港航工程中胸墻混凝土澆筑裂縫成因及控制措施

李軍 中交一航局第五工程有限公司

1.工程概況

龍穴廠區內港池西側護堤工程屬于沉箱重力式結構，在沉箱前倉現澆胸墻32段，單段主要結構尺寸為19.03m×6.35m×3.4m（長×寬×高），頂寬4.5m，胸墻間需架設水、電雙管溝，每段胸墻之間設定2.3cm厚瀝青木板伸縮縫。設計混凝土強度為C40，單段混凝土單段長度為19.03m，注入量約為170m2，因上述數值均已超出重力式碼頭設計與施工規范中建議的標準要求，故本工程在業內屬于大體積混凝土結構。結合之前類似工程的施工經驗和結果來看，這類工程中的胸墻均會出現不同程度的不均勻裂縫，影響胸墻外觀。裂縫的存在不僅影響外觀和港口使用耐久度，而且對施工方的信譽產生不良的影響。

本工程設計的胸墻施工流程為：觀測沉箱頂部沉降與位移→腔內碎石層頂部澆筑→素混凝土墊層→綁扎鋼筋→埋設預埋件→模板安裝→澆筑混凝土→單獨支模澆筑胸墻面層混凝土→混凝土養護。

2.胸墻混凝土裂縫成因機理分析

對港航碼頭的混凝土采用現場澆筑極易造成裂縫，這是普遍存在的問題，且沒有較有效的解決辦法。雖然裂縫不會影響整體結構安全，但對碼頭外觀形態和工程質量造成影響，并在一定程度上縮減結構耐久性。因而需要對裂縫產生的機理進行分析，便于找準癥結，采取具有針對性的控制措施以減少裂縫產生。總體而言，造成胸墻混凝土裂縫的主要原因有：

（1）混凝土的干縮。造成混凝土表面干縮裂縫的成因有很多，主要是在施工過程中出現一系列問題，混凝土在進入后期硬化階段時出現大量滲水的情況，如果天氣干燥有風，水份會被快速蒸發，尤其是對于表面結構不緊密的混凝土，水份的流失會更加嚴重，所以造成表面干縮裂縫。

（2）自生收縮變形。即不存在外界無物質交換時，混凝土與膠凝材料產生化學反應后會造成毛細孔負壓，降低內部相對濕度，減小宏觀體積。結合國內外相關學者的研究結果可知：混凝土的自縮應變值在（40～100）×10-6內，若不考慮其他因素，將混凝土的線膨脹系數固定在10×10-6/℃，則相當于溫度降低4～1O℃所引起的溫度變形，這種變化足以證明裂縫的形成在很大程度上受到混凝土自縮因素的影響。

（3）塑性收縮。從物理成分出發進行分析可得出，混凝土中存在一層水膜，這種材料受外界因素影響存在較大差別，在凝固之后，混凝土會產生大量泌水，這些表面的泌水使混凝土中的份子結構相互靠近，雖然可以加固混凝土的密度，但也會致使混凝土產生裂縫。當混凝土存在流動不暢問題或其本身的抗拉強度未達到要求標準時，就會產生塑性收縮裂縫。

（4）混凝土的內外溫差。在整個混凝土澆筑作業的前期，胸墻表面散熱非常快，且其溫度升高的總體幅度比內部低，這樣中間部分的溫度比其表層溫度略高，表現為內部產生的膨脹變形比表層變形更明顯且劇烈。當溫差很大時，胸墻表面的拉應力在短時間內快速上升，很快達到甚至超過混凝土承受壓力，造成混凝土表面開裂。

3.混凝土裂縫控制措施

3.1 優化設計

想要提升混凝土的抗裂性能，可通過合理配筋的方式來控制裂縫大小，一旦裂縫產生，保證在可控范圍內將拉伸變形成正比。相同的基礎環境，應變集中程度與裂縫寬度成正比。本工程參照“細筋密布”原則進行優化，盡可能不改變原有條件，采用等截面置換法，用φ16m m@180 m m構造鋼筋替代碼頭前沿φ25m m@200 m m構造鋼筋，縮減構造鋼筋在機械機構上的不對稱。此外，在面層混凝土以下30mm處增加5cm×5cm鋼筋網片，借助鋼筋與混凝土之間的握裹力來削減胸墻面層的反作用力，防止混凝土表面產生微裂縫。

3.2 合理選材，降低水化熱

通過數據分析、對比可以看出，多次優化和設計混凝土配比后，本工程的泌水率從2.5%降至2.1%。將規格為20～30cm的潔凈塊石按照10～15%的量摻入混凝土攪拌中，不僅能減少水泥用量、降低水化熱、減小混凝土自縮，還能防止非荷載裂縫的產生。

3.2.1 摻入粉煤灰

粉煤灰的密度較小且結構緊密，不僅能降低水化熱、減少水泥用量，還能提升混凝土粘合性。將粉煤灰摻入混凝土內能起到如下作用：①由于粉煤灰包含了大量可利用的化學元素，這些有效的化學元素與水泥中的水化產物產生化學反應，摻入粉煤灰后可替代一部分水泥，在一定程度上增強混凝土的可塑性；減少混凝土的不穩定因素；降低水化熱、熱能膨脹性；提升混凝土抗滲能力；降低水分流失的可能；②粉煤灰具有較小的顆粒，在參加二次化學反應時可加大面積，讓混凝土的攪拌拌合更均勻；③粉煤灰中含有的火山灰在與水等物質產生化學反應時可改變混凝土內部的機械結構，縮減其產生網洞的概率，增強混凝土結構的緊密程度，并減少混凝土的拉伸量。但相比于水泥本身，粉煤灰的比重較小，若摻入過多，在混凝土施工時極易出現拌合不均勻的問題，且粉煤灰本身比重輕，若過多的粉煤灰在水泥表層沉積，會拉低混凝土的質量和強度，其表面也會出現塑性收縮裂縫。因此，混凝土中粉煤灰的摻入量要結合現場施工實際選取，不可摻入過多。根據以往的施工經驗，建議將粉煤灰的摻入量控制在18%左右。

3.2.2 摻入性能較強的海港混凝土抗蝕增強劑

此種物質可對混凝土的內部結構起到一定的改善作用，并促進其形成均勻的無序支撐體系。而且混凝土抗蝕增強劑能更好地保證混凝土凝結性，防止其過早松散，還能縮減混凝土的收縮縫隙，防止混凝土出現滲水問題，延長其耐久性。本工程中摻入量控制在10%。在進行混凝土施工時，若將混凝土原材料與粉煤灰、抗蝕增強劑及其它外加劑一起攪拌，相比普通混凝土的攪拌時長，此種類型的混凝土通常需要增加10s，且整體攪拌時間要超過30s。

3.3 添加聚丙烯纖維

在胸墻面層380mm厚范圍內填充摻入聚丙烯纖維混凝土，因為在混凝土攪拌時纖維細絲可以形成網狀蛛絲結構，增加胸墻混凝土表面的粘結性能，從而降低因外界溫度、濕度及混凝土本身的塑性干縮、收縮或其他原因造成較大裂縫的可能。從最終的結果來看，雖然化學鍵連接并未達到預期效果，但其具有較好的物理粘結性，在很大程度上保證纖維了在收到力的作用時不被輕易拔出，同時增強胸墻面層混凝土的施工質量。

3.4 定時檢測胸墻內部溫度

將測溫監控點布設在混凝土內部，借助差分計算得出胸墻混凝土內部溫度變化規律。在后續施工中，提前將測溫導線預埋在胸墻混凝土內部，此種做法可在充分考慮大面積混凝土溫度場和胸墻后填土、大氣溫度場之間的影響下形成具有參考價值的記錄。此外，施工過程中同時采取其它措施來降低水化熱，并加強對混凝土的拌制、運輸、澆注以及養護的管理。本工程主要是堅持分層減水、二次振搗、多次壓面、加強早期養護等，可在混凝土施工的不同階段減少甚至避免表面沉縮裂縫或干縮裂縫等缺陷和問題。

3.5 檢測結果

通過上述措施的優化，檢測出的胸墻裂縫寬度全部保持在0.2mm內，其中最長裂縫為2.3m，最寬裂縫為0.22mm，相應的裂縫長度為1.3m；最窄裂縫為0.04mm，相應寬度為0.7m；本工程中出現的50條裂縫全部為非貫通性裂縫，平均深度為1.1cm，平均寬度為0.08mm，結果證明碼頭胸墻的混凝土澆筑具有較好的防裂效果，既符合建筑行業的標準，也滿足本工程的設計文件要求和合同要求。

4.結語

造成碼頭胸墻混凝土出現裂縫的原因有很多種，要結合實際認真分析，并對不同原因造成的混凝土裂縫區別對待，采用不同的方法進行處理修復。在本工程的前期胸墻設計和后期施工階段，通過采取多種防裂的方法降低了混凝土的水化熱，減少甚至避免了胸墻裂縫問題的出現，在確保建筑質量和穩定性的同時保證了施工安全，為后續工程積累豐富的工程經驗。