1、1谈港口施工中水泥混凝土裂缝成因摘要：在混凝土施工中，混凝土裂缝是常见的施工质量问题，因此，在工程施工时需要提高重视。由于港口与航道工程的特殊性，大体积混凝土施工的裂缝问题更是需要施工人员给予足够的重视。本文分析了港口工程中水泥混凝土裂缝成因，结合工程实例，探讨了港口施工中水泥混凝土裂缝的防治措施。 关键词：港口施工水泥混凝土裂缝成因防治措施 中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号： 国内外港口水泥混凝土工程结构多种多样,不同情况下的裂缝问题又各有特点,系统深入的研究各种港口水泥混凝土裂缝的发生发展机制和探讨各种裂缝的共通性与特殊性很有必要。在新世纪,尤其是我国作为港口水泥混凝土建设的
2、大国, 应当从中不断总结关于港口水泥混凝土裂缝控制的各方面实践经验,不断丰富我国港口工程建设管理技术宝库, 为我国的港口工程建设做出有益的贡献。 一、港口工程中水泥混凝土裂缝成因分析 1、温度应力影响大体积混凝土自浇筑开始, 由于水泥水化热作用, 混凝土内部 58 天升到最高温度, 尤其是低温季节内外温差较大, 会在表面产生较大的温度压力, 温度应力对水工中的大体积混凝土结构来说一直是很重要的。当变形受到约束时, 温度变化所引起的应力常可能超过外部荷载引起的应力。有时,仅温度变化就可能形成贯穿性裂缝,进而2导致渗漏、结构整体性下降、承载力和混凝土的耐久性降低等不利影响。因此在港口水泥混凝土内可
3、能出现较大的温度压力。温度应力也成为港口水泥混凝土的主要应力之一, 是引起拉应力和港口水泥混凝土裂缝的重原因。气温变化、寒潮频袭气候条件下无有效保温措施。寒潮、气温年变化和日变化是引起混凝土港口水泥混凝土表面拉应力的主要因素。无论在北方还是南方,寒潮都是引起表面裂缝的重要因素。在寒潮袭击、气温骤变的强烈作用下,若无有效保温措施,会在混凝土表面形成很陡的温度梯度, 产生较大拉应力。往往超过混凝土的抗拉强度,极易发生表面裂缝。北方由于冬季气温低,气温年变化也是引起表面裂缝甚至深层裂缝的重要原因；相比之下,气温日变化由于变化周期短影响较小。 2、混凝土本身性能混凝土为脆性材料,抗压但不抗拉,抗拉强度
4、只有抗压强度的十分之一左右。抗拉变形能力很小,而港口水泥混凝土通常是不配钢筋的, 或只在表面配置少量钢筋,与结构的巨大断面相比, 含钢率是极低的, 若出现了拉应力, 只能依靠混凝土本身来承担, 在许多水工结构的设计中, 通常要求不出现拉应力或只出现很小的拉应力,但港口水泥混凝土的结构受力特点决定其不可避免的存在拉应力, 而且往往较大, 引起混凝土的不利变形。 3、施工条件和工艺混凝土港口水泥混凝土产生的裂缝,绝大多数是表面裂缝。虽然说引起表面拉应力的因素很多, 气温变化、水化热、初始温差等都会产生温度应力, 导致混凝土表面裂缝产生, 难以避免。但完善的施工条件和工艺, 可以有效的减小温度应力,
5、 减少裂缝的产生；相反, 不好的施工条件,不科学的工艺,不仅不能控制温度应力的不利影3响, 而且往往会加大温度应力所产生的拉应力。以下这些情况在混凝土港口水泥混凝土的施工和运行中都应该尽量避免。 二、本文结合工程实例，探讨如何防治港口施工中水泥混凝土裂缝问题。 1、工程概况 某港区一期工程岸线总长 1,400m，建设规模为 4 个 5 万吨级集装箱泊位，目前己经投入使用。码头主体结构采用重力式沉箱结构方案，沉箱底宽 15m，沿泊位长度方向长，7.84m，高 18.9m，底板厚 60cm，单个沉箱重 2,211t。该港区二期工程紧邻港区一期工程下游，码头岸线总长2,100m，建设规模为 6 个
6、5 万吨级集装箱泊位，码头结构按远期停靠12,500TEU 集装箱船设计。码头面高程 5.4m，码头前沿设计底高程-17.0m。根据地质资料和使用条件，经过方案比选，码头结构采用重力式沉箱结构方案。 该工程中的胸墙基本几何尺寸为：分段长度 16.8m，宽度 5.2m，高度 3.5m，嵌入沉箱以内 0.5m，胸墙下部就是空腔。胸墙的混凝土设计标号为 C40，底层的钢筋主筋为 28mm 的 II 级钢，间距控制在 200mm，顶层的钢筋主筋采用 25mm 的 II 级钢，间距控制在 150mm。胸墙的上部荷载主要为集装箱装卸桥滚轮竖向以及水平荷载。因为胸墙的断面尺寸比较大，一期工程中胸墙面层混凝土
7、施工后出现了一些细微的横向裂缝，虽然这些裂缝对于结构安全不会造成影响，但是裂缝的存在影响了码头的外观质量，同时也降低了胸墙耐久性。因此，在二期工程中，必须采取相应的技术措施，尽量减少裂缝的产生。 42、裂缝控制的主要措施 码头胸墙属于重力式码头结构当中的一个非常重要部分，耐久性和外观质量都需要满足要求，为了尽量得避免胸墙产生温度、干缩裂缝，胸墙设计和施工中，我们通过不断探索和总结，采取了一系列措施，尽可能的减少胸墙裂缝的产生。 （1）调整了胸墙混凝土的强度等级 依据工程建设标准强制性条文 （JTJ275-2000）里面的第 5.2.4 条规定，海港工程的浪溅区混凝土的强度等级不能低于 C40，
8、因此，在过往的胸墙结构混凝土的设计中，都采用了 C40 混凝土。这样一来，混凝土在浇注过程中就会产生大量的水化热，使得混凝土的内部温度急剧升高，从而导致了混凝土裂缝的产生。 因为胸墙结构采用的构造配筋，混凝土强度等级高低对于结构的安全以及耐久性影响不会很大，因此，在设计时候，我们有意的想降低混凝土标号。为此，我们请教了许多专家，并由项目部组织召开了港口胸墙裂缝控制专题研讨会，会议中邀请了设计规范主编以及部分重力式码头的专家。专家们解释到， 海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范（JTJ275-2000）只是针对按承载能力来进行配筋的钢筋混凝土构件以及预应力混凝土构件的，因此同意降低本工程胸墙混凝土强
9、度等级，由先前的 C40 降低为 C30，该调整并没有违反强制性条文海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范 （JZJ275-2000）5.2.4 条文的规定。胸墙采用 C30 混凝土后，将使得混凝土水花生大大减少，对于裂缝减少起到了决定性的作用。 5（2）掺入粉煤灰 为了尽量减少水泥的用量，降低水化热同时提高混凝土的和易性，在混凝土中掺入了粉煤灰。掺入的粉煤灰有以下几个方面的作用： 由于粉煤灰包含了大量的硅、铝氧化物，而这些硅铝氧化物会与水泥中的水化产物发生化学反应，掺入粉煤灰后可以取代部分水泥，这样就减少了水泥用量，有效降低了混凝土的热量； 因为粉煤灰的颗粒较细，故参加二次化学反应的面积得到增加，
10、这样就使得其混凝土中分散更为的均匀； 粉煤灰中的火山灰反应能有效改善混凝土内部空隙结构，能降低混凝土的孔隙率，空隙结构更加的细化，分布也更加的合理，硬化后的混凝土内部更为的致密，同理混凝土的收缩量就减少了。但是考虑到粉煤灰比重相比于水泥较小，混凝土振捣的时候比重小的粉煤灰就容易浮现在混凝土表面，使得上部混凝土当中的掺合料就增多，强度也较低，表面也就容易产生塑性的收缩裂缝。因此，粉煤灰的掺入量不能过多，根据该港区二期所处的实际情况，粉煤灰的掺入量不能大于 20%。 （3）掺入高性能的海港混凝土抗蚀增强剂 CPA 是一种高性能的海港混凝土抗蚀增强剂，它能有效起到抵御收缩裂缝的作用，同时增加混凝土的
11、密实度及抗腐蚀性。本工程中，CPA 的掺入量控制在 10%。在混凝土搅拌过程中，将粉煤灰、CPA 以及其它的外加剂和混凝土的原材料一起进行搅拌，搅拌时间相比普通混凝土需要延长 10s，总搅拌时间不得少于 30s。 （4）设面层钢筋和钢筋网 类似工程已经证明，大体积混凝土的面层处是容易产生裂缝，且大6多数是垂直于结构长边方向的裂缝，因此，我们依据“少筋密布”的基本原则，将胸墙面层的钢筋由先前的 25mm150mm 调整到了22mm100120mm，并且在胸墙面层下面 3040mm 处加铺了一层的钢筋网，平行于码头方向的为 650mm ， 垂直于码头方向为 650mm，充分利用钢筋和混凝土之间的粘
12、结力来抵御胸墙面层处产生的应力，以减少微裂缝的产生。 （5）胸墙的分层分段 据调查，采用水平分层方法施工的胸墙裂缝要少于采用内外分层方法施工的胸墙。这是因为采用内外分层方法施工的胸墙，先行施工的内部混凝土对后施工的外部混凝土约束条件更为复杂，不仅存在水平层面的约束，而且还有垂直层面的约束。如北方某港沉箱码头，为避免在迎水面留下施工缝，选用了内外分层的施工方法，胸墙的裂缝较多，既有横向裂缝又有纵向和斜向裂缝。 本工程胸墙的施工需要分层进行，第一层的标高为 1.80m 以下部分，第二层：1.80m3.10m，第三层：3.10m4.80m，第四层：4.80m 以上到700mm 面层。胸墙面层混凝土需
13、要等到码头沉降基本稳定后再进行浇筑。为了更好的验证胸墙结构的分段长度对于裂缝产生的影响，我们在施工时，选取了 A39、A40、A41、A109、A115、A117 等 6 段的胸墙，并采取了增加结构分段的措施，也就是将每段的胸墙分成两个结构段，每段长为 8.76m。 胸墙分层施工后，上下层混凝土浇筑的时间间隔对约束应力的大小有较大影响。间隔时间越短，先浇混凝土对后浇混凝土的约束应力越小。7为尽量减少先浇混凝土对后浇混凝土的约束，本工程胸墙第 1 层与第 2 层的施工间隔时间均控制在 37d。对防治胸墙出现裂缝起到很好效果。 （6）其它裂缝施工措施 第一、为了防止混凝土长距离运输中发生温度升高现
14、象，胸墙面层的混凝土需要自拌混凝土，尽量减小运距。 第二、为了有效降低混凝土的水化热，胸墙面层以下部位需要埋放块石，块石距离结构物的表面距离要大于 500mm，掺量小于 20%。 第三、胸墙的表面沿纵向方向 2m 左右需要锯切槽口，深度为30mm，宽度控制在 38mm 以内，并在槽内填塞填缝料。 第四、施工过程中，同时采取其它有效措施来降低水化热，并加强对混凝土的拌制、运输、浇注以及养护的管理。本工程主要是坚持分层减水、二次振捣、多次压面、加强早期养护等。 5#和 6#泊位的胸墙面层混凝土的浇注时间是 2009 年 7 月 14 日到2009 年 9 月 24 日，截至到 2009 年 12 月，浇注的时间已经超过了 35 个月。从工程现场的观测情况来看，到目前为止，胸墙面层混凝土没有出现较为明显裂缝，胸墙面层的施工质量效果良好。 参考文献： 1 吴永明,古建波.海港高桩码头混凝土耐久性的分析J. 广州航海高等专科学校学报. 2010(02) 2 黄桂财,姜美文.50m 预应力混凝土 T 梁裂缝成因分析J. 山西建筑. 2006(01) 3 陈飞.水工混凝土裂缝的成因与处理措施J. 现代农业科技. 82010(18) 4 黎春林,程华才,和爱武.铜陵大桥主塔温度裂缝成因分析J. 铜陵学院学报. 2006(05)
