碼頭水工工程大體積混凝土施工裂縫控制技術

◎胡揚帆 李軍 岳陽市交通公路工程建設總公司

在碼頭水工工程施工過程中，最為常見的質量問題是混凝土裂縫問題，所以在施工期間，應對大體積混凝土裂縫的影響因素進行有針對性的研究，采取切實可行的裂縫治理措施，確保工程質量達到規范和設計標準。

1.碼頭水工工程大體積混凝土的特征

在碼頭水工工程大體積混凝土施工時，結構斷面使用的混凝土方量非常大，因此，在澆筑施工的過程中通常會采取分層、分縫、跳倉澆筑的施工方法，將混凝土的單次使用方量降到最低，科學控制內外溫差給混凝土內部結構造成的影響。使用冷水管降低混凝土內部的溫度，使混凝土養護取得最佳的效果，從而顯著提升混凝土澆筑施工的效率和質量。

2.分析大體積混凝土裂縫形成的原因

大體積混凝土開裂由混凝土結構與結構之間或結構的不同部位之間的溫度應力超過混凝土的抗裂能力而產生，施工環境、施工材料和施工工藝都會使大體積混凝土出現裂縫。其具體的原因是：（1）混凝土結構因水泥水化引起溫度變化而變形，受到約束時所產生的應力超過了混凝土的極限拉伸；（2）混凝土的干縮變形與溫度應力的疊加助長了開裂的產生和發展。

在分析大體積混凝土的具體情況以后，混凝土早期溫度應力是導致水泥水化熱的主要根源，而碼頭大體積混凝土裂縫的主要誘因為溫度。在治理時，應從綜合應力現場管控、變形以及溫度等方面著手，主要針對約束、干縮和溫差所產生的拉應力作用。

3.碼頭大體積混凝土裂縫控制技術

3.1 工程概況

該工程為成品油保稅庫項目配套碼頭工程，碼頭包括10萬噸級的成品油泊位1個、5萬噸級的成品油泊位2個、1萬噸級的成品油泊位1個以及相應的配套設施項目。

3.2 分析工程初始狀況及目標

在碼頭大體積混凝土工程施工時，首先完成12件立墻現澆施工，混凝土終凝三天以后，有些現澆立墻構件的側面發生了兩道左右的豎向非貫穿性裂縫。對裂縫觀察一周以后，最終裂縫平均的寬度為0.3mm，最大裂縫的寬度為0.4mm，裂縫的長度與立墻高度基本相同。在仔細分析整個工程以后，最終決定采取積極的措施對后續大體積混凝土可能產生的裂縫進行控制。

3.3 分析人員、材料、施工及環境因素

人員因素。人是主要因素，如果施工現場的工作人員操作技術水平不高、施工經驗不足，混凝土出現裂縫的幾率就會升高。施工人員要具備超強的質量管理意識，從而使混凝土的裂縫問題出現的幾率降到最低。

材料因素。材料因素主要包括膠凝材料、骨料含泥量、外加劑等。經試驗檢查，發現使用的骨料含泥量非常高。該工程中用砂含泥量達到了2.5%，雖然略低于規范值，但是其含泥量達到了偏高或者超高的水平。碎石含泥量為0.9%，砂泥塊含量為0.5%，其含量保持在規定值1%的范圍內，但是其含量依然處于超高的水平之上。混凝土施工材料會給大體積混凝土裂縫的形成造成直接的影響，雖然骨料中含泥量比規范值略低，但是處于偏高的范圍，也會給裂縫形成帶來直接的影響。

施工因素。施工因素主要包括澆筑溫度、控制內部最高溫度、養護時間、拆模時間和振搗間距等。施工現場經常會出現施工人員操作不規范的情況，振搗間距達到了60cm，該間距嚴重超出了《水運工程混凝土施工規范》（JTS 202-2011）的要求值。拆模施工沒有按照設計標準執行，混凝土終凝第二天便拆除了模板，使混凝土過早暴露在空氣中，混凝土表面溫度降低非常明顯。在經過現場驗證以后，發現白天日照溫度較高，混凝土罐車表面的溫度達到了40℃以上，因此要采取降溫措施處理。

環境因素。該工程的施工區域為亞熱帶季風氣候區，氣溫夏秋季節較高，蒸發量非常大，持續降水時間很短。在工程建設施工的過程中，使用灑水養護的方法處理上部獨立墩結構困難重重，給大體積混凝土裂縫防控造成了嚴重的影響。

4.碼頭大體積混凝土防裂措施

碼頭大體積混凝土防裂措施具體有如下幾點。

（1）做好技術交底工作。碼頭大體積混凝土裂縫受施工人員綜合素質的影響非常明顯，因此必須做好振搗間距、振搗深度、振搗棒有效半徑和振搗操作要點等技術交底工作。施工單位組織新進人員開展崗前培訓活動，聘請專業技術過硬的施工人員對其實施有針對性的技術輔導。

（2）合理的溫控設計。大體積混凝土應根據結構的設計使用年限、使用環境和結構特點等因素進行溫控設計。采用溫控抗裂安全系數評定溫控抗裂安全性，溫控抗裂安全系數應＞1.4。溫控標準應滿足下列要求：混凝土澆筑溫度≤30℃、≥5℃；混凝土內表溫差≤25℃；混凝土內部最高溫度≤70℃；混凝土塊體降溫速率≤2℃/d。

（3）選擇合適的原材料。大體積混凝土宜采用礦渣硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥等低水化熱水泥，不宜使用早強水泥。在碼頭大體積混凝土工程施工以前，在監理人員的監督下完成砂石料的取樣工作，檢測合格的砂石料方可投入施工。混凝土的攪拌工作要在拌合站完成，粗骨料含泥量≤1%，其中泥塊含量≤0.5%。細骨料含泥量≤3%，其中泥塊含量≤1%。

（4）合理設計配合比。大體積混凝土配合比應滿足設計與施工要求，并按照絕熱溫升低、抗裂性能良好的原則優化確定。

（5）科學控制拆模時間。大體積混凝土模板設計應考慮保溫和養護措施的要求。混凝土表面溫度與環境溫度之差＞15℃時應推遲拆模時間。

（6）科學布設冷卻水管。在布設冷卻水管的過程中，水平間距保持在2m左右，與模板邊緣的距離保持在1m以上，高度為分層澆筑施工厚度的1/2。混凝土覆蓋冷卻水管后應開始通水冷卻，通水冷卻要定期改變通水方向，冷卻水流速≥0.6m/s，冷卻水溫度與混凝土內部溫度之差≤25℃，通水時間根據降溫速率確定，不超過15d。冷卻水管布置示意圖見圖1。

圖1 冷卻水管布置示意圖

（7）澆筑施工最好選取低氣溫環境。熱天施工時，宜采用溫度較低時段施工、降低水泥和骨料溫度、采用低溫水或冰水拌合混凝土等措施進行控制。提高混凝土澆筑能力，縮短暴露時間，對混凝土運輸設備采取遮陽、隔熱、降溫、艙面噴霧等措施。

（8）混凝土養護。混凝土養護的主要方法為頂面灑水養護、蓄水養護和土工布覆蓋養護等，如果使用覆水養護的方法，蓄水量保持在2cm左右，養護時間為5d。模板拆除以后，使用土工布覆蓋好混凝土側面和頂面，同時做好灑水養護施工。

（9）施工期溫控檢測。施工過程中應監測混凝土澆筑溫度、內部溫度、環境溫度、冷卻水溫度等參數。混凝土溫度和應變監測頻次應符合下列規定：①混凝土澆筑溫度檢測每臺班≥2次；②升溫期間，環境溫度、冷卻水溫度和內部溫度每2～4h監測一次，降溫期間每天監測2～4次；③溫度監測持續時間≥20d，應變監測≥60d。

5.結束語

針對碼頭大體積混凝土裂縫情況，應具體問題具體分析，采取積極的措施防控，減少裂縫的數量，使治理效果達到了較高的水平，顯著提升了混凝土結構的耐久性，確保了混凝土的施工質量，在碼頭水工工程大體積混凝土裂縫問題的處理效果上取得了階段性的勝利。