港口與航道工程大體積混凝土施工裂縫控制研究

◎賀林雄 中交廣州航道局有限公司

近些年來，隨著海運(yùn)河運(yùn)等產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，我國加大了各種港口的投資建設(shè)，在港口與航道工程中，需要大量采用大體積混凝土?？紤]到整個(gè)工程的作用，必須徹底解決大體積混凝土容易出現(xiàn)的施工裂縫問題，防止由此引發(fā)更加嚴(yán)重的安全問題。為此，必須針對大體積混凝土容易出現(xiàn)的裂縫情況及其成因進(jìn)行系統(tǒng)分析，結(jié)合施工工藝和相關(guān)技術(shù)，對這些問題進(jìn)行預(yù)防控制，進(jìn)而使得大體積混凝土裂縫問題不會(huì)發(fā)生。

1.港口與航道工程大體積混凝土施工裂縫控制

在海南洋浦港區(qū)深水航道及岸灘整治工程中，會(huì)大規(guī)模使用大體積混凝土，而大體積混凝土?xí)驗(yàn)闇夭詈褪湛s等因素產(chǎn)生裂縫，進(jìn)而導(dǎo)致整個(gè)工程存在安全隱患。這些裂縫風(fēng)險(xiǎn)需要在施工過程中通過有效的措施加以預(yù)防根除，進(jìn)而保證整個(gè)工程的大體積混凝土施工質(zhì)量。

2.港口與航道工程大體積混凝土施工裂縫成因分析

就航道及岸灘整治工程而言，大體積混凝土施工是最基本的施工工藝，其技術(shù)難點(diǎn)就在于對施工裂縫的有效控制。與普通混凝土施工相比，大體積混凝土在施工和質(zhì)量控制方面有更多的技術(shù)性問題需要解決，尤其是大體積混凝土內(nèi)部裂縫的產(chǎn)生，必須將其成因進(jìn)行有效分析，才能徹底解決。

2.1 溫度因素導(dǎo)致大體積混凝土產(chǎn)生裂縫

大體積混凝土內(nèi)外溫差變化主要發(fā)生在三個(gè)階段：混凝土澆筑初期、混凝土內(nèi)溫度最高期、拆模期。大體積混凝土澆筑初期導(dǎo)熱性較差，各構(gòu)成物水化反應(yīng)形成熱量在短時(shí)間內(nèi)積聚，溫度上升，當(dāng)溫差足夠大時(shí)，內(nèi)部膨脹并發(fā)生變形，程度顯著大于外部，混凝土表面形成較大拉應(yīng)力。拉應(yīng)力是溫差的函數(shù)，溫差變大，拉應(yīng)力也越大，超過混凝土承受范圍，則溫度裂縫形成。溫度應(yīng)力引發(fā)大體積混凝土裂縫包含兩種情況：①如果混凝土內(nèi)溫度呈現(xiàn)非線性分布，且外部環(huán)境無約束且絕對靜止，大體積混凝土結(jié)構(gòu)會(huì)因自身約束產(chǎn)生溫度應(yīng)力。②如果大體積混凝土邊界可以受到外部約束，混凝土結(jié)構(gòu)變形會(huì)受約束，進(jìn)而產(chǎn)生溫度應(yīng)力。

圖1 溫度因素導(dǎo)致大體積混凝土產(chǎn)生裂縫

圖2 收縮因素導(dǎo)致大體積混凝土產(chǎn)生裂縫

2.2 收縮因素導(dǎo)致大體積混凝土產(chǎn)生裂縫

在大體積混凝土硬化后，因施工環(huán)境影響，使得混凝土內(nèi)部水分向外蒸發(fā)。水蒸氣擴(kuò)散同時(shí)，混凝土因水分過度損失形成從外向內(nèi)的逐步收縮變形，直至出現(xiàn)裂縫。塑性收縮不但包含了水分蒸發(fā)，也因?yàn)榛炷撩谒康陀谡舭l(fā)量，大體積混凝土表面會(huì)產(chǎn)生塑性收縮。如果水泥活性較大，或外界溫度較高，導(dǎo)致混凝土表面的收縮變形問題更加突出，發(fā)生開裂。而在外力作用下，混凝土表面出現(xiàn)裂縫后，水分散發(fā)速度更快，而裂縫也會(huì)更多更大。大體積混凝土自身收縮也是大體積混凝土收縮裂縫的類型，屬于非溫度應(yīng)力導(dǎo)致的變形問題，主要是因混凝土自身水化導(dǎo)致的變化，其與兩個(gè)因素直接相關(guān)：一是集料彈性模量，二是水泥的礦物成分。

2.3 其他因素導(dǎo)致大體積混凝土產(chǎn)生裂縫

除上述兩種主要的裂縫成因，大體積混凝土裂縫問題還存在其他一些因素。如：化學(xué)法反應(yīng)和外部荷載等，都可以造成大體積混凝土產(chǎn)生裂縫，大體積混凝土內(nèi)部的各種化學(xué)反應(yīng)會(huì)對其體積產(chǎn)生影響，而巨大自重也會(huì)在混凝土未成型前結(jié)構(gòu)出現(xiàn)改變，進(jìn)而混凝土內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生裂縫。

3.港口與航道工程施工裂縫控制對策

海南洋浦港區(qū)深水航道及岸灘整治工程項(xiàng)目較大，在實(shí)際施工中，針對大體積混凝土施工裂縫必須貫徹“預(yù)防為主、治理為輔”的原則，結(jié)合施工環(huán)境，預(yù)判裂縫風(fēng)險(xiǎn)，制定有效的控制措施。其對策包括四個(gè)方面。

3.1 加強(qiáng)混凝土原料的配比控制

在工程施工中，技術(shù)人員必須充分了解工程實(shí)際情況，對施工環(huán)境的影響有全面認(rèn)識(shí)，在混凝土原料配比上嚴(yán)格按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。①混凝土配合比設(shè)計(jì)必須符合設(shè)計(jì)、技術(shù)規(guī)格書的規(guī)定，施工單位應(yīng)嚴(yán)格按《水運(yùn)工程混凝土施工規(guī)范》（JTS202-2011）中的規(guī)定和步驟進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，經(jīng)試驗(yàn)合格，并經(jīng)監(jiān)理工程師批準(zhǔn)后方可用于施工。②混凝土最大水灰比及最小膠凝材料用量，詳見《水運(yùn)工程混凝土施工規(guī)范》（JTS202-2011）中的要求。

3.2 加強(qiáng)施工溫度控制

洋浦港區(qū)深水航道及岸灘整治工程建設(shè)中，大體積混凝土的整個(gè)施工過程必須對作業(yè)溫度全程監(jiān)控，從澆筑到混凝土成型，通過有效的人為控制，使得混凝土溫度變化滿足設(shè)計(jì)要求，盡可能降低混凝土內(nèi)外溫差。

3.3 優(yōu)化施工約束條件

應(yīng)會(huì)同監(jiān)理、設(shè)計(jì)方等提出有利于控制大體積混凝土的關(guān)于鋼筋的設(shè)計(jì)變更，經(jīng)驗(yàn)算合格、審批方可實(shí)際施工使用。澆筑施工可根據(jù)實(shí)際情況分層、分塊作業(yè)，利用合理布置優(yōu)化約束條件，通過減少相鄰混凝土澆筑工期或采用預(yù)留伸縮縫等方式，使得混凝土裂縫能夠得到很好預(yù)防。

3.4 加強(qiáng)大體積混凝土的養(yǎng)護(hù)力度

大體積混凝土養(yǎng)護(hù)目的就是要在洋浦港區(qū)深水航道及岸灘整治工程環(huán)境下，確保提供適宜的溫濕條件，避免溫濕變形和各種有害收縮，使得大體積混凝土質(zhì)量得到根本保證。需要注意的是，工程中大體積混凝土強(qiáng)度等級為C40。混凝土澆注前，應(yīng)檢查模板的準(zhǔn)確性，清除模板內(nèi)木屑、泥水和其它遺留物?；炷翝仓?yīng)連續(xù)進(jìn)行，因故中斷時(shí)，其允許間歇時(shí)間不大于1.5小時(shí)。

大體積混凝土養(yǎng)護(hù)是確保質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，特別是在高溫、干燥的環(huán)境中，更應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)混凝土的潮濕養(yǎng)護(hù)，潮濕養(yǎng)護(hù)時(shí)間不得少于15天，應(yīng)嚴(yán)格按《水運(yùn)工程混凝土施工規(guī)范》進(jìn)行施工。此外，為防止墩臺(tái)面出現(xiàn)微細(xì)裂縫，墩臺(tái)混凝土摻入聚丙烯網(wǎng)狀纖維,摻量1.2kg/m3。其技術(shù)指標(biāo)如下：彈性模量≥3500Mpa；產(chǎn)品形狀束狀網(wǎng)斷裂延伸率≥6%；吸水性∶不吸水；抗拉強(qiáng)度≥346Mpa。

圖2 大體積混凝土澆筑分層、分塊作業(yè)

4.結(jié)束語

綜上所述，海南洋浦港區(qū)深水航道及岸灘整治工程規(guī)模巨大，施工中大量使用大體積混凝土，這對于施工裂縫控制技術(shù)有非常嚴(yán)格的要求。分析大體積混凝土裂縫形成的原因，最根本在于兩個(gè)方面：一是溫差導(dǎo)致裂縫，二是收縮導(dǎo)致裂縫。這兩種裂縫成因之間也有較大的關(guān)聯(lián)性，對其防治也需要從不同層面和環(huán)節(jié)進(jìn)行控制，在工程設(shè)計(jì)和施工操作上嚴(yán)格按照相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和流程，在配比、溫控、施工、養(yǎng)護(hù)等工序中，針對性做好相關(guān)工作，確保大體積混凝土達(dá)到應(yīng)有的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。