淺述碼頭胸墻面層混凝土結(jié)構(gòu)表面裂縫的防治措施

朱姝 崔瑩

摘要：本文對碼頭胸墻面層混凝土裂縫的特征、成因、危害以及如何控制和補(bǔ)救作出了論述，有一定施工參考價值。

關(guān)鍵詞：胸墻；混凝土；裂縫；防治

中圖分類號：TU37 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：

海港工程碼頭胸墻面層混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工工藝成熟，但其外觀質(zhì)量受多方面影響。裂縫是對胸墻面層混凝土結(jié)構(gòu)危害最大因素，因此裂縫的防治是其質(zhì)量控制的最重要的一個環(huán)節(jié)。

1. 裂縫的外在特征

1）橫向裂縫。垂直于碼頭前沿線方向的橫向裂縫，多發(fā)生在胸墻段的 1/2 部位或 1/3 部位。有時出現(xiàn) 1 道，有時出現(xiàn) 2～3 道，這也是存在最多、最普遍的裂縫。

2）水平向裂縫。平行于碼頭前沿線的縱向裂縫，此裂縫存在較少。

3）斜向裂縫。多發(fā)生在胸墻頂部系船塊體周圍、管溝、軌道槽四角處。

4）表面干裂和龜裂。在胸墻頂面出現(xiàn)的形狀不規(guī)則、寬度不大、深度較淺的網(wǎng)狀裂縫或龜紋狀裂紋。

2. 對產(chǎn)生裂縫成因的分析

對于出現(xiàn)的上述裂縫，從混凝土配合比、混凝土振搗、頂層壓面、養(yǎng)護(hù)、 現(xiàn)場施工條件等多方面因素加以分析，找出上述裂縫的產(chǎn)生原因。

2.1 垂直于碼頭前沿線方向的橫向裂縫

該裂縫多集中于胸墻中心即靠近系船柱處，其開裂的主要原因是：

新混凝土澆注后，由于分段長度過大，同時，胸墻上設(shè)有系船塊體和各類工藝管溝，斷面比較復(fù)雜，在新、老混凝土接茬處，新混凝土受到老混凝土的約束，引起拉伸應(yīng)力過大。約束產(chǎn)生的應(yīng)力，在胸墻的 L/2 處為最大，同時又因為在該位置有系船柱而使截面面積減小，產(chǎn)生應(yīng)力集中，所以絕大多數(shù)縱向裂縫產(chǎn)生于 L/2 附近處。

2.2 平行于碼頭前沿線的縱向裂縫

混凝土硬化初期尚處于一定的塑性狀態(tài)時，混凝土骨料在自身重力作用下將會發(fā)生下沉。振搗不密實的混凝土在硬化的初期將產(chǎn)生一定沉縮。當(dāng)這種沉降受到模板或鋼筋的約束時，將導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生塑性變形裂縫。這種裂縫一般沿鋼筋走向呈斷續(xù)狀分布。

2.3 斜向裂縫

胸墻上設(shè)有系船柱和各種工藝管溝，這些系船柱和管溝四角處容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致在系船柱塊體周圍和管溝四角處出現(xiàn)斜向裂縫。

2.4 表面干裂和龜裂產(chǎn)生的不規(guī)則裂縫

1）胸墻頂面混凝土干縮和龜裂產(chǎn)生的裂縫與混凝土的技術(shù)條件有很大關(guān)系，如單方水泥用量較多、水灰比大、未摻用外加劑和摻合料以及泌水情況嚴(yán)重的混凝土，表面容易產(chǎn)生干縮裂縫。

2）混凝土養(yǎng)護(hù)不到位。澆注完畢后表面不及時覆蓋，混凝土表面水分蒸發(fā)速度過快，特別是在炎熱或大風(fēng)天氣，表面過早失水造成急劇收縮產(chǎn)生各種裂縫。

3）抹面時間控制不好，過早達(dá)不到壓面目的，過晚難于進(jìn)行壓面，無法保證密實。特別是壓面的遍數(shù)直接關(guān)系到面層的外觀和表面收縮裂縫的消除；表面浮漿處理不徹底。

2.5 從大體積混凝土澆筑角度來看，混凝土溫度應(yīng)力、約束應(yīng)力是裂縫產(chǎn)生的內(nèi)在原因

1）混凝土硬化期間釋放大量水化熱，使混凝土內(nèi)部的溫度不斷上升，混凝土內(nèi)外溫度不一將在混凝土表面引起拉應(yīng)力。同時，在混凝土的降溫過程中，內(nèi)外降溫的速度不一致，又會在混凝土內(nèi)部出現(xiàn)拉應(yīng)力。

2）在預(yù)制沉箱上部澆筑重力式碼頭胸墻，沉箱對其有約束。分層施工時，其下層混凝土對上層混凝土產(chǎn)生約束。特別是兩層混凝土澆筑間隔時間較長，下層對上層新澆筑混凝土的約束增大，新澆筑混凝土結(jié)構(gòu)的全部或部分邊界受到外界約束，不能自由變形時，造成結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。

3）據(jù)有關(guān)資料介紹，當(dāng)老混凝土層面上的新澆混凝土結(jié)構(gòu)長度大于 10 m 時，新澆混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫的機(jī)率較大。

3. 裂縫工程的危害

胸墻是重力式碼頭的上部結(jié)構(gòu)，屬大體積混凝土構(gòu)件。其作用是將墻身預(yù)制構(gòu)件連成一整體，承受波浪力、船舶系泊力等。胸墻混凝土裂縫的工程危害表現(xiàn)在：

3.1 影響碼頭結(jié)構(gòu)的整體耐久性

碼頭胸墻處于水位變化區(qū)，干濕交替，受海水、大氣侵蝕。在有配筋的胸墻上，裂縫處的保護(hù)層厚度減小，氯離子到達(dá)鋼筋表面的時間縮短，使鋼筋過早產(chǎn)生銹蝕。而胸墻一旦出現(xiàn)貫通性裂縫后，海水或潮濕的空氣直接與鋼筋接觸。鋼筋的銹蝕膨脹會加速裂縫的發(fā)展，使鋼筋保護(hù)層遭到破壞，降低胸墻結(jié)構(gòu)的整體性和耐久性，嚴(yán)重的會影響碼頭系泊能力。在我國北方的碼頭，碼頭胸墻還要承受冰凌的撞擊和摩擦，嚴(yán)重的裂縫會降低混凝土的抗凍融和抗摩擦能力。

3.2 影響碼頭的觀感質(zhì)量

胸墻上布設(shè)有電纜溝、軌道槽、系船柱、防風(fēng)錨、頂升等附屬設(shè)施，其表面裂縫的多少和裂縫的開展情況，對碼頭的使用功能產(chǎn)生一定的影響，也一定程度影響了碼頭的觀感質(zhì)量。

4. 工程實例

以北方某碼頭工程為例，使用部位為現(xiàn)澆胸墻面層，設(shè)計要求C30F300，要求坍落度 80mm～100mm。綜合以上胸墻混凝土裂縫的成因分析，以合理的施工設(shè)計為前提，從材料、配合比設(shè)計及施工過程控制的方面采取措施防止或減少胸墻裂縫的出現(xiàn)。

4.1 材料

提高混凝土的質(zhì)量，合理選用各種原材料，外加劑等。嚴(yán)格按照《水運工程混凝土質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)》（JTS202-2-2011）的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)要求施工，提高混凝土的質(zhì)量。為降低混凝土在強(qiáng)度增長過程中所釋放的熱量，降低混凝土內(nèi)外溫差，避免或減輕大體積混凝土的溫度裂縫，施工中所選用的原材料及控制措施為：

1）水泥盡量選用水化熱低、凝結(jié)時間長的水泥，優(yōu)先采用硅酸鹽水泥。

2）摻合料采用粉煤灰、礦渣粉等。試驗數(shù)據(jù)表明，每100kg純硅酸鹽水泥可使混凝土內(nèi)部溫度升高8℃～12℃,合理摻加摻合料不僅可以降低單方混凝土的水泥用量、改善混凝土和易性、減少水化熱，而且可以降低成本，減小混凝土干縮性和抗裂性，提高后期強(qiáng)度。

3）采用連續(xù)級配的粗骨料和級配良好的中粗砂以及合理配置砂率。

3）單位立方混凝土用水量是個重要因素，用水量愈多混凝土收縮的趨勢越大。施工中根據(jù)實際情況相應(yīng)減少單位體積用水量。

4）外加劑采用高效減水劑、緩凝劑、引氣劑，以降低混凝土拌合用水量，減慢水泥水化放熱速率，降低產(chǎn)生水化熱的內(nèi)因，并提高混凝土耐久性。

5）原材料應(yīng)放置在陰涼處或設(shè)置遮陽棚，降低原材料的溫度?？刂茲仓囟?，使混凝土入模溫度控制在6℃左右。

4.2 配合比設(shè)計

混凝土所用原材料性能（表1）和混凝土配合比（表2）如下：

表1混凝土所用原材料性能

表2混凝土配合比及試驗結(jié)果

4.3施工過程控制（如圖）

1）將胸墻頂面鋼筋降低，胸墻結(jié)構(gòu)與面層結(jié)構(gòu)作為兩項獨立結(jié)構(gòu)分別配筋，使面層結(jié)構(gòu)實際形成上下層配筋的鋼筋混凝土板。

2）澆注前應(yīng)用水浸濕底板和模板，甚至浸濕鋼筋，但不允許有明水存在。

3）胸墻混凝土澆筑至頂面時，振搗充分，避免過振。并進(jìn)行二次振搗，既可預(yù)防和消除混凝土塑形裂縫，還可改善混凝土和鋼筋的粘結(jié)強(qiáng)度。在初凝前完成抹平工作，終凝前完成壓光工作。用木抹子反復(fù)搓平壓實，使頂面為平整的麻面，而不再鑿毛，以減小外部約束對面層裂縫的影響。

3）面層砼配合比在滿足設(shè)計強(qiáng)度、耐久性和規(guī)范要求的最小水泥用量前提下，減少水泥用量，合理調(diào)整砂率，優(yōu)化配合比設(shè)計；現(xiàn)場嚴(yán)格控制砼入模塌落度在4cm～6cm范圍內(nèi)。

4）養(yǎng)護(hù)采用在砼表面蓋塑料薄膜，外層再覆蓋土工布的形式，每天灑水保濕養(yǎng)護(hù)，并保證養(yǎng)護(hù)時間不少于14天。

5）面層每2m設(shè)一道砼切縫，同時面層鋼筋也在切縫處斷開，并在砼達(dá)到切縫強(qiáng)度后及時切縫，以減少砼面層開裂。

5. 總結(jié)

從檢測結(jié)果可以看出，在成熟的施工設(shè)計前提下，通過合理使用材料，合理的配合比設(shè)計，及規(guī)范施工，可以把碼頭胸墻面層混凝土結(jié)構(gòu)表面裂縫有效控制或消除。

參考文獻(xiàn)：

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