重力式碼頭胸墻和面層混凝土裂縫控制

王帥

中交一航局第五工程有限公司 河北秦皇島 066000

錦州港煤炭碼頭一期工程碼頭工程位于錦州港規(guī)劃的第四港池北側(cè)岸線西端，為三個10萬噸級散貨船碼頭，由碼頭及碼頭護岸兩部分組成。設(shè)計總長度為820m，為突堤式結(jié)構(gòu)，海側(cè)為碼頭岸線，陸側(cè)為護岸，碼頭面頂高程為5．00m，碼頭前沿底標高為-15．7m，胸墻海測懸挑1m。重力式沉箱結(jié)構(gòu)，共安裝沉箱57座。沉箱上部是C35F300現(xiàn)澆筑鋼筋混凝土胸墻結(jié)構(gòu)，卸船機的前軌將會直接作用在這個結(jié)構(gòu)上面。每一段的胸墻長16．24米，寬6．7米，高3．3米。本文主要對該工程之中的胸墻以及面層結(jié)構(gòu)之中混凝土裂縫產(chǎn)生的原因及其控制方法進行分析。

1 重力式碼頭胸墻以及面層之中混凝土裂縫的形成原因分析

1.1 施工期的裂縫形成原因

首先是干縮裂縫，因為胸墻面層結(jié)構(gòu)層厚度薄，一次澆筑面積大，混凝土在接近初凝之前無法進行覆蓋養(yǎng)護，所以在初凝之前混凝土表層的失水速度會很快，而且會在溫度的影響作用之下產(chǎn)生不均勻膨脹，進而出現(xiàn)比較嚴重的干縮變形情況。由于胸墻和面層之間存在著約束應力，這對于混凝土干縮變形也會產(chǎn)生一定程度的制約作用，由于約束用力、干縮應力與溫度應力的共同作用，在施工期間極易出現(xiàn)混凝土裂縫現(xiàn)象[1]。

其次是應力集中處的裂縫，在整個工程之中，系船柱預埋底座、防風錨及其坑邊角的應力都比較集中，因此，如果這些部位在混凝土的硬化過程中發(fā)生驟變，在溫度的影響作用之下，預埋鐵桿就會發(fā)生熱脹冷縮情況，進而導致邊角位置的應力急劇加大，如果這個應力超過了混凝土抗拉強度的極限，這些位置的混凝土就會產(chǎn)生裂縫。

1.2 使用期的裂縫形成原因

在碼頭的使用過程中，由于很多大型的船舶鋼軌都在碼頭進行作業(yè)，所以其面層就會受到正向壓力、交變應力以及剪切力等諸多因素的影響，如果這些作用力超過了面層混凝土所承受的極限，面層的混凝土就會出現(xiàn)裂縫情況。

2 重力式碼頭胸墻以及面層之中混凝土裂縫的控制措施

2.1 減少徐變應力，合理控制澆筑時間和切縫時間

在溫度的影響作用之下，面層的混凝土表面就會形成拉應力，如果這個拉應力超過了混凝土的抗拉極限，混凝土就很容易出現(xiàn)裂縫。因此在進行施工之前，需充分分析裂縫產(chǎn)生部位和原因，混凝土面層澆筑后需及時進行切縫處理，才能將混凝土水化強度增長過程中的溫縮應力釋放出來。在本次所研究碼頭的施工過程中，其切縫的長度控制在了2．5米到2．8米之間，切縫的深度控制在了面層厚度的三分之二左右[2]。通過這樣的方式，就可以有效避免混凝土面層出現(xiàn)裂縫。

同時，在進行混凝土切縫的過程中，相關(guān)單位也應該通過溫度小時法以及強度控制法等的這些方法來進行切縫時間的合理確定，并對混凝土之中實際的溫度應力及其抗拉強度進行對比，這樣就能夠合理分析出混凝土裂縫的原因。當混凝土受到氣溫、陽光照射以及水化熱反應等的共同作用時，面層溫度變化的梯度也會不同。比如，混凝土的水化熱反應期就可以分為五個，第一是起始期，第二是誘導期，第三是加速期，第四是減速期，第五是穩(wěn)定期。在混凝土水化熱的起始期以及誘導期，混凝土都會處于塑性狀態(tài)之中，且有著比較小的彈性模量，這時候我們可以不考慮其溫度應力，在本次工程的施工過程中，設(shè)混凝土開始澆筑的時間是0時，應用的是42．5號硅酸鹽水泥，從0時到10時的這一段時間之中，混凝土的溫度呈現(xiàn)出上升的趨勢，在10時之后，混凝土的溫度就呈現(xiàn)出下降趨勢，同時，徐變收縮也開始產(chǎn)生，由此可見，在混凝土澆筑的10時是其裂縫開始出現(xiàn)的時間節(jié)點。

將以上的理論分析和施工當?shù)孛刻斓臍鉁刈兓?guī)律相結(jié)合，就可以發(fā)現(xiàn)，在混凝土澆筑之后0時到10時的升溫時間段之中，大氣溫度正在呈現(xiàn)出逐步下降的趨勢，因為混凝土的面層是一個很薄的結(jié)構(gòu)，所以其內(nèi)部和外部并不會產(chǎn)生比較大的溫差，所以我們可以認為隨著氣溫降低，混凝土之中的水化熱升溫情況開始逐漸被中和，一直到混凝土澆筑10時之后，其水化熱的峰值以及應變值都呈現(xiàn)出逐漸降低的趨勢。如果將混凝土的澆筑時間定在上午，隨著氣溫的逐漸上升，混凝土之中的溫度應變也會逐漸加大，所以就理論而言，這樣的情況將會加大混凝土裂縫的形成幾率。

根據(jù)以上的闡述，我們可以認為在混凝土澆筑的第十個小時是其最容易出現(xiàn)裂縫的時間，因此，在具體的施工過程中，混凝土的最佳澆筑時間是下午溫度開始下降的時候，這樣才可以盡量減小混凝土澆筑10小時之內(nèi)溫度的梯度，使其所對應的應力與應變都盡量減小。同時，在混凝土水化熱降溫徐變之前，現(xiàn)場的施工人員一定要及時做好混凝土的切縫處理，由于其徐變時間是澆筑后的10小時左右，所以切縫時間一定要在混凝土澆筑之后的十小時之內(nèi)完成，這樣才可以有效避免裂縫的產(chǎn)生。

2.2 降低胸墻和面層之間的剛度差

在重力式碼頭胸墻以及面層的混凝土澆筑施工過程中，造成混凝土裂縫情況的一個主要原因就是胸墻和面層之間產(chǎn)生了過大的剛度差。因為胸墻部分的混凝土體積很大，所以其頂面在施工的過程中就很容易產(chǎn)生裂縫，胸墻的水化熱以及徐變也會比小型混凝土構(gòu)建的水化熱和徐變情況大很多。在具體的施工過程中，面層的施工往往都是在胸墻部分的混凝土徐變之前進行，因此在進行面層的混凝土澆筑過程中，就會對處于徐變狀態(tài)的胸墻混凝土產(chǎn)生一個應力作用，這樣的情況就很容易導致胸墻混凝土形成裂縫。

在本次所研究的工程施工之中，為了有效避免這樣的情況發(fā)生，就應用到了一種公路工程之中所應用的由高分子材料制造的防裂貼，并將其和高強胎基以及耐高溫的織物共同應用到胸墻混凝土的裂縫預防之中，在進行面層混凝土的澆筑施工之前，就將這些材料應用到胸墻頂面產(chǎn)生裂縫的位置，這樣就可以有效阻止或制約胸墻混凝土裂縫朝著面層繼續(xù)蔓延的情況。以下是對本次工程之中所應用的防裂貼作用和工作原理的總結(jié)：

2.3 面層整體極限抗拉強度的提升

在具體的施工過程中，施工人員可以下調(diào)鋼筋，使其處于胸墻主體的結(jié)構(gòu)之內(nèi)，并將雙層的鋼筋網(wǎng)片設(shè)置到面層之中，底層的網(wǎng)片因公φ20毫米的螺紋鋼筋，并通過滿鋪的方法進行布置，鋼筋網(wǎng)片的雙向間距為250毫米，和胸墻凈保護層之間的距離為70毫米，這樣就可以讓面層底部抗拉強度得以顯著提升，使其具備足夠的強度可以抵御卸船機前軌對其產(chǎn)生的應力作用。上層的網(wǎng)片可以采用φ8毫米的圓鋼，其雙向間距是100毫米，和面層頂面凈保護層之間的距離是100毫米，并在混凝土的切縫部位斷開這個鋼筋網(wǎng)片，其斷開的間距是100毫米。通過這樣的方式，就可以讓混凝土抗拉強度得以進一步提升，使其具備足夠的強度來抵御徐變應力作用[3]。

表1 防裂貼工作的作用與原理總結(jié)

2.4 進一步降低或消除局部應力對混凝土的集中影響

為了有效預防邊角應力集中的情況而造成的混凝土裂縫，在設(shè)計面層的井、坑等預留孔洞時，應該將用來加固的鋼筋網(wǎng)片設(shè)置在可能會有裂縫產(chǎn)生的位置，這樣就可以避免邊角位置的局部集中應力所造成的裂縫情況。

3 結(jié)語

綜上所述，在進行碼頭胸墻以及面層的混凝土施工過程中，一定要全面了分析出混凝土裂縫形成的原因，然后根據(jù)實際的施工情況，采取針對性的措施來加以控制。這樣才可以讓混凝土裂縫情況得到合理控制，提升碼頭胸墻以及面層的混凝土施工質(zhì)量。這對于當今港口運輸行業(yè)的發(fā)展以及社會經(jīng)濟的提升都將起到十分積極的促進作用。