港口碼頭施工中混凝土裂縫產(chǎn)生的原因及防治措施分析

◎劉建東 中交四航局第二工程有限公司

1.工程概述

廣州港新沙港區(qū)11號12號通用泊位及駁船泊位工程7萬噸通用泊位上部結(jié)構(gòu)共23段胸墻，標準段胸墻單段長度23.42m、寬16m、高2.8m（2.1m），碼頭基礎(chǔ)為重力式沉箱結(jié)構(gòu)，胸墻結(jié)構(gòu)坐于沉箱上方，前沿超出0.6m，后沿懸挑超出2.5m（QU100鋼軌前后軌位于胸墻上方）。胸墻混凝土強度等級為C35，單段澆筑方量為767.8m3。

2.港口碼頭施工中混凝土裂縫的類型

2.1 溫度裂縫

在港口碼頭建設(shè)的過程中，混凝土施工結(jié)束后水泥與水接觸會產(chǎn)生大量的熱量，導致混凝土出現(xiàn)膨脹的情況。隨著溫度的回落，混凝土也會發(fā)生收縮的情況，使混凝土表面出現(xiàn)不一致的作用力。與外部散熱進行對比，內(nèi)部散熱的速度非常慢，導致混凝土內(nèi)外出現(xiàn)巨大的溫差，使混凝土出現(xiàn)了溫度梯度。混凝土的外部收縮值比內(nèi)部收縮值大，混凝土的里外表面受到反向剪切力的影響，最終導致混凝土的表面出現(xiàn)小的裂紋或者裂縫。在溫度條件不斷變化的過程中，拉力之間會存在一定差別，如果其作用力大于混凝土的承受力就會產(chǎn)生溫度裂縫問題。

2.2 干縮裂縫

混凝土結(jié)構(gòu)表面會出現(xiàn)干縮裂縫的問題，干縮裂縫的寬度通常保持在0.2mm左右，這些裂縫的長度大小不一。沒有在澆筑施工結(jié)束后及時養(yǎng)護混凝土是導致干縮裂縫的主要原因，混凝土表面沒有得到及時的養(yǎng)護，表面水分流失非常快，混凝土表面和內(nèi)部收縮無法實現(xiàn)同步進行，因此導致嚴重的干縮裂縫問題。

3.大體積混凝土溫度裂縫的成因

大體積混凝土結(jié)構(gòu)施工時，由于水泥水化產(chǎn)生水化熱，混凝土內(nèi)的溫度持續(xù)上升。而混凝土的熱傳導系數(shù)低，大體積混凝土水化熱不易傳導，導致其內(nèi)部溫度大于混凝土表面溫度。由于結(jié)構(gòu)都不是絕熱的，在水化熱升溫的同時就有散熱發(fā)生。水化熱升溫直至峰值后水化減緩，繼續(xù)散熱便引起溫度下降，隨著時間逐步衰減。升溫時間很短，大約在澆筑后1～4d，混凝土彈性模量很低，基本處于塑性及彈塑性狀態(tài)，約束應力很低。降溫階段，彈性模量迅速增加，約束拉應力也隨時間增加，在某時刻超過混凝土抗拉強度便出現(xiàn)貫穿性裂縫。這是大體積混凝土由于內(nèi)部約束產(chǎn)生開裂。在巖石或地基上澆筑的大體積混凝土因溫度下降而產(chǎn)生收縮時，由于外部約束而使大體積混凝土發(fā)生溫度應力。先澆筑部分硬化了的混凝土也可以成為在其上面新澆筑混凝土的約束，使新澆筑混凝土發(fā)生約束應力。當應力超過混凝土的抗拉強度，混凝土則出現(xiàn)開裂。

4.大體積混凝土溫度裂縫控制基本原則

混凝土結(jié)構(gòu)裂縫控制應采取預防為主、防治結(jié)合的方針，其技術(shù)架構(gòu)包括結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化、原材料選擇、混凝土配合比設(shè)計、施工工藝、養(yǎng)護等幾個方面。裂縫控制需要設(shè)計單位與施工單位密切配合。施工技術(shù)人員采用兼顧設(shè)計、材料、施工和養(yǎng)護等“綜合法”理念，系統(tǒng)了解和掌握混凝土結(jié)構(gòu)裂縫控制的基本理論和方法。

5.港口碼頭施工中混凝土裂縫的防治方法

5.1 增加胸墻后懸挑段墊層

在設(shè)計圖紙中，回填中粗砂結(jié)構(gòu)是胸墻后懸挑段下方的主要結(jié)構(gòu)形式，通過增加懸挑段15cm厚C20墊層的方法，大幅度提升了胸墻整體的穩(wěn)定性，同時給整個工程施工提供了便利的條件。

5.2 管控混凝土入模溫度

在控制混凝土質(zhì)量時將原材料質(zhì)量管控放在首位，采取加冰冷卻拌合水的方法高效管理混凝土的入模溫度。混凝土坍落度、出盤溫度和入模溫度的具體情況詳見下表1。

表1 混凝土坍落度、出盤溫度、入模溫度的具體情況

5.3 監(jiān)測施工期溫度場發(fā)展規(guī)律

以溫度場模擬信息為基礎(chǔ)，使用埋入式傳感器監(jiān)測混凝土的施工期溫度，獲取混凝土構(gòu)件內(nèi)表溫差、構(gòu)件中心最高溫度、環(huán)境溫度以及表面溫度等不同構(gòu)件建筑溫度，從而了解該工程不同厚度混凝土構(gòu)件施工過程中溫度場變化的規(guī)律。

5.4 混凝土澆筑與振搗

（1）在澆筑施工以前，將厚度為5cm的砂漿澆筑到倉底位置，接著澆筑混凝土，每一層混凝土的澆筑厚度保持在50cm左右，下料高度保持在2m左右，下料施工的順序為從外向里，澆筑方式為螺旋來回澆筑。

（2）在混凝土振搗施工時使用6組振搗棒振搗施工，將振搗棒豎直插入到混凝土里，快速插入，緩慢拔出，4組施工人員在下料位置振搗，另外2組施工人員復振保護層和模板邊角位置。澆筑施工結(jié)束4h后復振混凝土結(jié)構(gòu)，直到?jīng)]有氣泡出現(xiàn)方可停止振搗作業(yè)。

（3）在施工現(xiàn)場混凝土初凝的前1h對其實施二次振搗施工，使混凝土表面達到密實的標準，防止出現(xiàn)微小的裂縫問題。

5.5 養(yǎng)護（底層）

澆筑完成混凝土底層以后適當延長拆模時間，通常情況下，在澆筑施工3d以后方可拆除模板，28d后帶模養(yǎng)護，及時做好養(yǎng)護施工。在養(yǎng)護混凝土成品時采取蓄水養(yǎng)護的措施，使用砂漿袋將養(yǎng)護用水圍起來，間隔2h抽水養(yǎng)護一次。使用土工布將構(gòu)件四周包裹好，蓄水范圍與土工布構(gòu)成一個整體，并與混凝土表面緊緊貼在一起，使其始終保持濕潤的狀態(tài)。

5.6 改進

在控制面層施工前底層裂縫問題時，通過改進施工辦法的方式高效管控裂縫問題。將一層φ1.6cm@100鋼筋網(wǎng)片放置在+3.1m標高位置處，并將8mm鋼筋網(wǎng)片焊接在兩側(cè)端頭位置；將3cm厚聚苯乙烯泡沫塑料附著在沉箱隔墻四周，有效緩解側(cè)向壓力；在澆筑胸墻時分五次澆筑胸墻+2.45～+4.20m段位置處；將瀝青木絲板設(shè)置在+3.2～+4.20m位置處，徹底消除該層的貫穿裂縫。

5.7 面層精細化施工

（1）鑿毛。為了使上層混凝土和下層混凝土緊密連接在一起，通過鑿毛處理的方式將原混凝土面鑿成凹凸不平的麻面。鑿毛深度以能夠清楚看見混凝土中的大顆粒砂石為準，間距為3cm，混凝土面的鑿毛率要達到90%以上，并使用清水將鑿毛后的混凝土表面清洗干凈。

（2）鋼筋。在澆筑底層混凝土的過程中預留好軌道后澆帶，為后續(xù)的軌道鋼筋埋設(shè)和錨固螺栓預埋奠定基礎(chǔ)，防止底層澆筑施工給面層主筋造成不良影響。后綁面層主筋對底層混凝土振搗起到積極的促進作用，給鑿毛施工提供了巨大的便利。同時表面以下5cm增加間距150mm×150mm的φ10鋼筋網(wǎng)片，以達到防裂要求。

（3）模板。面層和護輪坎一起澆筑施工，使二者構(gòu)成完美的結(jié)合面，將裂縫問題控制在最小范圍之內(nèi)。整體式鋼模裝配是面層模板的主要形式，規(guī)范化設(shè)置支撐和拉桿。

（4）混凝土。將纖維摻加到混凝土中，坍落度控制在10cm以內(nèi)。采取平板振搗器與振搗棒聯(lián)合振搗施工的策略，在混凝土初凝的前2h開展二次振搗施工，最后對混凝土表面實施壓光處理，防止出現(xiàn)任何微小的裂縫。

（5）切縫。在混凝土澆筑施工結(jié)束12h后，對碼頭面實施切縫處理。使用全站儀精準放出切縫線，分縫線要確保順直、連續(xù)。

（6）養(yǎng)護。在養(yǎng)護混凝土時覆蓋高分子養(yǎng)護膜，并使用土工布覆蓋四周，必須控制好面層養(yǎng)護期內(nèi)的濕度和溫度，從而使養(yǎng)護施工達到最佳效果。

6.結(jié)束語

在混凝土施工過程中合理管控溫度，從降低水化熱的角度出發(fā)，采取帶模養(yǎng)護、監(jiān)測溫度和加冰降溫等措施，科學設(shè)置混凝土的拌和、入模和養(yǎng)護時間，為后續(xù)的澆筑施工和養(yǎng)護施工夯實基礎(chǔ)。混凝土澆筑施工結(jié)束后為防止混凝土出現(xiàn)裂縫問題，可以采取土工布包裹與蓄水養(yǎng)護及四周帶模養(yǎng)護等相結(jié)合的形式，表面使用高分子養(yǎng)護膜養(yǎng)護成型，使混凝土養(yǎng)護取得最佳的效果。