探討重力式碼頭面層混凝土開裂原因分析及裂縫控制

劉翔

摘 要：水運工程的耐久度，是我國水運工程的重要問題之一。通過分析重力式碼頭面層混凝土的施工程序，可對目前重力式碼頭面層混凝土開裂原因進(jìn)行分析，為避免混凝土開裂產(chǎn)生的危害，引起水工混你凝土的耐久問題，需要通過對其進(jìn)行裂縫控制保證施工有效性。由于重力式碼頭被越來越多的應(yīng)用于實際的工程中，由此產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)問題也相對增多。本文通過優(yōu)化重力式碼頭面層混凝土的各項用料配比，為減少低溫收縮應(yīng)力與混凝土裂縫的寬度提供意見。

關(guān)鍵詞：重力式碼頭;面層混凝土;開裂原因;裂縫控制

由重力式碼頭面層混凝土的澆筑通常在外因影響的情況下容易出現(xiàn)不同程度的開裂，尤其受溫度以及收縮影響最大，這些因素往往對使用安全產(chǎn)生了重要的影響。現(xiàn)通過有限元計算重力式碼頭面層混凝土硬化過程的應(yīng)力分布以及變化，分析其原因并采取配料調(diào)整的方式進(jìn)行裂縫控制。

1 面層混凝土概述

重力式碼頭面層混凝土通常設(shè)計為高4.8m、三道管廊至內(nèi)，頂部澆50～80cm混凝土，長約12.5m，寬越17.26m，每段混凝土成品大小約為120m3，由于不同的外因情況，混凝土成品會在3d后逐漸產(chǎn)生不同程度的裂縫。

2 裂縫形成原因

混凝土開裂的原因通常分為三類：①混凝土寬度向迎水面前進(jìn)，同時受到底部約束以及軌道槽的約束，其突變區(qū)域容易產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，另外其結(jié)構(gòu)溫度也會隨應(yīng)力集中情況產(chǎn)生變化，若混凝土受底部約束以及軌道槽的約束過大，應(yīng)力在高于2.1MPa時，其抗拉強度以及溫度的應(yīng)力比會低于1.4MPa，該情況則可能引起混凝土開裂現(xiàn)象[1]。混凝土強約束部位產(chǎn)生裂縫時，會藉由此引導(dǎo)入弱約束區(qū)，由此形成強約束區(qū)裂縫。若混凝土四個強約束去均導(dǎo)向弱約束區(qū)，則形成了貫通裂縫，此為裂縫原因之一。②混凝土面層人孔、蓋板或軌道槽等突變區(qū)，也可能產(chǎn)生較大的Y軸拉應(yīng)力。但區(qū)別于底部拉應(yīng)力而言，又含一定的差別，Y軸拉應(yīng)力多是由表層向內(nèi)部發(fā)展而來的，裂縫的產(chǎn)生通常也是由混凝土表層向內(nèi)層發(fā)展，裂縫發(fā)展時間越長，則會不斷遠(yuǎn)離應(yīng)力集中部位，構(gòu)成混凝土開裂因素。③由于應(yīng)力集中位置主要在三道廊道上的混凝土表面和混凝土面層四周，根據(jù)混凝土成品的長度，這個位置會產(chǎn)生一定的變化，邊界約束會導(dǎo)致邊界應(yīng)力增加，進(jìn)而深入內(nèi)部原理邊界約束區(qū)，最終導(dǎo)致邊界的應(yīng)力降低。但邊界應(yīng)力的深入會促使內(nèi)部約束增加，內(nèi)部應(yīng)力會出現(xiàn)增大的趨勢，位置通常穩(wěn)定于中層2/3。面層的拉應(yīng)力通常>2.1MPa，在內(nèi)部應(yīng)力增大的情況下會產(chǎn)生開裂的情況，畢竟拉應(yīng)力無法滿足混凝土對抗拉強度的需求。由此，在邊界應(yīng)力深入的情況下，混凝土?xí)a(chǎn)生應(yīng)力不均下鄉(xiāng)，促使強度低于平均抗拉強度，這是產(chǎn)生第三類裂縫的原因。

3 控制面層開裂措施

3.1 優(yōu)化配料比

根據(jù)裂縫形成原因，可以對混凝土面層的用料進(jìn)行配比的調(diào)整，若原配比凝膠用量在400kg/m3，可調(diào)整至380/m3，水膠比0.38可調(diào)整至0.37，用料方面：水泥占比64%調(diào)整至50%;粉煤灰占比19%調(diào)整至25%;礦粉占比17%調(diào)整至25%。絕熱溫升42℃調(diào)整控制于39℃。最終產(chǎn)生的成品Y周收縮應(yīng)力會由3.0MPa降至2.7MPa，X軸收縮應(yīng)力由2.2MPa降至2.0MPa[2]。通過對混凝土面層用料進(jìn)行調(diào)整你，可將開裂的風(fēng)險進(jìn)行有效控制，X軸的收縮應(yīng)力會得到明顯的控制，由此可見，對于第三類裂縫因素來講，此方法最為有效，但該方式對第一、二類裂縫移速的有效性偏低，需要采取更加適用的方式。

3.2 減少長度，加強護(hù)理

該方式主要針對于Y周的收縮應(yīng)力，在進(jìn)行配比調(diào)整的基礎(chǔ)上縮短對面層混凝土的澆筑長度，同時采用雙層土工布覆蓋和薄膜覆蓋的方式對澆筑成品進(jìn)行保溫護(hù)理。通過采用縮短澆筑長度以及保溫護(hù)理的方式，能夠顯著加長混凝土面層的收縮應(yīng)力期，同時在10d內(nèi)，面層的收縮應(yīng)力不會超過其極限抗拉強度，混凝土面層的抗裂能力得到顯著的提升，降低了裂縫風(fēng)險的產(chǎn)生[3]。

通過優(yōu)化用料配比，可通過干燥收縮的方式直接降低溫度對面層混凝土的收縮應(yīng)力影響，從而強化混凝土拉應(yīng)力。縮短面層混凝土的澆筑長度，也能夠通過降低約束區(qū)對面層底部的約束，降低Y軸拉應(yīng)力，加強其強度，保溫護(hù)理的作用主要在于降低混凝土內(nèi)外的溫差，對于延緩混凝土開裂的情況具有一定的積極作用。全面對配料以及成品的養(yǎng)護(hù)，可有效降低開裂強開，避免貫穿裂縫出現(xiàn)。

3.3 構(gòu)造配筋

面層混凝土配筋也是影響裂縫產(chǎn)生的重要因素之一，對于防止混凝土開裂，配筋能夠?qū)ζ溥M(jìn)行有效的控制，根據(jù)《港口工程混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》，結(jié)合混凝土配筋率來看，面層混凝土配筋以0.01為界限，當(dāng)小于這個數(shù)值時，配筋率的增加會不斷減小面層混凝土的裂縫幅度;當(dāng)配筋率在0.01以上的情況下，裂縫塊寬度會隨配筋率的增加而下降，但下降率相對較低。因此面層混凝土的配筋率可控制在0.005～0.01左右，裂縫的最大寬度保持于0.2～0.1mm，配筋率小于0.005，面層混凝土裂縫寬度過大，配筋率大于0.01時，再強加其配筋率已無明顯效果。Y軸配筋長度不超過18mm，配筋率需要在0.005～0.01左右，并根據(jù)面層混凝土情況進(jìn)行分布調(diào)整，保持裂縫寬度在0.2mm以下[4]。

4 結(jié)語

通過總結(jié)混凝土的開裂因素，其主要有三類不同的開裂原因，產(chǎn)生的移速多與硬化溫度、拉應(yīng)力的變化以及分布情況有有頂?shù)穆?lián)系，通過優(yōu)化面層混凝土的配料比、改用雙層土工布和薄膜覆蓋進(jìn)行材料的護(hù)理，可顯著降低其開裂的可能性，提高面層混凝土強度。另外通過縮短混凝土的長度，同時加以配筋，能夠?qū)γ鎸踊炷恋拈_裂情況進(jìn)行有效的控制，保證使用的安全性。

參考文獻(xiàn)

[1]鄧文杰，黃健.重力式碼頭面層混凝土開裂原因分析及裂縫控制[J].珠江水運，2017（4）：63-64.

[2]蘇旬浩.港口碼頭施工中混凝土裂縫產(chǎn)生的原因及防治措施研究[J].工程建設(shè)與設(shè)計，2017（6）：150-151.

[3]李金.重力式碼頭不均勻沉降原因分析及預(yù)防措施[J].西部交通科技，2017（1）：102-105.

[4]王建娜.大型重力式碼頭胸墻施工技術(shù)分析與施工工藝探討[J].珠江水運，2017（13）：81-82.