環(huán)氧黏結(jié)劑，噴涂水泥砂漿或細(xì)石混凝土，壓抹環(huán)氧膠泥，環(huán)氧樹脂粘貼班絲布，增加整體面層，鋼錨栓縫合等。第二，局部修復(fù)法。常用的方法有充填法、預(yù)應(yīng)力法，部分鑿除重新澆筑混凝土等。第三，水泥壓力灌漿及化學(xué)灌漿法。該方法適用于縫補(bǔ)寬度≥0.5mm 的穩(wěn)定裂縫。第四，減少結(jié)構(gòu)內(nèi)力，常用的方法有卸荷或控制荷載，設(shè)置卸荷結(jié)構(gòu)，增設(shè)支點(diǎn)或支撐。

該工程碼頭面層大于0.2mm 的裂縫，個(gè)別寬度較大、深度較深，會(huì)一定程度上影響碼頭面層的耐久性，需要及時(shí)采取封閉處理措施，減少水體侵入對(duì)鋼筋的腐蝕，采用高壓注漿方式對(duì)此種裂縫進(jìn)行特殊處理，能夠達(dá)到耐久性使用要求。

3.1 裂縫處理

用鋼絲刷人工清除裂縫兩側(cè)約30～50mm 范圍表面污泥、油污、雜質(zhì)及表面碎屑，再將裂縫周圍用干凈布擦干凈，處理后形成沿裂縫寬度不小于50mm 的干凈的混凝土表面。

3.2 高壓注漿

沿裂縫走向垂直面層，間距15～20cm，鉆注漿孔，鉆孔深度為10cm。埋設(shè)注漿管，注漿管長(zhǎng)度約為9cm，包括注漿管道、膨脹膠圈、注漿頭三部分，注漿管埋入深度為4.5～5.5cm。注漿材料選用環(huán)氧樹脂膠液，采用固定雙組分，將A 組分和B 組分按照混合比混合在一起后，采用人工方式均勻攪拌至少3min，直到成為均勻的黃色混合物。然后將混合物全部倒入一個(gè)干凈的容器內(nèi)，再低速攪拌不少于1min。

使用壓力機(jī)將配置好的漿液壓入注漿管，從裂縫一端向另一端順序灌注，每管維持一定壓力2min，或以裂縫表面有漿液滲出為停止灌注標(biāo)準(zhǔn)（見圖3）。全部灌注完成后，拆除注漿管頭，用環(huán)氧樹脂膠液封閉注漿孔。高壓注漿完成24h 后，對(duì)表面環(huán)氧樹脂膠液進(jìn)行鏟除和清理，然后使用環(huán)氧樹脂膠液對(duì)裂縫表面進(jìn)行封閉。施工過程中要謹(jǐn)防膠液凝結(jié)，周圍環(huán)境溫度需高于3℃，同時(shí)不宜高于30℃，宜選擇在早晚間溫度較低的時(shí)段進(jìn)行修補(bǔ)施工。

圖3 典型裂縫高壓注漿圖

3.3 檢驗(yàn)與驗(yàn)收

該工程主要使用的裂縫處理原材料為環(huán)氧樹脂膠液，分為A、B 膠液2 種組分。

檢驗(yàn)與驗(yàn)收要點(diǎn)如下：第一，材料必須有產(chǎn)品出廠檢驗(yàn)合格證書。進(jìn)場(chǎng)施工前，應(yīng)按照產(chǎn)品說明書要求進(jìn)行試配并進(jìn)行強(qiáng)度檢測(cè)，要求3 天抗壓強(qiáng)度不小于C50，材料檢測(cè)合格后方可進(jìn)場(chǎng)使用。第二，修補(bǔ)完成后采用目測(cè)等方法進(jìn)行外觀檢查，裂縫表面應(yīng)全部封閉，不存在縫隙和空缺。打磨完成后，檢查裂縫表面是否已全部封閉，以表面無可見裂縫為合格標(biāo)準(zhǔn)[6]。第三，通過高壓注漿方式處理好部分裂縫后，可以采取混凝土芯樣對(duì)高壓注漿質(zhì)量進(jìn)行檢查，可按照每個(gè)分段取2～3 條裂縫的比例來取芯，以芯樣裂縫中已均勻填充環(huán)氧樹脂膠液為合格標(biāo)準(zhǔn)。

3.4 處治效果

從試驗(yàn)裂縫的實(shí)施效果來看，采用高壓注漿技術(shù)處理寬度較大的裂縫，能夠有效填充裂縫空隙，達(dá)到封閉裂縫的效果，裂縫修復(fù)后未出現(xiàn)再次開裂的情況。對(duì)典型裂縫進(jìn)行取芯檢測(cè)，裂縫內(nèi)部基本能夠?qū)崿F(xiàn)漿液填充，僅最上部和較深處局部未能充填漿液，但基本能夠達(dá)到裂縫封閉的目的，能夠有效阻止水分侵入鋼筋保護(hù)層范圍，總體效果基本能夠滿足處治要求。

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)高樁碼頭面層混凝土表面常出現(xiàn)裂縫的質(zhì)量通病，以某高樁碼頭為例，對(duì)碼頭面層表面裂縫寬度大于0.2mm 的裂縫采用高壓注漿技術(shù)進(jìn)行處理，從試驗(yàn)裂縫的實(shí)施效果來看，采用高壓注漿技術(shù)處理寬度較大的裂縫，能夠有效填充裂縫空隙，達(dá)到封閉裂縫的效果，裂縫修復(fù)后未出現(xiàn)再次開裂的情況，裂縫修復(fù)效果滿足碼頭生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)和工程耐久性要求，可以在裂縫處治中加以推廣。