港口工程建設中的胸墻大體積混凝土裂縫成因及防裂技術

◎ 姚紹松 中交灣區（廣東）投資發展有限公司

1.工程概況

北海市鐵山港西區北暮作業區5＃、6＃泊位水工工程位于廣西省北海市鐵山港區興港鎮近岸海域，建設規模為兩個15萬噸級散貨泊位，碼頭結構采用鋼筋混凝土沉箱結構，沉箱頂上為現澆砼胸墻，本工程現澆胸墻為33段，分為前沿軌道梁、胸墻和后沿軌道梁，共有砼16480m3（前沿軌道梁、胸墻9107m3，后沿軌道梁7373m3），前沿軌道梁與胸墻連接在一起。現澆胸墻施工是本工程的難點，胸墻施工需乘潮作業，可作業潮水較低，平均每月作業可作業天數較少，混凝土采用罐車從預制場攪拌站運至碼頭施工現場，并采用地泵泵送入模施工工藝澆筑。

2.胸墻大體積混凝土裂縫成因

混凝土開裂原因有多種，對于胸墻大體積混凝土，造成其開裂的主要因素包括施工原材料、溫度變化、施工工藝、混凝土坍落度等。

2.1 原材料引起的裂縫

引起胸墻大體積混凝土裂縫產生的施工材料方面的因素主要包括：（1）水泥的種類。不同強度等級的水泥收縮性質不同，從而使混凝土產生不同的收縮裂縫。（2）水泥的安定性。水泥中過多的氧化鈣與氧化鎂由于其熟化緩慢，與水泥不同步，會在水泥硬化之后繼續反應，從而引起水泥體積不均勻變化，造成其安定性不良從而使混凝土產生膨脹性裂縫。（3）水泥及混凝土的強度等級。混凝土強度等級越高，脆性越大，越易產生裂縫，而水泥強度等級對混凝土強度有著重要影響。（4）外加劑及混合料的選擇。外加劑與混合料應符合施工實際，與水泥有效融合，否則會造成混凝土收縮產生裂縫。

2.2 溫度變化引起的裂縫

溫度引起的裂縫主要包括水泥水化引起的水化熱和外部環境溫度變化引起的裂縫兩種。水泥水化時會產生大量的水化熱，這種水化熱在短時間內會在混凝土內部大量聚集，造成混凝土內部溫度急劇升高，而胸墻大體積混凝土由于斷面較大，表面系數較小，混凝土內部聚集的熱量很難在短時間內散發出去，從而造成混凝土內外之間產生溫度差，使胸墻混凝土產生收縮變形，當收縮應力大于混凝土的抗拉能力時便產生裂縫。外界溫度變化也會造成混凝土開裂，外部溫度過高時，混凝土不易散熱，且混凝土中水分快速蒸發，引起裂縫產生，外界溫度驟降時又極易使混凝土內外產生溫差，使混凝土產生收縮裂縫。

2.3 混凝土坍落度過大

港口工程通常采用泵送方式進行胸墻混凝土澆筑，混凝土坍落度過大會引起漿體上浮和骨料下沉，骨料下沉會使鋼筋出現拉應力，這種拉應力大于混凝土初始抗拉能力，從而引起裂縫產生。

2.4 施工工藝及養護

施工工藝缺陷是胸墻大體積混凝土產生裂縫的重要因素，應當按規范對混凝土進行澆筑、振搗及養護等，如果不注重工藝流程的控制，胸墻大體積混凝土將因強度不均勻而出現裂縫。

3.防止胸墻大體積混凝土裂縫的技術措施

北海鐵山港西區北暮作業區5＃、6＃泊位水工工程包含胸墻大體積混凝土結構，在建設中為預防胸墻大體積混凝土裂縫產生采取了如下相關措施。

3.1 設計措施

為防止胸墻大體積混凝土裂縫產生，本工程在設計階段就加大對易出現裂縫的位置及環節的關注，并針對此部位采取相應措施，在進行鋼筋設計時，既考慮滿足胸墻混凝土配筋率的要求，又最大限度減少鋼筋間距和直徑，加設構造鋼筋，提高抗裂性能。根據胸墻大體積混凝土所處的環境特點選擇合適的結構形式，合理設置變形縫。在模板設計上，胸墻臨水面鋼模板面上安裝一層木板，表面貼一層透水模板布，增加混凝土致密性和抗裂性，同時考慮保溫和養護等措施，并對承重、支護結構進行變形及強度驗證。同時還對胸墻混凝土進行了溫控設計，通過相關試驗確定混凝土澆鑄溫度、內部的最高溫度等，在混凝土內部埋設測溫、應變測試元件和冷卻水管等降溫系統，使混凝土澆筑溫度在5℃～30℃范圍之內，混凝土內外溫差保持在25℃以內，混凝土內部最高溫度不超過70℃等。

3.2 施工措施

3.2.1 原材料的選擇及配比

本工程原材料包括水泥、砂石、水、外加劑、鋼筋等。其中水泥選用強度等級為42.5的普通硅酸鹽水泥，碎石采用質地堅硬、級配良好、針片狀少、空隙率小的碎石，其巖石壓碎指標不大于10%，混凝土用砂采用級配良好的天然淡水河流的中粗砂。加入S95礦渣粉，摻量為40%～50%，選用與所使用的水泥相匹配且塌落度所示小的高效減水劑，減少膠凝材料或水泥用量，從而降低混凝土水化熱。其中減水劑減水率不小于20%，通過實驗確定與所使用的水泥相匹配性及摻加量。根據試驗砂石骨料及其它原材料特性，進行混凝土配合比設計和優化，滿足施工圖要求，增強混凝土抗裂能力。同時應選用合格的材料供應商，由廠家安排車運至預制場攪拌站。

3.2.2 混凝土澆筑控制及養護

胸墻混凝土澆筑時，應嚴格按照規范施工，充分攪拌混凝土，使混凝土成分均勻，防止了收縮不均勻導致的混凝土開裂，胸墻大體積混凝土澆筑根據澆搗入模條件確定分層澆注厚度，禁止集中澆筑對混凝土模板和鋼筋的沖擊，混凝土的攪拌、運輸、澆筑、振搗應當連續，禁止冷縫的產生。混凝土澆筑采用泵送入倉方式進行澆筑，在澆筑前實時檢測混凝土模板確保其不出現變形和松動。當潮水退潮至胸墻底部露出水面前1h，各施工人員現場就位，布置施工用電所用的電箱、照明燈具、振動器和水泵等。當潮水退潮至沉箱頂部露出水面后，開啟高壓水泵用淡水沖洗鋼筋后再澆筑混凝土。每段胸墻時間為：6h～7h。混凝土的坍落度控制在180mm～220mm以利混凝土泵送入模。混凝土的密實方法為插入式振搗器振搗密實。對混凝土澆筑實施二次振搗，即在大體積混凝土初凝前再次振搗，目的在于提高其強度和抗裂性，減少表面裂縫的產生。同時實施二次抹面，在混凝土初凝前進行表面抹面。胸墻大體積混凝土澆筑完成后進行灑水養護14d，初凝后頂層混凝土養護時采用塑料薄膜及土工布保濕，避免暴曬，減少表面熱擴散，終凝后胸墻表面進行儲水保濕，保持良好的養護條件，防止塑性裂縫的產生。混凝土澆筑完成后，不宜過早在上面進行活動和材料堆積。對于施工接縫處進行鑿毛并掃漿處理，采取設置鋼絲網措施防止收縮裂縫的產生。

3.2.3 溫度控制及監控

混凝土攪拌優先使用堆場內底部溫度較低的骨料，集料從成品倉到拌和樓采取遮陽棚隔或噴霧灑水進行降溫，控制膠凝材料進場溫度，降低水泥及礦粉攪拌前的溫度，拌和用水采用冷水系統制冷。選擇合理混凝土運輸路線，控制出料口與澆筑點之間距離，縮短運輸時間，在高溫天氣運輸時，可在混凝土卸料點的附近設置澆水點向混凝土罐車表面淋水降溫。通過降低混凝土澆筑溫度和埋設水管通水冷卻來控制胸墻大體積混凝土內部最高溫度。混凝土養護早期階段在其表面設置自動噴淋設施進行灑水或用流動水等散熱降溫。在氣溫下降時推遲拆模時間，且在模具取下后隨即用土工布進行覆蓋保溫，在胸墻混凝土養護期內始終保持表面濕潤。

4.結束語

胸墻大體積混凝土質量對于整個港口工程質量影響重大，為了保證港口工程的質量，有必要控制胸墻大體積混凝土裂縫的產生。混凝土開裂原因多種多樣，在實際施工中，要有針對性地采取措施控制胸墻大體積混凝土裂縫的產生，本工程通過在設計、施工階段實施有效措施，很好的抑制了胸墻大體積混凝土裂縫的產生，對于同類海港工程胸墻大體積混凝土裂縫的防治具有一定的參考意義。