薄壁混凝土防水擋墻裂縫分析與控制

曹林均

（四川紅葉建設有限公司，四川成都 610000）

0 前言

衡量混凝土耐久性的主要指標包括抗滲性、抗凍性、抗碳化（中性化）、抗化學侵蝕等，混凝土的抗滲性主要與密實度及內部空隙的大小和構造有關。混凝土的抗滲性，特別是抗氯離子滲透性較能綜合的反應其各種耐久性能。混凝土結構在形成過程中，由于材料、工藝的原因，導致各種初始缺陷，包括裂紋、裂縫等，會對建筑物的使用性能產生不利影響因此，抗裂比抗滲更為重要。

1 混凝土裂縫分類

混凝土結構的裂縫是由材料內部的初始缺陷、微裂紋的擴展而引起的，引起混凝土結構的裂縫的原因很多，查找相關文獻[1-2]，混凝土開裂的原因主要可以分為：荷載引起的裂縫、溫度變化引起的裂縫、收縮引起的裂縫、地基礎變形引起的裂縫、鋼筋銹蝕引起的裂縫、施工材料質量引起的裂縫。

2 薄壁防水擋墻開裂因素分析

2.1 防水擋墻概況

例如金九大橋為下鐵路以及跨越一河流而設的橋梁，采用四聯3×20.4+3×20.4+4×21.2+4×21.2（單位：m）預應力混凝土現澆箱梁，橋長294.08m。橋面標高215.255，比100年一遇的洪水位218.633低3.378m，設計時為了保證運營期間即使發生特大洪水也能保證該橋的正常運營，特為該橋設計了防洪擋墻及獨特的防、排水系統。

防水擋墻高4m，厚0.5m，采用C30混凝土，擋墻薄且高，混凝土的防滲等級要求較高，施工中如何保證擋墻防水性能以滿足設計要求是本工程施工的一大重點。

圖1 防水墻橫橋向布置

2.2 擋墻開裂因素分析

擋墻設在箱梁頂板邊緣，在墩頂和跨中均設置5mm變形縫斷開，不參與主梁結構受力，且無其他荷載作用，所以擋墻不會出現因荷載引起裂縫；擋墻厚50cm，高4m，面積較大，混凝土澆筑硬化過程中，水化熱散發較快，因此出現內外溫差過大的可能性不大，可以忽略擋墻自身溫度裂縫的可能；擋墻混凝土在澆筑到硬化的過程中，僅頂面暴露在空氣中，暴露面積較小，因而出現因便面失水過多的塑性收縮裂縫的可能也不大；橋梁采用樁基礎，基礎沉降穩定性好，所以出現沉降裂縫的可能性也不大。所以最可能引起擋墻出現裂縫的因素是箱梁對擋墻收縮的約束。

2.2.1 擋墻的溫度收縮

如果擋墻混凝土澆筑后的凝結溫度和當時箱梁頂板的溫度相同，并在以后的降溫過程中也是一致的，則擋墻和箱梁頂板的降溫差相同，收縮量也相同，兩者收縮同步進行，則不存在箱梁頂板對擋墻的約束問題。而實際在施工過程中，在箱梁澆筑完成，并張拉完成后一段時間才開始進行擋墻的施工。箱梁總體體積較大，暴露面積相對較少，溫度變化相對較小，而擋墻體積較小，切完全暴露在空氣中，而且澆筑后由于水化作用，溫差變化相對較大，所以擋墻的溫度收縮量大于箱梁頂板的溫度收縮量，而受到頂板的約束，因此在擋墻內部產生拉應力，如果此應力過大，則可能產生裂紋。

2.2.2 擋墻的干縮

混凝土中水分的蒸發等原因發生不可逆的干縮。一方面，擋墻混凝土內外水分蒸發程度不同而導致不能的變形程度：拆模過后，擋墻的外露面積大，受外部條件的影響，表面水分損失較快，收縮較大，內部濕度變化較小而變形較小，較大的表面干縮變形受到混凝土內部的約束，產生較大的拉應力而出現裂縫；另一方面，混凝土在硬化過程中，水泥與水發生水化反應，產生收縮變形，這種收縮與外界濕度無關，而是隨著時間的推移，變形量越來越低，而箱梁頂板已經澆筑了一段時間，已經趨于相對穩定，而新澆筑的擋墻收縮變形較大，兩者間的變形差異必然導致箱梁頂板對擋墻搜索變形產生約束作用，從而在擋墻的內部產生拉應力[3]。頂板澆筑的時間越長，擋墻的收縮越大，產生的拉應力越大，當拉應力超過混凝土的極限抗拉強度時，就會在應力最大的地方出現裂縫，這種裂縫將會在靠近頂板的底部較大，上部較小。

2.2.3 材料及配合比的影響

重慶地處長江、嘉陵江交匯處，地區無合格的天然中砂資源，沿江及其支流及有著豐富的天然特細砂資源，而細砂又容易導致混凝土開裂，將機制砂和特細砂按照一定的比例混合，配制成混合砂，可以有效的克服單獨使用機制砂流動性較差的特點。且砂石等材料供應較為分散，如含泥量、較難長時間保持穩定，對混凝土抗裂造成不利影響。

3 裂縫控制采取措施

通過對薄壁擋水墻可能開裂因素的分析，薄壁擋墻結構和塊體基礎結構相比，有顯著特點，擋墻由于受到箱梁頂板的極大約束力，這種約束遠大于地基對基礎的約束，且難以改善。從對擋墻裂縫的原因分析中可以看出：擋墻出現裂縫可能的最主要因素是由于擋墻混凝土的溫濕度的降低造成的收縮受到其基礎即箱梁頂板的約束產生的。對于薄壁擋墻結構，除需采取措施減少擋墻的冷縮與干縮之外，更重要的一點是要減少箱梁頂板對擋墻的約束里，盡可能采取措施縮小箱梁頂板溫、濕度與擋墻溫、濕度變化之間的差異，在施工中主要采取的措施如下：

3.1 合理設置變形縫

設置伸縮縫，縮短了擋墻和箱梁頂板的接觸長度，對降低擋墻收縮時因受箱梁頂板約束產生的應力有一定的效果。箱梁頂板對擋墻的約束，主要是因為頂板與擋墻的溫、濕度不同，而收縮變形不同造成的，設置收縮縫并不能改變底板與擋墻溫差及濕差的大小，只是改變了單段擋墻的絕對變形值，從而降低約束力。

擋水墻在墩頂和跨中正負彎矩較大的部位均設置20mm變形縫斷開，不參與主梁結構受力。對于溫度應力和收縮應力根據，《橋梁工程》[4]、《工程結構裂縫控制》[1]和《路橋施工計算手冊》[5]相關理論及公式建立力學模型并進行計算，根據歷史溫度情況、材料情況和現場情況等計算溫度應力，在實際計算中，將混凝土收縮當量折算成當量溫差來計算溫度和收縮應力：①計算絕熱升溫值；②計算實際最高溫升值；③計算平均熱水化溫度；④計算各齡期混凝土收縮值及收縮當量溫差；⑤計算各齡期綜合溫差及總溫差；⑥計算各齡期彈性模量；⑦各齡期混凝土松弛系數；⑧計算最大拉應力，凝土最大拉應力等于其抗拉強度標準值，即可以反推計算得到變形縫的合理間距。其計算過程略，取變形縫間距為10m，滿足抗裂要求。

3.2 對原材料質量進行嚴格控制并優化混凝土配合比

在施工過程中嚴格的控制原材料的質量，重點控制水泥的安定性、強度、集料的含泥量等易引起混凝土開裂的因素，盡量保持材料的穩定。

3.3 結構及施工工藝方面降低收縮

合理的配制縱向構造筋，可以大幅度提高混凝土的極限抗拉應變力，改善其抗裂性能。過薄的保護層厚度影響耐久性，而過厚的保護層厚度又增加開裂的可能性，施工時采用保護層墊塊，控制鋼筋和模板精度，嚴格控制保護層厚度。

采取措施減少箱梁頂板對擋墻的約束力，盡可能的縮小箱梁頂板與擋墻之間的溫、濕度差異。在澆筑前，對箱梁頂板進行灑水潤濕，提高濕度，降低箱梁頂板和擋墻的初始濕差；重慶長期處于炎熱天氣，采取了預冷骨料，避開高溫時段，采用淋水冷卻模板等方法，盡量的降低混凝土的入模溫度；延長拆模時間，并在炎熱天氣時采用水噴淋模板對模板進行降溫，拆模后，用水噴淋擋墻，既對擋墻進行養護，又加快擋墻自身的散熱，降低擋墻混凝土的最高溫度，即降低了擋墻與箱梁頂板之間的溫度差異，直到擋墻溫度降到和箱梁頂板溫度接近時，采用薄膜覆蓋的方法繼續養護14d以上。

3.4 無機防水涂料

雖然防水擋墻采用了防水混凝土結構，但是混凝土的微裂縫是無法完全避免的，水仍然可以慢慢滲透到混凝土中，因此在采取混凝土裂縫控制技術的基礎上，采用防水涂料CM-DPS水性滲透性無機防水劑。在混凝土表面噴涂防水涂料，可以填補表面的毛細孔和微裂紋，減緩混凝土碳化（中性化），控制裂紋的增長。

4 結論

分析得出箱梁頂板對防水擋墻的收縮的約束是其產生裂縫可能性的主要因素。通過合理設置變形縫，采取措施減少擋墻溫縮和干縮降低箱梁頂板對擋墻的約束力，優化配合比，采用無機涂料等方法，在施工工序工藝、材料方面亦都采取措施減少收縮，提高混凝土極限抗拉力，降低約束程度達到綜合控制裂縫目的。通過采取多種抗裂預防措施，橋防水擋墻只出現極少肉眼可見裂縫，且都小于0.02mm，抗裂效果較好。