碼頭上部現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)裂縫發(fā)生率的控制分析

楊春玲，鄭 健

（天津中北港灣工程建設(shè)監(jiān)理有限公司，天津 300222）

引 言

碼頭工程中，欄桿基礎(chǔ)、管架基礎(chǔ)及現(xiàn)澆面層等上部現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)經(jīng)常在施工后期及成品養(yǎng)護(hù)階段發(fā)生各種裂縫。這些上部結(jié)構(gòu)裂縫尤其是基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)裂縫不僅顯著影響表觀質(zhì)量，而且對(duì)結(jié)構(gòu)的可靠性和耐久性均造成不利影響。而裂縫發(fā)生后的修復(fù)工作常常由于現(xiàn)場(chǎng)對(duì)裂縫的具體認(rèn)定和處理差異，導(dǎo)致裂縫修復(fù)的效果往往不盡人意。因此，做好施工前期和施工過(guò)程中的施工控制成為減少裂縫發(fā)生率的關(guān)鍵。

本文以江蘇某在建碼頭工程為例，圍繞如何控制和減少該碼頭上部現(xiàn)澆管架基礎(chǔ)裂縫發(fā)生率，闡述關(guān)于碼頭上部現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)裂縫的分類、原因和具體控制措施。

1 工程背景

江蘇沿海某在建碼頭工程建設(shè)全長(zhǎng) 2 km、寬14 m棧橋，結(jié)構(gòu)型式主要包括鋼管樁、現(xiàn)澆墩臺(tái)、預(yù)制箱梁及橋面現(xiàn)澆管架基礎(chǔ)、欄桿基礎(chǔ)、面層等。其中，箱梁5榀一跨，三跨一聯(lián)，橋面管架基礎(chǔ)按一聯(lián) 30個(gè)排列布置在邊梁之上，單個(gè)管架基礎(chǔ)尺寸為1.2 m×1.2 m×5 m，設(shè)計(jì)強(qiáng)度C40。

2 裂縫情況

現(xiàn)場(chǎng)澆筑的第一批 11個(gè)管架基礎(chǔ)在次日拆模后發(fā)現(xiàn)頂部邊緣局部存在裂縫，后期陸續(xù)在基礎(chǔ)側(cè)面和頂面又發(fā)現(xiàn)了新發(fā)裂縫。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查統(tǒng)計(jì)，11個(gè)管架基礎(chǔ)構(gòu)件中有 7個(gè)出現(xiàn)明顯裂縫，裂縫率64 %，裂縫點(diǎn)位達(dá)19處，基礎(chǔ)的側(cè)面、棱邊及頂面局部均有分布。從外觀特征和裂縫發(fā)生的時(shí)間節(jié)點(diǎn)上看，主要以初期邊緣豎向裂縫和中后期側(cè)面不規(guī)則裂縫居多。

3 原因分析

3.1 排除原材料因素

一般地，裂縫施工控制主要分為原材料檢驗(yàn)、施工過(guò)程控制、后期養(yǎng)護(hù)三大階段。通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)澆混凝土的砂、石、水泥、粉煤灰及外加劑等原材料的質(zhì)量進(jìn)行的二次抽樣送檢結(jié)果顯示，現(xiàn)澆管架基礎(chǔ)混凝土的各項(xiàng)原材料檢測(cè)結(jié)果合格，質(zhì)量滿足要求，首先排除裂縫發(fā)生的原材料因素。

3.2 裂縫種類的分析

根據(jù)結(jié)構(gòu)型式和形成因素把混凝土裂縫分為幾種，見圖1。

圖1 混凝土裂縫分類

根據(jù)以上分類，結(jié)合工程實(shí)際，對(duì)本工程裂縫類別進(jìn)行分析如下：

1）現(xiàn)場(chǎng)的現(xiàn)澆管架基礎(chǔ)自始至終無(wú)外部荷載、不受外力作用，本身也不是懸挑或異形結(jié)構(gòu)，因此其裂縫不屬于結(jié)構(gòu)裂縫。

2）管架基礎(chǔ)屬于箱梁橋面上部結(jié)構(gòu)，不存在不均勻沉降情況，因此其裂縫也不屬于基礎(chǔ)沉降裂縫。

3）干燥收縮是混凝土的自身特性，伴隨混凝土構(gòu)件的整個(gè)壽命周期，其裂縫的產(chǎn)生一般漸進(jìn)且緩慢，和本次發(fā)現(xiàn)的早期裂縫有本質(zhì)區(qū)別。

4）塑性收縮裂縫是由于混凝土拌合物澆筑后，表面水分蒸發(fā)速率大于混凝土自身的泌水速率，產(chǎn)生一定的塑性收縮應(yīng)力，當(dāng)這種應(yīng)力大于混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)就會(huì)產(chǎn)生塑性收縮裂縫。這種裂縫可以在混凝土澆筑后處于塑性狀態(tài)（即澆筑開始至終凝硬化前）的任何時(shí)間段形成，和現(xiàn)場(chǎng)管架基礎(chǔ)上裂縫的形成有一定關(guān)聯(lián)。

5）塑性沉降裂縫一般多是在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，混凝土下沉?xí)r被鋼筋支頂沿鋼筋形成薄弱砂漿部位，使混凝土沿鋼筋表面產(chǎn)生順筋裂縫。這種裂縫一般多在混凝土澆注過(guò)程或澆注成型后、混凝土初凝前發(fā)生，和現(xiàn)場(chǎng)管架基礎(chǔ)上裂縫的形成有一定關(guān)聯(lián)。

6）溫度裂縫一般是由于混凝土表里溫差或外界溫度變化過(guò)大時(shí)產(chǎn)生溫度應(yīng)力，當(dāng)其拉應(yīng)力超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度極限值時(shí)，混凝土發(fā)生脹縮變形，從而產(chǎn)生溫度裂縫，和現(xiàn)場(chǎng)管架基礎(chǔ)上裂縫的形成有一定關(guān)聯(lián)。

因此，從裂縫分類上看現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)澆管架基礎(chǔ)混凝土裂縫很大可能為溫度裂縫、塑性收縮裂縫或塑性沉降裂縫。

3.3 裂縫的方向

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢查，本工程現(xiàn)澆管架基礎(chǔ)混凝土裂縫從外觀特征上看主要為初期邊緣豎向裂縫和中后期側(cè)面不規(guī)則裂縫。

從施工環(huán)節(jié)上首先排除了砂、石、水泥、粉煤灰及外加劑等原材料本身的質(zhì)量問(wèn)題，裂縫控制的重點(diǎn)主要為施工過(guò)程和后期養(yǎng)護(hù)過(guò)程中的相關(guān)環(huán)節(jié)，后續(xù)即使分析材料因素，也是針對(duì)混凝土拌合物的理化性能進(jìn)行分析。

從裂縫分類上看最有可能為溫度裂縫、塑性收縮裂縫或塑性沉降裂縫，因此做好環(huán)境溫度和混凝土表里溫度監(jiān)控、控制混凝土早期散熱失水和保證混凝土勻質(zhì)性成為本工程控制裂縫發(fā)生率的關(guān)鍵。

3.4 裂縫成因的分析和確認(rèn)

圍繞上述分析的環(huán)境溫度、混凝土表里溫度監(jiān)控、控制混凝土早期散熱失水和保證混凝土勻質(zhì)性四個(gè)重點(diǎn)方向，在排除人為主觀因素、機(jī)械設(shè)備故障及原材料本身質(zhì)量問(wèn)題后，分析本工程現(xiàn)澆管架基礎(chǔ)裂縫形成的具體影響要素如表1。

根據(jù)以上分析，影響現(xiàn)澆管架基礎(chǔ)裂縫發(fā)生率的主要原因?yàn)椋?/p>

1）混凝土攤鋪不當(dāng)；

2）混凝土攪拌不當(dāng)；

3）入模溫度偏高；

4）養(yǎng)護(hù)時(shí)間不足。

表1 現(xiàn)澆管架基礎(chǔ)裂縫形成原因分析

4 裂縫的針對(duì)性防治

4.1 防治對(duì)策和目標(biāo)

確定主要原因后，我們按照相關(guān)技術(shù)規(guī)范的要求，確定針對(duì)性的裂縫防治對(duì)策和目標(biāo)。

表2 裂縫防治對(duì)策

4.2 防治對(duì)策的實(shí)施

1）混凝土攤鋪不當(dāng)

要求施工人員嚴(yán)格按三次分層澆筑，每次澆筑厚度控制在30～50 cm之間，且沿基礎(chǔ)長(zhǎng)方向緩緩攤鋪，嚴(yán)禁一次傾注。澆筑過(guò)程中現(xiàn)場(chǎng)管理人員共同對(duì)管架基礎(chǔ)一次澆筑和二次澆筑的混凝土表面高度進(jìn)行測(cè)量，確保分層厚度符合要求。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)記錄顯示，后續(xù)澆筑的 10個(gè)管架基礎(chǔ)均按三次均勻分層，分層厚度控制在30～50 cm之間，符合既定目標(biāo)。

表3 現(xiàn)場(chǎng)澆筑分層厚度

2）混凝土攪拌不當(dāng)

現(xiàn)澆過(guò)程中記錄振搗次數(shù)和振動(dòng)時(shí)長(zhǎng)，現(xiàn)場(chǎng)控制好振動(dòng)間距、均勻振搗。具體地，控制振搗深度應(yīng)為下一層混凝土50～100 mm處，振搗移動(dòng)間距不大于50 cm，單振持續(xù)時(shí)間不小于20 s，確保振搗質(zhì)量符合要求。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)記錄顯示，后續(xù)10個(gè)管架澆筑過(guò)程中的振搗頻次和振搗單振時(shí)長(zhǎng)也得到明顯改善，基本達(dá)到既定目標(biāo)。

表4 澆筑控制結(jié)果

3）入模溫度偏高

新水泥進(jìn)場(chǎng)后，試驗(yàn)室先進(jìn)行試拌，模擬監(jiān)控混凝土入模溫度，若穩(wěn)定在25℃左右，則現(xiàn)場(chǎng)澆筑管架基礎(chǔ)時(shí)不加冰塊；若入模溫度異常，則采取加冰塊措施。

考慮加冰為臨時(shí)措施，為從根本解決這一問(wèn)題，筆者咨詢有關(guān)專家和生產(chǎn)廠家，并在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)水泥、粉煤灰、外加劑等原材料進(jìn)行二次排查，重點(diǎn)對(duì)前期檢測(cè)合格的粉煤灰再次抽樣委外復(fù)檢其游離氧化鈣指標(biāo)（0.03≤1），結(jié)果仍顯示合格。除此之外，水泥熟料中的鋁酸三鈣（3CaO·Al2O3）含量高低也能直接影響初期水化熱。但由于水泥熟料無(wú)法真正取到用于生產(chǎn)的樣品，一般的材料試驗(yàn)檢測(cè)報(bào)告中難以體現(xiàn)相應(yīng)指標(biāo)，且無(wú)法保證抽樣熟料代表后期對(duì)應(yīng)的供應(yīng)水泥，屬于確有影響但難以檢測(cè)項(xiàng)目，因此為確保消除潛在的不利影響，現(xiàn)場(chǎng)后期直接更換了一批新水泥。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)記錄顯示，后續(xù)10個(gè)管架基礎(chǔ)在采取降溫措施后，入模溫度從最初的30℃以上減少到25℃以下，入模溫度過(guò)高問(wèn)題得到明顯控制。

4）養(yǎng)護(hù)時(shí)間不足

要求現(xiàn)場(chǎng)在澆筑完成開始養(yǎng)護(hù)的管架基礎(chǔ)旁邊設(shè)置養(yǎng)護(hù)標(biāo)識(shí)牌，標(biāo)明管架基礎(chǔ)編號(hào)、澆筑日期及養(yǎng)護(hù)負(fù)責(zé)人等信息。過(guò)程中檢查施工單位的灑水養(yǎng)護(hù)記錄和實(shí)際養(yǎng)護(hù)效果，保證管架基礎(chǔ)在養(yǎng)護(hù)期間時(shí)刻保持濕潤(rùn)狀態(tài)。如檢查發(fā)現(xiàn)養(yǎng)護(hù)不及時(shí)或效果不到位情況，及時(shí)督促現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行補(bǔ)水養(yǎng)護(hù)。

4.2 防治成果

經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)完成的第二批10個(gè)管架基礎(chǔ)的現(xiàn)澆施工初步檢查，現(xiàn)澆施工過(guò)程管理和裂縫的控制效果均有明顯提升。隨著各項(xiàng)針對(duì)性措施的深入落實(shí)，現(xiàn)場(chǎng)后續(xù)澆筑的10個(gè)管架基礎(chǔ)沒(méi)有一個(gè)出現(xiàn)明顯裂縫，現(xiàn)澆管架基礎(chǔ)裂縫的發(fā)生率從之前的64 %降低到0，防治效果顯著。同時(shí)，本次裂縫治理的成功，不僅確保了后續(xù)400個(gè)基礎(chǔ)的現(xiàn)澆施工質(zhì)量，也能為后續(xù)欄桿基礎(chǔ)和橋面面層的現(xiàn)澆施工提供技術(shù)參考，對(duì)保障整體工程實(shí)體質(zhì)量起到關(guān)鍵作用。

5 結(jié) 語(yǔ)

本次研究使筆者和所在團(tuán)隊(duì)深刻認(rèn)識(shí)到做好充分理論分析和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查工作對(duì)解決復(fù)雜問(wèn)題的重要性；其次，正確抓住關(guān)鍵重點(diǎn)，圍繞關(guān)鍵重點(diǎn)尋求解決辦法，能夠極大提高解決問(wèn)題的效率，有效杜絕南轅北轍、事倍功半的情況發(fā)生；最后，裂縫治理問(wèn)題是一個(gè)綜合性、長(zhǎng)期性的復(fù)雜命題，涉及到人、機(jī)、料、法、環(huán)等等諸多方面，大家可在相關(guān)理論和技術(shù)規(guī)范的基礎(chǔ)上，結(jié)合各自的工程實(shí)際和特點(diǎn)，有針對(duì)性地開展關(guān)于裂縫治理的QC活動(dòng)，對(duì)控制和解決現(xiàn)場(chǎng)混凝土結(jié)構(gòu)裂縫問(wèn)題有極大幫助。