大型重力式沉箱码头胸墙混凝土裂缝的认识与防治

摘要：近年来，由于水运市场船舶向大型化发展的需求，重力式沉箱码头建设向大型、深水化发展的速度越来越快，且建设工期要求紧迫，随之而来的是胸墙混凝土裂缝问题越来越严重。裂缝影响工程观感质量，海水渗入深度大的裂缝腐蚀内部钢筋，影响结构的耐久性。根据工程实践经验，笔者分析了重力式码头胸墙裂缝形成的各种原因，并提出防治措施。

关键词：胸墙;混凝土;裂缝

Abstract: in recent years, due to the large-scale water transportation market ship development needs of caisson dock construction gravity to large, deepwater development faster and faster, and the construction time limit for urgent, and with it XiongQiang concrete crack problem more and more serious. Crack influence the visual quality of engineering, the water of the sea into the deep cracks internal reinforcement corrosion, affect the structure of durability. According to the practical engineering experience, the author analyzed the gravity wharf XiongQiang the various causes of cracks, and puts forward prevention and control measures.

Key words: XiongQiang; Concrete; crack

中图分类号： TU528文献标识码：A文章编号：

前言

本文根据惠州港荃湾港区重力式沉箱码头与其他重力式沉箱码头的施工裂缝控制的实践效果，论述了码头胸墙裂缝的认识，并提出了多种防裂措施，控裂效果显著，为类似工程积累工程经验。

1、裂缝类型与原因分析

目前，在我国大部分重力式沉箱码头胸墙混凝土产生的裂缝从外观分析一般可分为两类：一是横向贯穿性裂缝，二是表面浅层裂缝。

1.1横向贯穿性裂缝是由外荷载（静、动载）引起的，即由于施工程序不合理常导致码头胸墙在施工过程中的受力过大，从而使胸墙产生大于砼抗拉能力的拉应力而开裂。横向贯穿性裂缝主要产生的原因有如下几种：

（1）沉箱的沉降位移尚未稳定开始浇筑胸墙导致胸墙产生裂缝。

（2）在胸墙施工后发生不均匀沉降而产生裂缝。

（3）在浇筑胸墙过程中混凝土终凝前受后轨桩基或两轨间回填振动碾压等施工影响产生裂缝。

1.2表面浅层裂缝，是由非受力变形引起的，即由是由温度变化和混凝土的干缩或收缩等引起的。如何有效控制裂缝的产生，是码头工程施工中的一大技术难题。尽管此种裂缝不会影响到结构安全，但是影响码头的观感质量以及会降低结构的耐久性。表面浅层裂缝主要产生的原因有如下几种： 1.2.1温度裂缝：混凝土在浇筑过程中，温度的变化是引起裂缝产生的一个重要原因。混凝土硬化期间释放大量的水化热，使混凝土内部温度不断上升，由于外部温度较低，造成内外温差大，表面收缩应力大于混凝土极限抗拉应力，从而产生裂缝。另外，混凝土构件两端受到端头约束，结构内部某些刚度较小部件受到另些刚度较大部件约束，温度应力超过混凝土抗拉强度值，产生裂缝。此时的温度应力的基本式是：

1.2.2 收缩裂缝：混凝土在硬化过程中产生一定的收缩，混凝土表面水分较多时，混凝土收缩受到约束，当约束应力超过一定程度时，会产生裂缝。

1.2.3干缩裂缝：表面失水引起的干缩裂缝也普遍存在，在施工过程中，混凝土表面水分容易散失，特别是码头前沿风力较大，使表面水分散失更快，混凝土过早干燥，产生混凝土干缩裂缝。

1.2.4沉缩裂缝：由于在浇筑过程中振捣时间过长，在骨料重力作用下缓慢下沉密实，而水泥浆则上浮至表面，混凝土在凝结过程中产生塑性变形而产生裂缝。

2、防治措施

根据以上述分析，惠州港荃湾港区重力式沉箱码头与其他重力式沉箱码头为防止胸墙裂缝的产生，采取了以下综合防治措施。

2.1横向贯穿性裂缝多在胸墙顶面和迎水面出现，裂缝呈下宽上窄、外宽内窄现状，此种裂缝危害大，会降低胸墙结构的整体性，深度裂缝会导致海水渗入，腐蚀内部钢筋，影响结构耐久性。因此，针对横向贯穿性裂缝应采取相应的措施：

（1）前首先根据沉箱沉降位移观测数据，分析沉箱是否完全趋于稳定，待沉箱沉降位移完全趋于稳定后进行胸墙施工，避免在不稳定的情况下浇筑混凝土产生裂缝。

（2）结合工程特点，合理确定胸墙分段长度。根据《重力式码头设计与施工规范》（JTS 167-2-2009）“当墙身构件单块长度较大时，胸墙宜增设变形缝，分段长度不宜大于15m”的规定，惠州港荃湾港区码头工程单件沉箱长19.18m，沉箱对浇筑在其上部的胸墙约束较大，每件沉箱分两段胸墙浇筑，胸墙分段长度为9.61m（包括沉箱间的间缝）。如图1：码头胸墙分段示意图。

（3）合理确定胸墙施工的分层高度，避免大体积混凝土一次性浇筑对沉箱的约束力大而使沉箱发生异常变化导致产生裂缝，本工程胸墙高度为3m，采用水平分层的施工方法，分三层浇筑：第一层浇筑至标高+1.80m，第二层浇筑至标高+3.40m，第三层浇筑至顶面。如图2：码头胸墙分层示意图。

（4）目前，大部分工程工期紧迫，码头胸墙与后方基础强夯、打桩和回填碾压等分项平行施工，影响胸墙混凝土浇筑质量，在前期策划的时候就考虑工序的影响，合理安排各工序的施工。特别注意的是避开胸墙面层混凝土的浇筑与后方回填振动碾压同时施工。在混凝土终凝前受强烈振动下，胸墙混凝土容易开裂。

2.2 码头胸墙是重力式码头结构的重要组成部分，需要同时满足耐久性和观感质量要求，为了尽量减少胸墙由温度应力和干缩应力等产生的表面浅层裂缝，在胸墙的施工过程中不断进行探索和总结，采取一系列措施防止或减少表面浅层裂缝缺陷的出现。

2.2.1加强原材料质量控制

2.2.1.1选用低水化热水泥，降低混凝土水化热、，用掺和料代替水泥以减少水泥用量。

2.2.1.2使用级配良好的骨料，符合级配要求的才给予使用。细骨料中含泥量不得超过3%，粗骨料含泥量不得超过1%。

2.2.1.3浇筑混凝土时优先选用缓凝型减水剂，延长水化时间有效地降低混凝土的温升峰值，减小混凝土内外温差，温差不宜大于25℃。

2.2.2 配置最佳配合比

严格控制配合比，特别是水泥用量、水灰比，在满足使用要求的情况下，降低混凝土强度等级以减少单位体积水泥用量，从而减少水泥水化热的产生。

2.2.3 加强施工过程质量控制

2.2.3.1控制拌和用骨料的温度，夏天在骨料堆放场地搭遮阳棚，或采取其他防晒降温措施，混凝土浇筑温度不宜超过28℃。

2.2.3.2混凝土浇筑时要分层下料，分层厚度一般为40cm，最大不超过50cm，振捣要密实，振动棒在有效作业半径内振捣，避免过振和漏振。

2.2.3.3过程中及时清除混凝土泌出的水分和表面多余的浮浆，并对混凝土拌制进行分层减水，二次振捣，多次压面。

2.2.3.4加强混凝土的早期养护，及时用土工布或麻袋淋水覆盖，潮湿养护不少于10天。温度高、风大的天气要适当延长养护时间，并做好侧面覆盖防风。

2.2.4 应用施工技术

2.2.4.1掺加高性能海港混凝土抗蚀增强剂

高性能海港混凝土抗蚀增强剂（CPA）是一种复合外加剂，其主要组成包括硫铝酸盐类膨胀剂、高效引水剂、高效阻锈剂和硅粉或超细磨渣粉，可以起到补偿收缩的抗裂作用，以及增加混凝土密实度和抗腐蚀作用。CPA的掺量为10%，且需把粉煤灰的超量取代部分一并考虑，即CPA掺量=CPA用量/(CPA用量+粉煤灰用量+混凝土配合比中水泥用量)。

2.2.4.2掺入适量的聚乙烯醇纤维

在混凝土中掺入聚乙烯醇纤维，可以缓解温度变化而引起的混凝土内部应力的作用，阻止温度裂缝的扩展，可作为一种有效的混凝土温差补偿抗裂手段。胸墙面层（60cm）混凝土掺入适量的聚乙烯醇纤维阻裂效果明显。如图3：掺入聚乙烯醇纤维示意图。

2.2.4.3 面层钢筋及钢筋

根据类似工程，码头胸墙上设有系船柱块体、锚碇坑等各种工艺管沟，这些构件边角产生应力集中，面层混凝土比较容易出现斜裂缝。因此，在胸墙面层以下30~40mm左右铺设一层钢筋网片，平行码头方向φ6@50mm，垂直码头方向φ6@80mm，利用钢筋和混凝土的握裹力来抵抗胸墙面层的应力，减少微裂缝的产生。

3、防治效果惠州港荃湾港区1#泊位胸墙面层浇筑时间为2011年7月至2011年12月，截止2012年5月，浇筑时间已超过5~9个月，并已投入使用。从现场的观测来看，到目前为止，胸墙混凝土均无出现有害显裂缝，只有在个别锚碇坑边角处有少量的微细裂缝，裂缝宽度不大于0.1 mm。胸墙混凝土施工质量得到很好的保证，惠州港荃湾港区1#泊位胸墙面层与相邻地区的工程相比，裂缝数量明显减少，裂缝宽度明显减小。

4、结语

4.1工程实践表明，重力式码头胸墙混凝土裂缝产生的原因复杂，要完全根治是非常困难的。但是要认真对形成的原因进行分析，采取有效的措施完全可以改善，可以降低裂缝出现的几率。

4.2 胸墙混凝土裂缝防治必须采取综合治理，从设计到施工都是紧密联系，设计单位应合理布置胸墙的分段、钢筋的布置及实用的防裂构造设计。施工单位应按照设计意图及参加相关规范进行严细管理、精心施工。

参考文献

[1] 昌红霞 柳光 重力式码头胸墙裂缝质量通病防治2007-6

[2] JTS202-2011 水运工程混凝土施工规范

[3] JTS 202-2-2011 水运工程混凝土质量控制标准

[4] JTS 167-2-2009 重力式码头设计与施工规范

作者简介：

廖宏志（1982-08） 男广东梅州人助理工程师从事港口与航道工程

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。