淺談港口與航道工程大體積混凝土裂縫的防治方法

區國柱

摘 要：本文主要對港口與航道工程大體積混凝土的特點和裂縫形成的原因進行介紹，并結合實例重點對港口工程大體積混凝土施工階段防裂措施和溫控措施方面進行了分析和研究。

關鍵詞：港口與航道工程 大體積混凝土 裂縫 防裂措施

1.前言

隨著交通設施的不斷完善，大體積混凝土在港口與航道工程中得到廣泛應用，主要應用在大中型碼頭基礎、胸墻，船塢塢墻，以及大型混凝土方塊等結構上。一般的，在港口與航道工程中，現澆的連續式結構和長、寬、高尺寸相近的大型實體預制構件等容易因溫度、收縮應力引起開裂的混凝土，統稱為港口與航道工程大體積混凝土。其特點系砼設計強度高，單方砼水泥用量較多，水泥水化熱釋放比較集中，內部溫升比較快，砼內外溫差較大，結構的整體性、耐久性等要求較高。

2.港口與航道工程大體積混凝土裂縫形成的原因

在港口與航道工程中，大體積混凝土出現的開裂現象實際上是由內因與外因相互作用而成，在外因上主要包括原材料質量不合格、基礎沉降不均勻、模板變形等因素導致，而內因則包括溫度變化、膨脹與收縮等因素導致。

3.港口與航道工程大體積混凝土的防裂措施

3.1工程概況

聯石灣船閘擴建工程，建設內容主要包括拆除回填舊船閘、新建船閘及導助航工程、業務用房等配套工程。通航標準為Ⅲ級；設計最大船舶等級為珠江干線1000t級。船閘閘室采用整體式鋼筋砼結構，砼等級為C35，抗滲等級P8；閘及預埋件二期砼等級為C40，抗滲等級P8閘室結構全長172m，有效尺寸166m，鎮靜段長6m。閘室共分為10個結構段，每段長均為17.2m。閘墻頂寬2.0m，頂高程為5.924m。閘室底板寬度為22m，底板頂高程為-4.756m，底高程為-6.756m。

針對聯石灣船閘大體積混凝土構件進行了開裂風險評估，進而根據設計要求、構件特點、施工工藝等提出了具有針對性的裂縫控制建議，以期指導船閘大體積混凝土的施工。

3.2大體積混凝土施工階段抗裂、溫控措施

防裂措施主要以保溫保濕養護、抗放兼施為主的大體積混凝土溫控措施。根據開裂風險評估采用冷卻水管對降低開裂作用有限，故不增設冷卻水管。

（1）材料控制措施

①本工程選用中強度等級的普通硅酸鹽水泥，粗骨料選用粒徑5～25mm連續級配，同時在混凝土中摻入粉煤灰，減少單方砼水泥用量，降低水化熱。加入緩凝型減水劑，使混凝土28d收縮率比不大于90%，延緩水化熱峰值的出現，降低溫度峰值，收縮變形也有所降低。

②對混凝土攪拌站原材料稱量裝置定期校核準確，確保混凝土的質量。砂石的含泥量控制在1%以內，避免影響混凝土的抗拉強度與收縮。

③當外界氣溫高于30℃時，混凝土拌合水蓄水池內加入冰塊降低拌合水溫度；必要時粗骨料采用灑水降溫，避免暴曬，保證混凝土入模混凝土低于30℃。

④水泥提早入罐，延長水泥的放置時間，使其自然冷卻，保證拌合前的水泥溫度低于50℃。

（2）施工過程控制措施

①利用低溫時段澆筑砼，盡可能安排夜間進行，控制混凝土的澆筑溫度。

②為降低混凝土內外溫差，澆筑過程中水平分層澆筑，如有浮漿應及時清除，消除泌水沉降和早期裂縫。

③混凝土頂面灑水或用流動水進行散熱。

④采用鋼模板進行施工，對鋼模板淋水散熱。

⑤當混凝土降溫階段，溫差高于20℃延遲拆模時間，等待并同時符合溫度控制條件，不符合時在模板外側鋪貼土工布進行保溫。

⑥拆模后采用土工布+塑料薄膜覆蓋保溫保濕養護，以及根據溫度變化調整保溫層厚度。

⑦回填區砼結構及時進行回填保溫養護，減小干縮。

⑧運輸車運輸過程中噴灑地下水降低轉筒外殼表面溫度。

⑨大體積砼澆筑采取二次振搗施工工藝，澆筑面層采取二次抹壓處理，減少砼表面收縮引起的裂縫。

（3）溫度控制措施

①溫度控制指標

砼入模溫度不高于30℃；覆蓋或帶模板養護階段，砼澆筑體表面以內40～100mm位置處與砼澆筑體表面溫差不高于25℃；完成覆蓋養護或拆模后，砼澆筑體表面以內40～100mm位置處與環境溫差不高于20℃；砼澆筑體內部相鄰兩側溫差不高于25℃；砼澆筑體內部最高溫度值不高于70℃；砼澆筑體中心部位與冷卻水管表面溫差不高于25℃；砼的降溫速率不高于2.0℃/d。

②溫度傳感器布置

a）閘室和閘首的溫度傳感器布置設計如圖5.3-1和圖5.3-2所示。

說明：

第一，構件內部最高溫度：一般在幾何中心或其附近位置處；

第二，上表面溫度：距構件混凝土上表面50mm位置處；

第三，下表面溫度：距構件混凝土下表面50mm位置處；

第四，側表面溫度：距構件混凝土側表面50mm位置處；

第五，冷卻水管表面溫度：冷卻水管附近50mm位置處。

（b）溫度傳感器溫度采集頻率

采用埋入式溫度傳感器，現場布置測點，外接溫度采集儀的形式，進行實時溫度監控，采集頻率為1小時/次。待混凝土內部最高溫度下降至45℃時可停止溫度監測。

③溫度控制方法

（a）入模溫度：按《水運工程大體積混凝土溫度裂縫控制技術規程》（JTS 202-1-2010）附錄D計算并控制各原材料溫度，以控制混凝土澆筑溫度≤25℃。

（b）最高溫度：利用監測數據，控制入模溫度、布置冷卻水管和控制冷卻水流速，以控制混凝土最高溫度≤70℃（70℃為目標溫度，控溫過程中超大尺寸塊體的內部最高溫度有時也會出現超過70℃的情況）。

（c）內表溫差：利用監測數據，計算混凝土內表溫差，通過調整外部保溫措施和降低內部最高溫度，以控制混凝土內表溫差≤25℃；混凝土外表面覆蓋土工布曬水保濕保溫養護，有條件時可考慮采取養護膜+土工布覆蓋養護；在混凝土內部升溫階段或溫峰（一般在48小時左右）降溫時如遇大雨情況，需及時加蓋防水帆布，可防止混凝土外表面溫度受冷激而使得內表溫差急速增大。

4.結語

隨著交通建設的發展，在港口與航道工程中大體積混凝土的運用越來越多，我們要深刻地認識到裂縫產生的原因，并在工程建設中加強防裂保護，科學的配比原料，通過實時測溫、合理養護等方式，使混凝土質量得到進一步提高，裂縫問題得到有效的控制和解決，進而使整個工程的質量與安全得到多一重保障。

參考文獻：

[1]一級建造師編委.港口與航道工程管理與實務.中國建筑工業出版社，2014.

[2]中華人民共和國住房和城鄉建設部.大體積混凝土施工規范.GB50496-2009.