大型重力式沉箱碼頭胸墻混凝土裂縫的認(rèn)識(shí)與防治

摘要：近年來，由于水運(yùn)市場(chǎng)船舶向大型化發(fā)展的需求，重力式沉箱碼頭建設(shè)向大型、深水化發(fā)展的速度越來越快，且建設(shè)工期要求緊迫，隨之而來的是胸墻混凝土裂縫問題越來越嚴(yán)重。裂縫影響工程觀感質(zhì)量，海水滲入深度大的裂縫腐蝕內(nèi)部鋼筋，影響結(jié)構(gòu)的耐久性。根據(jù)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，筆者分析了重力式碼頭胸墻裂縫形成的各種原因，并提出防治措施。

關(guān)鍵詞：胸墻;混凝土;裂縫

Abstract: in recent years, due to the large-scale water transportation market ship development needs of caisson dock construction gravity to large, deepwater development faster and faster, and the construction time limit for urgent, and with it XiongQiang concrete crack problem more and more serious. Crack influence the visual quality of engineering, the water of the sea into the deep cracks internal reinforcement corrosion, affect the structure of durability. According to the practical engineering experience, the author analyzed the gravity wharf XiongQiang the various causes of cracks, and puts forward prevention and control measures.

Key words: XiongQiang; Concrete; crack

中圖分類號(hào)： TU528文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：

前言

本文根據(jù)惠州港荃灣港區(qū)重力式沉箱碼頭與其他重力式沉箱碼頭的施工裂縫控制的實(shí)踐效果，論述了碼頭胸墻裂縫的認(rèn)識(shí)，并提出了多種防裂措施，控裂效果顯著，為類似工程積累工程經(jīng)驗(yàn)。

1、裂縫類型與原因分析

目前，在我國大部分重力式沉箱碼頭胸墻混凝土產(chǎn)生的裂縫從外觀分析一般可分為兩類：一是橫向貫穿性裂縫，二是表面淺層裂縫。

1.1橫向貫穿性裂縫是由外荷載（靜、動(dòng)載）引起的，即由于施工程序不合理常導(dǎo)致碼頭胸墻在施工過程中的受力過大，從而使胸墻產(chǎn)生大于砼抗拉能力的拉應(yīng)力而開裂。橫向貫穿性裂縫主要產(chǎn)生的原因有如下幾種：

（1）沉箱的沉降位移尚未穩(wěn)定開始澆筑胸墻導(dǎo)致胸墻產(chǎn)生裂縫。

（2）在胸墻施工后發(fā)生不均勻沉降而產(chǎn)生裂縫。

（3）在澆筑胸墻過程中混凝土終凝前受后軌樁基或兩軌間回填振動(dòng)碾壓等施工影響產(chǎn)生裂縫。

1.2表面淺層裂縫，是由非受力變形引起的，即由是由溫度變化和混凝土的干縮或收縮等引起的。如何有效控制裂縫的產(chǎn)生，是碼頭工程施工中的一大技術(shù)難題。盡管此種裂縫不會(huì)影響到結(jié)構(gòu)安全，但是影響碼頭的觀感質(zhì)量以及會(huì)降低結(jié)構(gòu)的耐久性。表面淺層裂縫主要產(chǎn)生的原因有如下幾種： 1.2.1溫度裂縫：混凝土在澆筑過程中，溫度的變化是引起裂縫產(chǎn)生的一個(gè)重要原因?；炷劣不陂g釋放大量的水化熱，使混凝土內(nèi)部溫度不斷上升，由于外部溫度較低，造成內(nèi)外溫差大，表面收縮應(yīng)力大于混凝土極限抗拉應(yīng)力，從而產(chǎn)生裂縫。另外，混凝土構(gòu)件兩端受到端頭約束，結(jié)構(gòu)內(nèi)部某些剛度較小部件受到另些剛度較大部件約束，溫度應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度值，產(chǎn)生裂縫。此時(shí)的溫度應(yīng)力的基本式是：

1.2.2 收縮裂縫：混凝土在硬化過程中產(chǎn)生一定的收縮，混凝土表面水分較多時(shí)，混凝土收縮受到約束，當(dāng)約束應(yīng)力超過一定程度時(shí)，會(huì)產(chǎn)生裂縫。

1.2.3干縮裂縫：表面失水引起的干縮裂縫也普遍存在，在施工過程中，混凝土表面水分容易散失，特別是碼頭前沿風(fēng)力較大，使表面水分散失更快，混凝土過早干燥，產(chǎn)生混凝土干縮裂縫。

1.2.4沉縮裂縫：由于在澆筑過程中振搗時(shí)間過長，在骨料重力作用下緩慢下沉密實(shí)，而水泥漿則上浮至表面，混凝土在凝結(jié)過程中產(chǎn)生塑性變形而產(chǎn)生裂縫。

2、防治措施

根據(jù)以上述分析，惠州港荃灣港區(qū)重力式沉箱碼頭與其他重力式沉箱碼頭為防止胸墻裂縫的產(chǎn)生，采取了以下綜合防治措施。

2.1橫向貫穿性裂縫多在胸墻頂面和迎水面出現(xiàn)，裂縫呈下寬上窄、外寬內(nèi)窄現(xiàn)狀，此種裂縫危害大，會(huì)降低胸墻結(jié)構(gòu)的整體性，深度裂縫會(huì)導(dǎo)致海水滲入，腐蝕內(nèi)部鋼筋，影響結(jié)構(gòu)耐久性。因此，針對(duì)橫向貫穿性裂縫應(yīng)采取相應(yīng)的措施：

（1）前首先根據(jù)沉箱沉降位移觀測(cè)數(shù)據(jù)，分析沉箱是否完全趨于穩(wěn)定，待沉箱沉降位移完全趨于穩(wěn)定后進(jìn)行胸墻施工，避免在不穩(wěn)定的情況下澆筑混凝土產(chǎn)生裂縫。

（2）結(jié)合工程特點(diǎn)，合理確定胸墻分段長度。根據(jù)《重力式碼頭設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》（JTS 167-2-2009）“當(dāng)墻身構(gòu)件單塊長度較大時(shí)，胸墻宜增設(shè)變形縫，分段長度不宜大于15m”的規(guī)定，惠州港荃灣港區(qū)碼頭工程單件沉箱長19.18m，沉箱對(duì)澆筑在其上部的胸墻約束較大，每件沉箱分兩段胸墻澆筑，胸墻分段長度為9.61m（包括沉箱間的間縫）。如圖1：碼頭胸墻分段示意圖。

（3）合理確定胸墻施工的分層高度，避免大體積混凝土一次性澆筑對(duì)沉箱的約束力大而使沉箱發(fā)生異常變化導(dǎo)致產(chǎn)生裂縫，本工程胸墻高度為3m，采用水平分層的施工方法，分三層澆筑：第一層澆筑至標(biāo)高+1.80m，第二層澆筑至標(biāo)高+3.40m，第三層澆筑至頂面。如圖2：碼頭胸墻分層示意圖。

（4）目前，大部分工程工期緊迫，碼頭胸墻與后方基礎(chǔ)強(qiáng)夯、打樁和回填碾壓等分項(xiàng)平行施工，影響胸墻混凝土澆筑質(zhì)量，在前期策劃的時(shí)候就考慮工序的影響，合理安排各工序的施工。特別注意的是避開胸墻面層混凝土的澆筑與后方回填振動(dòng)碾壓同時(shí)施工。在混凝土終凝前受強(qiáng)烈振動(dòng)下，胸墻混凝土容易開裂。

2.2 碼頭胸墻是重力式碼頭結(jié)構(gòu)的重要組成部分，需要同時(shí)滿足耐久性和觀感質(zhì)量要求，為了盡量減少胸墻由溫度應(yīng)力和干縮應(yīng)力等產(chǎn)生的表面淺層裂縫，在胸墻的施工過程中不斷進(jìn)行探索和總結(jié)，采取一系列措施防止或減少表面淺層裂縫缺陷的出現(xiàn)。

2.2.1加強(qiáng)原材料質(zhì)量控制

2.2.1.1選用低水化熱水泥，降低混凝土水化熱、，用摻和料代替水泥以減少水泥用量。

2.2.1.2使用級(jí)配良好的骨料，符合級(jí)配要求的才給予使用。細(xì)骨料中含泥量不得超過3%，粗骨料含泥量不得超過1%。

2.2.1.3澆筑混凝土?xí)r優(yōu)先選用緩凝型減水劑，延長水化時(shí)間有效地降低混凝土的溫升峰值，減小混凝土內(nèi)外溫差，溫差不宜大于25℃。

2.2.2 配置最佳配合比

嚴(yán)格控制配合比，特別是水泥用量、水灰比，在滿足使用要求的情況下，降低混凝土強(qiáng)度等級(jí)以減少單位體積水泥用量，從而減少水泥水化熱的產(chǎn)生。

2.2.3 加強(qiáng)施工過程質(zhì)量控制

2.2.3.1控制拌和用骨料的溫度，夏天在骨料堆放場(chǎng)地搭遮陽棚，或采取其他防曬降溫措施，混凝土澆筑溫度不宜超過28℃。

2.2.3.2混凝土澆筑時(shí)要分層下料，分層厚度一般為40cm，最大不超過50cm，振搗要密實(shí)，振動(dòng)棒在有效作業(yè)半徑內(nèi)振搗，避免過振和漏振。

2.2.3.3過程中及時(shí)清除混凝土泌出的水分和表面多余的浮漿，并對(duì)混凝土拌制進(jìn)行分層減水，二次振搗，多次壓面。

2.2.3.4加強(qiáng)混凝土的早期養(yǎng)護(hù)，及時(shí)用土工布或麻袋淋水覆蓋，潮濕養(yǎng)護(hù)不少于10天。溫度高、風(fēng)大的天氣要適當(dāng)延長養(yǎng)護(hù)時(shí)間，并做好側(cè)面覆蓋防風(fēng)。

2.2.4 應(yīng)用施工技術(shù)

2.2.4.1摻加高性能海港混凝土抗蝕增強(qiáng)劑

高性能海港混凝土抗蝕增強(qiáng)劑（CPA）是一種復(fù)合外加劑，其主要組成包括硫鋁酸鹽類膨脹劑、高效引水劑、高效阻銹劑和硅粉或超細(xì)磨渣粉，可以起到補(bǔ)償收縮的抗裂作用，以及增加混凝土密實(shí)度和抗腐蝕作用。CPA的摻量為10%，且需把粉煤灰的超量取代部分一并考慮，即CPA摻量=CPA用量/(CPA用量+粉煤灰用量+混凝土配合比中水泥用量)。

2.2.4.2摻入適量的聚乙烯醇纖維

在混凝土中摻入聚乙烯醇纖維，可以緩解溫度變化而引起的混凝土內(nèi)部應(yīng)力的作用，阻止溫度裂縫的擴(kuò)展，可作為一種有效的混凝土溫差補(bǔ)償抗裂手段。胸墻面層（60cm）混凝土摻入適量的聚乙烯醇纖維阻裂效果明顯。如圖3：摻入聚乙烯醇纖維示意圖。

2.2.4.3 面層鋼筋及鋼筋

根據(jù)類似工程，碼頭胸墻上設(shè)有系船柱塊體、錨碇坑等各種工藝管溝，這些構(gòu)件邊角產(chǎn)生應(yīng)力集中，面層混凝土比較容易出現(xiàn)斜裂縫。因此，在胸墻面層以下30~40mm左右鋪設(shè)一層鋼筋網(wǎng)片，平行碼頭方向φ6@50mm，垂直碼頭方向φ6@80mm，利用鋼筋和混凝土的握裹力來抵抗胸墻面層的應(yīng)力，減少微裂縫的產(chǎn)生。

3、防治效果惠州港荃灣港區(qū)1#泊位胸墻面層澆筑時(shí)間為2011年7月至2011年12月，截止2012年5月，澆筑時(shí)間已超過5~9個(gè)月，并已投入使用。從現(xiàn)場(chǎng)的觀測(cè)來看，到目前為止，胸墻混凝土均無出現(xiàn)有害顯裂縫，只有在個(gè)別錨碇坑邊角處有少量的微細(xì)裂縫，裂縫寬度不大于0.1 mm。胸墻混凝土施工質(zhì)量得到很好的保證，惠州港荃灣港區(qū)1#泊位胸墻面層與相鄰地區(qū)的工程相比，裂縫數(shù)量明顯減少，裂縫寬度明顯減小。

4、結(jié)語

4.1工程實(shí)踐表明，重力式碼頭胸墻混凝土裂縫產(chǎn)生的原因復(fù)雜，要完全根治是非常困難的。但是要認(rèn)真對(duì)形成的原因進(jìn)行分析，采取有效的措施完全可以改善，可以降低裂縫出現(xiàn)的幾率。

4.2 胸墻混凝土裂縫防治必須采取綜合治理，從設(shè)計(jì)到施工都是緊密聯(lián)系，設(shè)計(jì)單位應(yīng)合理布置胸墻的分段、鋼筋的布置及實(shí)用的防裂構(gòu)造設(shè)計(jì)。施工單位應(yīng)按照設(shè)計(jì)意圖及參加相關(guān)規(guī)范進(jìn)行嚴(yán)細(xì)管理、精心施工。

參考文獻(xiàn)

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[4] JTS 167-2-2009 重力式碼頭設(shè)計(jì)與施工規(guī)范

作者簡(jiǎn)介：

廖宏志（1982-08） 男廣東梅州人助理工程師從事港口與航道工程

注：文章內(nèi)所有公式及圖表請(qǐng)以PDF形式查看。