港航工程中胸墙混凝土浇筑裂缝成因及控制措施

李军 中交一航局第五工程有限公司

1.工程概况

龙穴厂区内港池西侧护堤工程属于沉箱重力式结构，在沉箱前仓现浇胸墙32段，单段主要结构尺寸为19.03m×6.35m×3.4m（长×宽×高），顶宽4.5m，胸墙间需架设水、电双管沟，每段胸墙之间设定2.3cm厚沥青木板伸缩缝。设计混凝土强度为C40，单段混凝土单段长度为19.03m，注入量约为170m2，因上述数值均已超出重力式码头设计与施工规范中建议的标准要求，故本工程在业内属于大体积混凝土结构。结合之前类似工程的施工经验和结果来看，这类工程中的胸墙均会出现不同程度的不均匀裂缝，影响胸墙外观。裂缝的存在不仅影响外观和港口使用耐久度，而且对施工方的信誉产生不良的影响。

本工程设计的胸墙施工流程为：观测沉箱顶部沉降与位移→腔内碎石层顶部浇筑→素混凝土垫层→绑扎钢筋→埋设预埋件→模板安装→浇筑混凝土→单独支模浇筑胸墙面层混凝土→混凝土养护。

2.胸墙混凝土裂缝成因机理分析

对港航码头的混凝土采用现场浇筑极易造成裂缝，这是普遍存在的问题，且没有较有效的解决办法。虽然裂缝不会影响整体结构安全，但对码头外观形态和工程质量造成影响，并在一定程度上缩减结构耐久性。因而需要对裂缝产生的机理进行分析，便于找准症结，采取具有针对性的控制措施以减少裂缝产生。总体而言，造成胸墙混凝土裂缝的主要原因有：

（1）混凝土的干缩。造成混凝土表面干缩裂缝的成因有很多，主要是在施工过程中出现一系列问题，混凝土在进入后期硬化阶段时出现大量渗水的情况，如果天气干燥有风，水份会被快速蒸发，尤其是对于表面结构不紧密的混凝土，水份的流失会更加严重，所以造成表面干缩裂缝。

（2）自生收缩变形。即不存在外界无物质交换时，混凝土与胶凝材料产生化学反应后会造成毛细孔负压，降低内部相对湿度，减小宏观体积。结合国内外相关学者的研究结果可知：混凝土的自缩应变值在（40～100）×10-6内，若不考虑其他因素，将混凝土的线膨胀系数固定在10×10-6/℃，则相当于温度降低4～1O℃所引起的温度变形，这种变化足以证明裂缝的形成在很大程度上受到混凝土自缩因素的影响。

（3）塑性收缩。从物理成分出发进行分析可得出，混凝土中存在一层水膜，这种材料受外界因素影响存在较大差别，在凝固之后，混凝土会产生大量泌水，这些表面的泌水使混凝土中的份子结构相互靠近，虽然可以加固混凝土的密度，但也会致使混凝土产生裂缝。当混凝土存在流动不畅问题或其本身的抗拉强度未达到要求标准时，就会产生塑性收缩裂缝。

（4）混凝土的内外温差。在整个混凝土浇筑作业的前期，胸墙表面散热非常快，且其温度升高的总体幅度比内部低，这样中间部分的温度比其表层温度略高，表现为内部产生的膨胀变形比表层变形更明显且剧烈。当温差很大时，胸墙表面的拉应力在短时间内快速上升，很快达到甚至超过混凝土承受压力，造成混凝土表面开裂。

3.混凝土裂缝控制措施

3.1 优化设计

想要提升混凝土的抗裂性能，可通过合理配筋的方式来控制裂缝大小，一旦裂缝产生，保证在可控范围内将拉伸变形成正比。相同的基础环境，应变集中程度与裂缝宽度成正比。本工程参照“细筋密布”原则进行优化，尽可能不改变原有条件，采用等截面置换法，用φ16m m@180 m m构造钢筋替代码头前沿φ25m m@200 m m构造钢筋，缩减构造钢筋在机械机构上的不对称。此外，在面层混凝土以下30mm处增加5cm×5cm钢筋网片，借助钢筋与混凝土之间的握裹力来削减胸墙面层的反作用力，防止混凝土表面产生微裂缝。

3.2 合理选材，降低水化热

通过数据分析、对比可以看出，多次优化和设计混凝土配比后，本工程的泌水率从2.5%降至2.1%。将规格为20～30cm的洁净块石按照10～15%的量掺入混凝土搅拌中，不仅能减少水泥用量、降低水化热、减小混凝土自缩，还能防止非荷载裂缝的产生。

3.2.1 掺入粉煤灰

粉煤灰的密度较小且结构紧密，不仅能降低水化热、减少水泥用量，还能提升混凝土粘合性。将粉煤灰掺入混凝土内能起到如下作用：①由于粉煤灰包含了大量可利用的化学元素，这些有效的化学元素与水泥中的水化产物产生化学反应，掺入粉煤灰后可替代一部分水泥，在一定程度上增强混凝土的可塑性；减少混凝土的不稳定因素；降低水化热、热能膨胀性；提升混凝土抗渗能力；降低水分流失的可能；②粉煤灰具有较小的颗粒，在参加二次化学反应时可加大面积，让混凝土的搅拌拌合更均匀；③粉煤灰中含有的火山灰在与水等物质产生化学反应时可改变混凝土内部的机械结构，缩减其产生网洞的概率，增强混凝土结构的紧密程度，并减少混凝土的拉伸量。但相比于水泥本身，粉煤灰的比重较小，若掺入过多，在混凝土施工时极易出现拌合不均匀的问题，且粉煤灰本身比重轻，若过多的粉煤灰在水泥表层沉积，会拉低混凝土的质量和强度，其表面也会出现塑性收缩裂缝。因此，混凝土中粉煤灰的掺入量要结合现场施工实际选取，不可掺入过多。根据以往的施工经验，建议将粉煤灰的掺入量控制在18%左右。

3.2.2 掺入性能较强的海港混凝土抗蚀增强剂

此种物质可对混凝土的内部结构起到一定的改善作用，并促进其形成均匀的无序支撑体系。而且混凝土抗蚀增强剂能更好地保证混凝土凝结性，防止其过早松散，还能缩减混凝土的收缩缝隙，防止混凝土出现渗水问题，延长其耐久性。本工程中掺入量控制在10%。在进行混凝土施工时，若将混凝土原材料与粉煤灰、抗蚀增强剂及其它外加剂一起搅拌，相比普通混凝土的搅拌时长，此种类型的混凝土通常需要增加10s，且整体搅拌时间要超过30s。

3.3 添加聚丙烯纤维

在胸墙面层380mm厚范围内填充掺入聚丙烯纤维混凝土，因为在混凝土搅拌时纤维细丝可以形成网状蛛丝结构，增加胸墙混凝土表面的粘结性能，从而降低因外界温度、湿度及混凝土本身的塑性干缩、收缩或其他原因造成较大裂缝的可能。从最终的结果来看，虽然化学键连接并未达到预期效果，但其具有较好的物理粘结性，在很大程度上保证纤维了在收到力的作用时不被轻易拔出，同时增强胸墙面层混凝土的施工质量。

3.4 定时检测胸墙内部温度

将测温监控点布设在混凝土内部，借助差分计算得出胸墙混凝土内部温度变化规律。在后续施工中，提前将测温导线预埋在胸墙混凝土内部，此种做法可在充分考虑大面积混凝土温度场和胸墙后填土、大气温度场之间的影响下形成具有参考价值的记录。此外，施工过程中同时采取其它措施来降低水化热，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，可在混凝土施工的不同阶段减少甚至避免表面沉缩裂缝或干缩裂缝等缺陷和问题。

3.5 检测结果

通过上述措施的优化，检测出的胸墙裂缝宽度全部保持在0.2mm内，其中最长裂缝为2.3m，最宽裂缝为0.22mm，相应的裂缝长度为1.3m；最窄裂缝为0.04mm，相应宽度为0.7m；本工程中出现的50条裂缝全部为非贯通性裂缝，平均深度为1.1cm，平均宽度为0.08mm，结果证明码头胸墙的混凝土浇筑具有较好的防裂效果，既符合建筑行业的标准，也满足本工程的设计文件要求和合同要求。

4.结语

造成码头胸墙混凝土出现裂缝的原因有很多种，要结合实际认真分析，并对不同原因造成的混凝土裂缝区别对待，采用不同的方法进行处理修复。在本工程的前期胸墙设计和后期施工阶段，通过采取多种防裂的方法降低了混凝土的水化热，减少甚至避免了胸墙裂缝问题的出现，在确保建筑质量和稳定性的同时保证了施工安全，为后续工程积累丰富的工程经验。