港口与航道工程大体积混凝土施工裂缝控制研究

◎贺林雄 中交广州航道局有限公司

近些年来，随着海运河运等产业蓬勃发展，我国加大了各种港口的投资建设，在港口与航道工程中，需要大量采用大体积混凝土。考虑到整个工程的作用，必须彻底解决大体积混凝土容易出现的施工裂缝问题，防止由此引发更加严重的安全问题。为此，必须针对大体积混凝土容易出现的裂缝情况及其成因进行系统分析，结合施工工艺和相关技术，对这些问题进行预防控制，进而使得大体积混凝土裂缝问题不会发生。

1.港口与航道工程大体积混凝土施工裂缝控制

在海南洋浦港区深水航道及岸滩整治工程中，会大规模使用大体积混凝土，而大体积混凝土会因为温差和收缩等因素产生裂缝，进而导致整个工程存在安全隐患。这些裂缝风险需要在施工过程中通过有效的措施加以预防根除，进而保证整个工程的大体积混凝土施工质量。

2.港口与航道工程大体积混凝土施工裂缝成因分析

就航道及岸滩整治工程而言，大体积混凝土施工是最基本的施工工艺，其技术难点就在于对施工裂缝的有效控制。与普通混凝土施工相比，大体积混凝土在施工和质量控制方面有更多的技术性问题需要解决，尤其是大体积混凝土内部裂缝的产生，必须将其成因进行有效分析，才能彻底解决。

2.1 温度因素导致大体积混凝土产生裂缝

大体积混凝土内外温差变化主要发生在三个阶段：混凝土浇筑初期、混凝土内温度最高期、拆模期。大体积混凝土浇筑初期导热性较差，各构成物水化反应形成热量在短时间内积聚，温度上升，当温差足够大时，内部膨胀并发生变形，程度显著大于外部，混凝土表面形成较大拉应力。拉应力是温差的函数，温差变大，拉应力也越大，超过混凝土承受范围，则温度裂缝形成。温度应力引发大体积混凝土裂缝包含两种情况：①如果混凝土内温度呈现非线性分布，且外部环境无约束且绝对静止，大体积混凝土结构会因自身约束产生温度应力。②如果大体积混凝土边界可以受到外部约束，混凝土结构变形会受约束，进而产生温度应力。

图1 温度因素导致大体积混凝土产生裂缝

图2 收缩因素导致大体积混凝土产生裂缝

2.2 收缩因素导致大体积混凝土产生裂缝

在大体积混凝土硬化后，因施工环境影响，使得混凝土内部水分向外蒸发。水蒸气扩散同时，混凝土因水分过度损失形成从外向内的逐步收缩变形，直至出现裂缝。塑性收缩不但包含了水分蒸发，也因为混凝土泌水量低于蒸发量，大体积混凝土表面会产生塑性收缩。如果水泥活性较大，或外界温度较高，导致混凝土表面的收缩变形问题更加突出，发生开裂。而在外力作用下，混凝土表面出现裂缝后，水分散发速度更快，而裂缝也会更多更大。大体积混凝土自身收缩也是大体积混凝土收缩裂缝的类型，属于非温度应力导致的变形问题，主要是因混凝土自身水化导致的变化，其与两个因素直接相关：一是集料弹性模量，二是水泥的矿物成分。

2.3 其他因素导致大体积混凝土产生裂缝

除上述两种主要的裂缝成因，大体积混凝土裂缝问题还存在其他一些因素。如：化学法反应和外部荷载等，都可以造成大体积混凝土产生裂缝，大体积混凝土内部的各种化学反应会对其体积产生影响，而巨大自重也会在混凝土未成型前结构出现改变，进而混凝土内部会产生裂缝。

3.港口与航道工程施工裂缝控制对策

海南洋浦港区深水航道及岸滩整治工程项目较大，在实际施工中，针对大体积混凝土施工裂缝必须贯彻“预防为主、治理为辅”的原则，结合施工环境，预判裂缝风险，制定有效的控制措施。其对策包括四个方面。

3.1 加强混凝土原料的配比控制

在工程施工中，技术人员必须充分了解工程实际情况，对施工环境的影响有全面认识，在混凝土原料配比上严格按有关标准进行。①混凝土配合比设计必须符合设计、技术规格书的规定，施工单位应严格按《水运工程混凝土施工规范》（JTS202-2011）中的规定和步骤进行配合比设计，经试验合格，并经监理工程师批准后方可用于施工。②混凝土最大水灰比及最小胶凝材料用量，详见《水运工程混凝土施工规范》（JTS202-2011）中的要求。

3.2 加强施工温度控制

洋浦港区深水航道及岸滩整治工程建设中，大体积混凝土的整个施工过程必须对作业温度全程监控，从浇筑到混凝土成型，通过有效的人为控制，使得混凝土温度变化满足设计要求，尽可能降低混凝土内外温差。

3.3 优化施工约束条件

应会同监理、设计方等提出有利于控制大体积混凝土的关于钢筋的设计变更，经验算合格、审批方可实际施工使用。浇筑施工可根据实际情况分层、分块作业，利用合理布置优化约束条件，通过减少相邻混凝土浇筑工期或采用预留伸缩缝等方式，使得混凝土裂缝能够得到很好预防。

3.4 加强大体积混凝土的养护力度

大体积混凝土养护目的就是要在洋浦港区深水航道及岸滩整治工程环境下，确保提供适宜的温湿条件，避免温湿变形和各种有害收缩，使得大体积混凝土质量得到根本保证。需要注意的是，工程中大体积混凝土强度等级为C40。混凝土浇注前，应检查模板的准确性，清除模板内木屑、泥水和其它遗留物。混凝土浇筑应连续进行，因故中断时，其允许间歇时间不大于1.5小时。

大体积混凝土养护是确保质量的重要环节，特别是在高温、干燥的环境中，更应当加强混凝土的潮湿养护，潮湿养护时间不得少于15天，应严格按《水运工程混凝土施工规范》进行施工。此外，为防止墩台面出现微细裂缝，墩台混凝土掺入聚丙烯网状纤维,掺量1.2kg/m3。其技术指标如下：弹性模量≥3500Mpa；产品形状束状网断裂延伸率≥6%；吸水性∶不吸水；抗拉强度≥346Mpa。

图2 大体积混凝土浇筑分层、分块作业

4.结束语

综上所述，海南洋浦港区深水航道及岸滩整治工程规模巨大，施工中大量使用大体积混凝土，这对于施工裂缝控制技术有非常严格的要求。分析大体积混凝土裂缝形成的原因，最根本在于两个方面：一是温差导致裂缝，二是收缩导致裂缝。这两种裂缝成因之间也有较大的关联性，对其防治也需要从不同层面和环节进行控制，在工程设计和施工操作上严格按照相应的标准和流程，在配比、温控、施工、养护等工序中，针对性做好相关工作，确保大体积混凝土达到应有的质量标准。