防波堤護(hù)面塊裂縫產(chǎn)生的原因與控制分析

龔照龍，張曉宇

（中交四航局第三工程有限公司，廣東 湛江 524022）

隨著海港工程建設(shè)規(guī)模逐步擴(kuò)大，防波堤因具有消浪作用在其中具有較好的應(yīng)用效果，在防波堤施工中護(hù)面尤為關(guān)鍵，其施工質(zhì)量與整體應(yīng)用效果密切相關(guān)，還可實現(xiàn)對堤身的有效保護(hù)。人工護(hù)面塊體是絕大部分防波堤施工中的重要結(jié)構(gòu)，其中以Accropode Ⅱ型最為典型，因技術(shù)水平的提高，其應(yīng)用范圍將逐步擴(kuò)寬。

1 工程概況

加納Tema港擴(kuò)建項目中防波堤總長3558m，為拋石斜坡堤結(jié)構(gòu)，工程施工中使用到Accropode Ⅱ型護(hù)面塊，主要用于外側(cè)結(jié)構(gòu)中，單塊規(guī)格為2m3，具有優(yōu)良的防護(hù)效果；內(nèi)側(cè)以大塊石為主要材料。

2 防波堤護(hù)面塊裂縫成因

護(hù)坡面為防波堤的重要組成部分，其包含數(shù)個離散護(hù)面塊體，為典型的非連續(xù)結(jié)構(gòu)體系，內(nèi)部塊體擁有較為顯著的消波性能，在波浪的影響下依然可維持穩(wěn)定狀態(tài)。但對于極端的海況，將明顯加大塊體偏位概率，易出現(xiàn)護(hù)面層水力失穩(wěn)現(xiàn)象。而且在相鄰護(hù)面塊體之間發(fā)生擠壓與碰撞，會導(dǎo)致個別塊體局部可能達(dá)到極限狀態(tài)而斷裂破壞，從而發(fā)生結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。國內(nèi)防波堤工程常用護(hù)面塊體為扭王字塊體，規(guī)范要求構(gòu)件表面不應(yīng)有嚴(yán)重缺陷，即主要受力部位不應(yīng)有影響結(jié)構(gòu)性能和使用功能的裂縫。

裂縫成因具有復(fù)雜性，是基于多方面因素共同作用的結(jié)果。從內(nèi)因角度來看，主要包括以下幾個方面：原材料質(zhì)量欠佳、混合料生產(chǎn)配比缺乏合理性、結(jié)構(gòu)發(fā)生變形、護(hù)面塊缺乏足夠的抗裂能力；分縫分塊處理方式不當(dāng)，各塊的綜合承載能力欠佳，難以有效抵御外界荷載的影響；結(jié)構(gòu)設(shè)置不合理，投入使用后存在較明顯的應(yīng)力集中現(xiàn)象。從外因角度來看，體現(xiàn)在現(xiàn)場氣溫、濕度、外荷載等多個方面。

表1 水泥最小用量表

2.1 混凝土配比的影響

該工程護(hù)面塊體為素混凝土構(gòu)件，強(qiáng)度等級設(shè)為C45，水泥用量主要受到粗骨料粒徑的影響，具體對應(yīng)關(guān)系如表1所示。從項目所在區(qū)域的實際情況來看，當(dāng)?shù)卮止橇腺|(zhì)量欠佳，存在含泥量大、軟弱等特點，混凝土拌制過程中水泥用量為410kg/m3，存在用量明顯偏多的情況，此條件下混凝土硬化狀態(tài)欠佳，伴隨明顯的水化熱現(xiàn)象，因內(nèi)外溫差的影響，塊體表面相繼出現(xiàn)不同程度的裂縫病害[1]。

在施工過程中，混凝土施工中分層厚度不合適、澆筑速度過快、振搗不充分、二次振搗不及時等也會導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生。入模后混凝土泌水率增大且不勻質(zhì)，振搗后混凝土表面會產(chǎn)生浮漿，加之天氣炎熱，混凝土的失水速度大于泌水速度，就容易開裂。

2.2 模板與振搗的影響

在防波堤護(hù)面塊裂縫成因中，模板設(shè)計不合理和未進(jìn)行二次振搗占很大一部分；又因施工中設(shè)置的下料孔相對較小，因而施工人員操作區(qū)域主要集中在模板頂部。盡管該處搭建了操作平臺，但插入振搗棒時依然存在較大的難度，其中以鼻翼處最為明顯，該處振搗密實度不足，夾雜在混凝土中的氣體未得到有效處理，依然大量聚集在內(nèi)部，不利于混凝土的密實性，最終在鼻翼處產(chǎn)生裂縫。

2.3 養(yǎng)護(hù)不當(dāng)?shù)挠绊?/h3>

混凝土滿足強(qiáng)度要求后即可拆模，隨后采取養(yǎng)護(hù)措施，該項目選擇的是水基型養(yǎng)護(hù)液，其夾雜了部分沉淀物，同時材料自身的濃度處于較高的水平，加大了噴涂難度，易出現(xiàn)噴嘴堵塞現(xiàn)象。針對此問題，施工人員為快速完成養(yǎng)護(hù)作業(yè)，采取向養(yǎng)護(hù)液內(nèi)摻水的措施，盡管稀釋后的材料不存在濃度過大的問題，但抑制了原有的效果，難以有效保濕，最終護(hù)面塊裂縫出現(xiàn)的概率也隨之加大。

3 防波堤護(hù)面塊工程的控制

3.1 模板的預(yù)制和養(yǎng)護(hù)

護(hù)面塊體的可選形式比較多，如柵欄型、扭王字塊等[2]。根據(jù)項目特點，該工程的護(hù)面塊作業(yè)采用的是類似于扭王字塊的Accropode Ⅱ護(hù)面塊體，其平面圖如圖1所示。

（1）預(yù)制。塊體預(yù)制過程中普遍使用到鋼模板，此材料由機(jī)械廠完成，各塊體可分為兩部分模板，彼此通過螺栓連接，在攪拌機(jī)、振搗器以及人員的共同配合下預(yù)制成型。生產(chǎn)所得的護(hù)面塊體若滿足強(qiáng)度要求，則要經(jīng)過脫模處理。為追求更高的作業(yè)效率，使用砂輪機(jī)打磨模具，并在該處涂上適量脫模劑，塊體中間焊接耳環(huán)槽鋼，在此基礎(chǔ)上可利用千斤頂高效脫模。基于上述方式，進(jìn)料與振搗都能夠在較短時間內(nèi)完成，預(yù)制生產(chǎn)規(guī)模也會增大。

圖1 ACCROPODE Ⅱ護(hù)面塊體平面圖（單位：m）

（2）堆放與養(yǎng)護(hù)。順利脫模后，應(yīng)維持塊體原位置不發(fā)生變化，此條件下給予3d的養(yǎng)護(hù)，對各塊體逐一編號，并準(zhǔn)確注明基本信息（如預(yù)制時間等）。部分情況下場地空間有限，無法滿足就地養(yǎng)護(hù)需求，需將其轉(zhuǎn)移至指定區(qū)域。因Accropode Ⅱ護(hù)面塊體的適應(yīng)能力強(qiáng)，只要是非極端情況均可作為堆放場地，因此可將經(jīng)過3d養(yǎng)護(hù)后的塊體轉(zhuǎn)移至預(yù)制場周邊養(yǎng)護(hù)，為全面確保質(zhì)量，養(yǎng)護(hù)齡期設(shè)為28d。

3.2 裂縫控制措施

（1）模板改造。經(jīng)過優(yōu)化混凝土配合比、降低入模溫度、控制施工水平等措施后，塊體表觀質(zhì)量得到極大提升，但塊體下肢與中部連接處裂縫仍經(jīng)常出現(xiàn)?？紤]引起該固定裂縫的原因可能為塊體下肢與中部連接處應(yīng)力集中，因此決定改裝幾套模板進(jìn)行試驗。首先，停用未改造的模板，隨后安排專業(yè)人員對其進(jìn)行改造，具體為將塊體模板下肢與中部連接處進(jìn)行切割，切割尺寸為長80cm、寬15cm，并重新用鋼板焊接打磨平順，使原模板下肢與中部連接處交角由159°調(diào)整為170°，以達(dá)到平緩過渡、減少混凝土應(yīng)力集中的目的，模板改裝示意圖如圖2所示。然后，采用改裝后的模板進(jìn)行塊體預(yù)制，拆模后發(fā)現(xiàn)塊體中部及下肢相接的位置無裂縫產(chǎn)生。反復(fù)試驗過后，均無裂縫產(chǎn)生，遂對現(xiàn)場其余的塊體模板全部進(jìn)行改造，改造后的塊體預(yù)制質(zhì)量得到達(dá)到預(yù)期要求，塊體裂縫問題也得到全面解決。

（2）有效控制水化熱現(xiàn)象?？刂扑療岈F(xiàn)象是避免裂縫的重要途徑，較合適的措施是摻入粉煤灰，基于此方式減少水泥用量[3-4]。根據(jù)塊體施工要求，使用一級粉煤灰，此條件下施工中應(yīng)注重如下3點：①嚴(yán)格控制水泥到場溫度，若達(dá)到50℃以上不可投入使用；②嚴(yán)格控制混合料入模溫度，要求該指標(biāo)≤35℃；③若為夏季高溫施工，此場景下應(yīng)合理安排澆筑時間，宜在早晚低溫時段完成。

圖2 塊體模板改裝示意圖

（3）鼻翼處的振搗操作。該操作難度較大，可采取如下措施解決此問題：①以塊體高度為基本依據(jù)，在此基礎(chǔ)上合理分層，依次完成各層澆筑作業(yè)，要求層高控制在50cm以內(nèi)；此外，必須在鼻翼高2/3處分層。②選擇小型振搗棒，如φ50mm型較為合適，將其插入排氣孔內(nèi)并加強(qiáng)振搗。③由于鼻翼振搗難度大，該處操作時間應(yīng)適當(dāng)延長，以達(dá)到充分振搗的效果。

（4）極端外荷載下，護(hù)面塊體的破壞通常容易在塊體轉(zhuǎn)角處發(fā)生應(yīng)力集中，誘發(fā)塊體產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力以及細(xì)長部位的剪切，并促使裂縫初步形成，進(jìn)一步導(dǎo)致斷裂破壞。為了避免混凝土護(hù)面塊體拉應(yīng)力破壞以及細(xì)長部分的沖剪破壞，可沿四角空心方塊、四角錐體轉(zhuǎn)角邊沿配置受拉鋼筋，扭王字塊體按構(gòu)造適當(dāng)配置箍筋。

經(jīng)過對該項目塊體裂縫問題的分析研究，相關(guān)技術(shù)人員對Accropode Ⅱ型塊體裂縫控制有了比較成功的經(jīng)驗，解決了Accropode Ⅱ型塊體中部及下肢相接的位置處的固定裂縫問題，總結(jié)了方法，消除了裂縫處的應(yīng)力集中。

4 結(jié)束語

綜上所述，護(hù)面塊體是當(dāng)前防波堤施工中極為關(guān)鍵的組成部分，但受內(nèi)外部因素影響，其易出現(xiàn)各類不同程度的裂縫，因此加強(qiáng)裂縫控制極具必要性。文章結(jié)合工程實例展開分析，提出相應(yīng)方法，以期給同行提供參考。