港口碼頭施工中混凝土裂縫產生的原因及防治措施分析

◎劉建東 中交四航局第二工程有限公司

1.工程概述

廣州港新沙港區11號12號通用泊位及駁船泊位工程7萬噸通用泊位上部結構共23段胸墻，標準段胸墻單段長度23.42m、寬16m、高2.8m（2.1m），碼頭基礎為重力式沉箱結構，胸墻結構坐于沉箱上方，前沿超出0.6m，后沿懸挑超出2.5m（QU100鋼軌前后軌位于胸墻上方）。胸墻混凝土強度等級為C35，單段澆筑方量為767.8m3。

2.港口碼頭施工中混凝土裂縫的類型

2.1 溫度裂縫

在港口碼頭建設的過程中，混凝土施工結束后水泥與水接觸會產生大量的熱量，導致混凝土出現膨脹的情況。隨著溫度的回落，混凝土也會發生收縮的情況，使混凝土表面出現不一致的作用力。與外部散熱進行對比，內部散熱的速度非常慢，導致混凝土內外出現巨大的溫差，使混凝土出現了溫度梯度。混凝土的外部收縮值比內部收縮值大，混凝土的里外表面受到反向剪切力的影響，最終導致混凝土的表面出現小的裂紋或者裂縫。在溫度條件不斷變化的過程中，拉力之間會存在一定差別，如果其作用力大于混凝土的承受力就會產生溫度裂縫問題。

2.2 干縮裂縫

混凝土結構表面會出現干縮裂縫的問題，干縮裂縫的寬度通常保持在0.2mm左右，這些裂縫的長度大小不一。沒有在澆筑施工結束后及時養護混凝土是導致干縮裂縫的主要原因，混凝土表面沒有得到及時的養護，表面水分流失非常快，混凝土表面和內部收縮無法實現同步進行，因此導致嚴重的干縮裂縫問題。

3.大體積混凝土溫度裂縫的成因

大體積混凝土結構施工時，由于水泥水化產生水化熱，混凝土內的溫度持續上升。而混凝土的熱傳導系數低，大體積混凝土水化熱不易傳導，導致其內部溫度大于混凝土表面溫度。由于結構都不是絕熱的，在水化熱升溫的同時就有散熱發生。水化熱升溫直至峰值后水化減緩，繼續散熱便引起溫度下降，隨著時間逐步衰減。升溫時間很短，大約在澆筑后1～4d，混凝土彈性模量很低，基本處于塑性及彈塑性狀態，約束應力很低。降溫階段，彈性模量迅速增加，約束拉應力也隨時間增加，在某時刻超過混凝土抗拉強度便出現貫穿性裂縫。這是大體積混凝土由于內部約束產生開裂。在巖石或地基上澆筑的大體積混凝土因溫度下降而產生收縮時，由于外部約束而使大體積混凝土發生溫度應力。先澆筑部分硬化了的混凝土也可以成為在其上面新澆筑混凝土的約束，使新澆筑混凝土發生約束應力。當應力超過混凝土的抗拉強度，混凝土則出現開裂。

4.大體積混凝土溫度裂縫控制基本原則

混凝土結構裂縫控制應采取預防為主、防治結合的方針，其技術架構包括結構設計優化、原材料選擇、混凝土配合比設計、施工工藝、養護等幾個方面。裂縫控制需要設計單位與施工單位密切配合。施工技術人員采用兼顧設計、材料、施工和養護等“綜合法”理念，系統了解和掌握混凝土結構裂縫控制的基本理論和方法。

5.港口碼頭施工中混凝土裂縫的防治方法

5.1 增加胸墻后懸挑段墊層

在設計圖紙中，回填中粗砂結構是胸墻后懸挑段下方的主要結構形式，通過增加懸挑段15cm厚C20墊層的方法，大幅度提升了胸墻整體的穩定性，同時給整個工程施工提供了便利的條件。

5.2 管控混凝土入模溫度

在控制混凝土質量時將原材料質量管控放在首位，采取加冰冷卻拌合水的方法高效管理混凝土的入模溫度。混凝土坍落度、出盤溫度和入模溫度的具體情況詳見下表1。

表1 混凝土坍落度、出盤溫度、入模溫度的具體情況

5.3 監測施工期溫度場發展規律

以溫度場模擬信息為基礎，使用埋入式傳感器監測混凝土的施工期溫度，獲取混凝土構件內表溫差、構件中心最高溫度、環境溫度以及表面溫度等不同構件建筑溫度，從而了解該工程不同厚度混凝土構件施工過程中溫度場變化的規律。

5.4 混凝土澆筑與振搗

（1）在澆筑施工以前，將厚度為5cm的砂漿澆筑到倉底位置，接著澆筑混凝土，每一層混凝土的澆筑厚度保持在50cm左右，下料高度保持在2m左右，下料施工的順序為從外向里，澆筑方式為螺旋來回澆筑。

（2）在混凝土振搗施工時使用6組振搗棒振搗施工，將振搗棒豎直插入到混凝土里，快速插入，緩慢拔出，4組施工人員在下料位置振搗，另外2組施工人員復振保護層和模板邊角位置。澆筑施工結束4h后復振混凝土結構，直到沒有氣泡出現方可停止振搗作業。

（3）在施工現場混凝土初凝的前1h對其實施二次振搗施工，使混凝土表面達到密實的標準，防止出現微小的裂縫問題。

5.5 養護（底層）

澆筑完成混凝土底層以后適當延長拆模時間，通常情況下，在澆筑施工3d以后方可拆除模板，28d后帶模養護，及時做好養護施工。在養護混凝土成品時采取蓄水養護的措施，使用砂漿袋將養護用水圍起來，間隔2h抽水養護一次。使用土工布將構件四周包裹好，蓄水范圍與土工布構成一個整體，并與混凝土表面緊緊貼在一起，使其始終保持濕潤的狀態。

5.6 改進

在控制面層施工前底層裂縫問題時，通過改進施工辦法的方式高效管控裂縫問題。將一層φ1.6cm@100鋼筋網片放置在+3.1m標高位置處，并將8mm鋼筋網片焊接在兩側端頭位置；將3cm厚聚苯乙烯泡沫塑料附著在沉箱隔墻四周，有效緩解側向壓力；在澆筑胸墻時分五次澆筑胸墻+2.45～+4.20m段位置處；將瀝青木絲板設置在+3.2～+4.20m位置處，徹底消除該層的貫穿裂縫。

5.7 面層精細化施工

（1）鑿毛。為了使上層混凝土和下層混凝土緊密連接在一起，通過鑿毛處理的方式將原混凝土面鑿成凹凸不平的麻面。鑿毛深度以能夠清楚看見混凝土中的大顆粒砂石為準，間距為3cm，混凝土面的鑿毛率要達到90%以上，并使用清水將鑿毛后的混凝土表面清洗干凈。

（2）鋼筋。在澆筑底層混凝土的過程中預留好軌道后澆帶，為后續的軌道鋼筋埋設和錨固螺栓預埋奠定基礎，防止底層澆筑施工給面層主筋造成不良影響。后綁面層主筋對底層混凝土振搗起到積極的促進作用，給鑿毛施工提供了巨大的便利。同時表面以下5cm增加間距150mm×150mm的φ10鋼筋網片，以達到防裂要求。

（3）模板。面層和護輪坎一起澆筑施工，使二者構成完美的結合面，將裂縫問題控制在最小范圍之內。整體式鋼模裝配是面層模板的主要形式，規范化設置支撐和拉桿。

（4）混凝土。將纖維摻加到混凝土中，坍落度控制在10cm以內。采取平板振搗器與振搗棒聯合振搗施工的策略，在混凝土初凝的前2h開展二次振搗施工，最后對混凝土表面實施壓光處理，防止出現任何微小的裂縫。

（5）切縫。在混凝土澆筑施工結束12h后，對碼頭面實施切縫處理。使用全站儀精準放出切縫線，分縫線要確保順直、連續。

（6）養護。在養護混凝土時覆蓋高分子養護膜，并使用土工布覆蓋四周，必須控制好面層養護期內的濕度和溫度，從而使養護施工達到最佳效果。

6.結束語

在混凝土施工過程中合理管控溫度，從降低水化熱的角度出發，采取帶模養護、監測溫度和加冰降溫等措施，科學設置混凝土的拌和、入模和養護時間，為后續的澆筑施工和養護施工夯實基礎。混凝土澆筑施工結束后為防止混凝土出現裂縫問題，可以采取土工布包裹與蓄水養護及四周帶模養護等相結合的形式，表面使用高分子養護膜養護成型，使混凝土養護取得最佳的效果。