港口碼頭水工建筑物檢測評估常常需要對混凝土結構裂縫進行分級，評估其對結構的影響程度。由于裂縫有很多類型，不同類型的裂縫產生的原因不同，對結構耐久性、使用性和安全性的影響也不同，而且不是所有的裂縫都會危及結構安全，正確區分裂縫的危害程度很有必要。我國海港碼頭混凝土構件破壞主要是由于氯離子滲入和凍融損傷引起混凝土中鋼筋發生銹蝕、混凝土保護層開裂、結構承載力下降等損傷過程以及對使用年限的影響[1-2],在《港口水工建筑物檢測與評估技術規范》（簡稱《評估規范》）[3]中主要針對耐久性引起的外觀劣化，如銹點、銹斑、裂縫、起鼓、剝離、剝落和露筋等進行劣化度分級與評估，對結構受力裂縫、收縮裂縫、溫度裂縫等非銹蝕引起的裂縫未作詳細規定，而這部分外觀劣化裂縫在港口水工建筑物中也占相當部分，對其分級評估正確與否，往往影響碼頭維修加固方案選擇和維修加固的預期效果。因此，在對港口水工建筑物進行耐久性、使用性和安全性檢測與評估分析時，提高裂縫分級評估的準確性，對結構健康診斷和維修加固具有重要指導意義。
1港口混凝土結構常見裂縫形式
1）銹蝕裂縫
在海洋環境中頻繁遭受潮汐、波浪作用的干濕交替區域，氯離子容易向深層滲透擴散并聚集在鋼筋周圍，當氯離子積聚到鋼筋銹蝕的臨界濃度，在氧氣、水分充足的條件下，鋼筋表面鈍化膜被破壞，鋼筋中鐵離子與侵入到混凝土中的氧氣和水分發生銹蝕反應，其銹蝕物氫氧化鐵體積比原來增大約2~4倍，從而對周圍混凝土產生膨脹應力，導致保護層混凝土開裂、剝離，產生順筋方向裂縫，并有銹跡滲到混凝土表面。由于氯鹽引起的銹蝕裂縫主要出現在已建高樁碼頭浪濺區縱梁、橫梁、樁帽等構件上，屬于先銹后裂型，是目前我國港口碼頭水工建筑物主要破壞形式，嚴重影響結構耐久性。
2）受力裂縫
普通鋼筋混凝土結構產生受力裂縫是正常的，但其寬度應加以限制，這個在《水運工程混凝土結構設計規范》（簡稱《設計規范》）[4]中有明確規定。預制構件起吊安裝吊點設置不合理、超出設計載荷使用、船舶撞擊等都會使結構在荷載的作用下發生應力集中而產生受力裂縫，多表現為下寬上窄形。受力裂縫方向與主筋方向垂直或成一定的角度，在發生超載、偶然事故或沖擊荷載的碼頭面板、縱梁、橫梁、基樁、樁帽等構件中較為常見。
3）收縮裂縫
混凝土在凝結硬化過程中產生收縮變形在表面變化快、而內部變化慢，表面收縮變形受到收縮慢的內部混凝土的約束而在構件表面產生較大的拉應力，當拉應力超過混凝土極限抗拉強度時即產生收縮裂縫。影響混凝土收縮的因素很多，諸如水泥用量、細度、骨料、水膠比、振搗狀況、所處的大氣環境、養護方法、配筋數量等。收縮裂縫形態各異，一般發生在碼頭面層、面板、胸墻等構件表面，表現為龜裂、斜向裂縫等形態，收縮裂縫一般情況下對承載力影響不大。
4）溫度裂縫
混凝土中產生溫度裂縫的原因較多，但總的來說，主要是由于大體積混凝土施工水泥用量大，水泥水化反應產生大量的水化熱，表面散熱較快，內部溫度不斷上升且不易散發，使混凝土內部與表面形成較大溫差，加上升降溫變化和邊界約束的影響，導致不均勻溫度變形和溫度應力，一旦拉應力超過混凝土的極限抗拉能力就會在混凝土內部或表面產生裂縫，是混凝土早期開裂的主要原因之一。溫度裂縫在大體積結構中較多出現，如胸墻、墩臺、方塊等構件，且多表現為貫穿性裂縫，對結構的整體性、耐久性甚至承載力有不利影響。
2裂縫寬度限值
鋼筋混凝土適筋構件從加荷至破壞，整個過程可以分為3個階段：未裂階段、裂縫階段、破壞階段，其中裂縫階段是計算構件正常使用階段的變形和裂縫寬度的依據，也即在正常使用階段混凝土是帶裂縫工作的，但對裂縫的最大開展寬度應加以控制。因為當裂縫寬度較大時，一是會加快氯離子進入混凝土鋼筋表面破壞鋼筋表面鈍化膜引起鋼筋銹蝕，影響結構的耐久性；二是會使結構剛度減少、變形增加，影響結構的安全性，同時給人不安全感?！对O計規范》規定結構構件設計時將裂縫控制等級劃分為3個級別：1）1級：構件不出現拉應力；2）2級：構件雖有拉應力，但不超過混凝土的抗拉強度；3）3級：允許出現裂縫，但裂縫寬度不超過允許值。1級和2級抗裂要求的構件，一般要采用預應力才能實現，而普通鋼筋混凝土構件要求為3級，允許帶裂縫工作。
因此，對允許出現裂縫的鋼筋混凝土構件，裂縫寬度必須加以限制，要求使用階段最大裂縫寬度小于允許裂縫寬度。港口工程鋼筋混凝土結構裂縫控制等級為3級，其最大寬度根據構件所處的不同環境、水位條件規定（表1）。而且，由于裂縫寬度沿裂縫深度并不相等，要驗算的裂縫寬度是指受拉鋼筋質心水平處構件側表面上混凝土的裂縫最大寬度。
《設計規范》規定鋼筋混凝土矩形、T形等受拉、受彎構件，其最大裂縫寬度按下式進行計算：
式中：Wmax為最大裂縫寬度（mm）；α1為構件受力特征系數；α2為考慮鋼筋表面形狀的影響系數；α3為考慮作用的準永久組合或重復荷載影響系數；σs為鋼筋混凝土構件縱向受力鋼筋的應力（N\ue4d4mm2）；Es為鋼筋彈性模量（N\ue4d4mm2）；c為最外排縱向受拉鋼筋的保護層厚度（mm）；d為鋼筋直徑（mm）；ρte為縱向受拉鋼筋的有效配筋率。
從式（1）可知，構件最大裂縫寬度與保護層厚度、鋼筋直徑、配筋率、彈模、鋼筋的應力等有關，保護層厚度、鋼筋直徑、配筋率、彈模在澆筑混凝土完成后均不會有大的變化，鋼筋應力則是根據受力承載不同而大小各異的，也就是說構件的最大裂縫寬度在混凝土澆筑完成后主要由荷載控制。在一定范圍內，荷載小，裂縫開展寬度小甚至不出現可見裂縫；荷載大，裂縫開展寬度大?！对O計規范》規定的最大裂縫開展寬度主要針對荷載造成的受力裂縫，不包括銹蝕、收縮和溫度等非荷載作用引起的裂縫。
3裂縫分級標準
在對港口水工建筑鋼筋混凝土結構耐久性外觀劣化評估時，《評估規范》規定梁、板、樁與樁帽等構件裂縫分級標準見表2,可見規范中將裂縫按照開展寬度分為4個級別，但僅按耐久性銹蝕裂縫進行劣化分級，不包括結構受力、收縮、溫度等裂縫分級。
《評估規范》在結構構件使用性評估分級中對結構最大裂縫寬度進行規定（表3）。在《設計規范》中規定受力裂縫的最大寬度限值，表3中的最大裂縫寬度驗算值針對受力裂縫在上文已經討論，顯然，表3中最大裂縫寬度實測值也只能是與規范限值同一類型的受力裂縫，只有同類裂縫才能進行比較分級評估。
參考《民用建筑可靠性鑒定標準》（簡稱《鑒定標準》）[5],根據構件所處的環境和水位條件，對收縮、溫度等裂縫評估分級建議采用表4中的規定進行。
4案例分析
在執行《評估規范》對已建碼頭進行檢測外觀劣化度分級評估時，需要分清裂縫類型、查明開裂成因，嚴格執行規范才能如實反映結構使用狀況，得出準確、可靠的結論。如位于華南地區建于1996年的某電廠煤碼頭工程，為高樁梁板式結構，軌道梁共計80根，2012年檢測軌道梁全部出現順筋方向銹蝕裂縫，裂縫寬度在0.3~3.0mm,外觀劣化度評定為C級的軌道梁49根；裂縫寬度大于3.0mm,劣化度評定為D級的軌道梁31根。最大裂縫開展寬度計算參數如下：受彎構件受力特征系數α1=1.0,鋼筋表面形狀的影響系數α2=1.0,準永久組合作用影響系數α3=1.5,軌道梁縱向受力鋼筋的應力σs=79.74N\ue4d4mm2,鋼筋彈性模量Es=2.0×105N\ue4d4mm2,最外排縱向受拉鋼筋的保護層厚度c=50mm,鋼筋直徑d=22mm,縱向受拉鋼筋的有效配筋率ρte=0.0178,代入式（1）得到最大裂縫寬度Wmax=0.13mm,規范規定最大裂縫寬度限值為0.20mm,r=0.20\ue4d40.13=1.54>1.00,軌道梁使用性評估最大裂縫寬度評定為A級，最大裂縫寬度滿足規范要求。
綜合耐久性外觀劣化等級評估和使用性最大裂縫寬度評估分級，對耐久性外觀劣化評定為C級的構件需要立即進行修復、補強處理，對評定為D級的構件需要根據設計復核驗算后，根據驗算結果采取修復、補強措施或報廢。如建于20世紀80年代的某內河集裝箱碼頭，為高樁梁板式結構，由于吞吐量較大，造成集中堆載區域7根橫梁出現豎向裂縫，寬度為0.1mm的裂縫3條，寬度為0.2mm的裂縫5條，寬度為0.3mm的裂縫3條，寬度為0.5mm的裂縫6條，寬度為1.0mm的裂縫3條。按照《評估規范》對受力裂縫最大寬度進行使用性分級評定，結果為：寬度為0.5、1.0mm的裂縫評定為D級，寬度為0.3mm的裂縫評定為B級，寬度小于0.25mm的裂縫評定為A級。在對同一構件進行分級評估時，先逐一對裂縫寬度進行分級，取較低一級為評估構件的代表級別，以此代表值作為構件最終等級和修復加固處理依據。
5結語
1）港口水工建筑物檢測評估中，對裂縫分級評估必須分清裂縫類型、詳細調查裂縫形成原因，通過裂縫來反映結構中出現的問題。
2）若一根構件同時出現兩種及兩種以上裂縫，應分別評級，并取其中較低一級作為該構件的裂縫等級。
3）現行規范中增加溫度裂縫、收縮裂縫等常見裂縫的分級評估，明確結構受力裂縫最大縫寬分級評估。
參考文獻：
[1]潘德強，洪定海，鄭恩惠，等。華南沿海部分碼頭調查情況介紹[J].水運工程，1982（2）：1-7.
[2]王勝年，黃君哲，張舉連，等。華南海港碼頭混凝土腐蝕情況的調查與結構耐久性分析[J].水運工程，2000（6）：53-57.
[3]JTJ302-2006港口水工建筑物檢測與評估技術規范[S].
[4]JTS151-2011水運工程混凝土結構設計規范[S].
[5]GB50292-1999民用建筑可靠性鑒定標準[S].
