港口码头施工中混凝土裂缝产生的原因及防治措施分析

◎刘建东 中交四航局第二工程有限公司

1.工程概述

广州港新沙港区11号12号通用泊位及驳船泊位工程7万吨通用泊位上部结构共23段胸墙，标准段胸墙单段长度23.42m、宽16m、高2.8m（2.1m），码头基础为重力式沉箱结构，胸墙结构坐于沉箱上方，前沿超出0.6m，后沿悬挑超出2.5m（QU100钢轨前后轨位于胸墙上方）。胸墙混凝土强度等级为C35，单段浇筑方量为767.8m3。

2.港口码头施工中混凝土裂缝的类型

2.1 温度裂缝

在港口码头建设的过程中，混凝土施工结束后水泥与水接触会产生大量的热量，导致混凝土出现膨胀的情况。随着温度的回落，混凝土也会发生收缩的情况，使混凝土表面出现不一致的作用力。与外部散热进行对比，内部散热的速度非常慢，导致混凝土内外出现巨大的温差，使混凝土出现了温度梯度。混凝土的外部收缩值比内部收缩值大，混凝土的里外表面受到反向剪切力的影响，最终导致混凝土的表面出现小的裂纹或者裂缝。在温度条件不断变化的过程中，拉力之间会存在一定差别，如果其作用力大于混凝土的承受力就会产生温度裂缝问题。

2.2 干缩裂缝

混凝土结构表面会出现干缩裂缝的问题，干缩裂缝的宽度通常保持在0.2mm左右，这些裂缝的长度大小不一。没有在浇筑施工结束后及时养护混凝土是导致干缩裂缝的主要原因，混凝土表面没有得到及时的养护，表面水分流失非常快，混凝土表面和内部收缩无法实现同步进行，因此导致严重的干缩裂缝问题。

3.大体积混凝土温度裂缝的成因

大体积混凝土结构施工时，由于水泥水化产生水化热，混凝土内的温度持续上升。而混凝土的热传导系数低，大体积混凝土水化热不易传导，导致其内部温度大于混凝土表面温度。由于结构都不是绝热的，在水化热升温的同时就有散热发生。水化热升温直至峰值后水化减缓，继续散热便引起温度下降，随着时间逐步衰减。升温时间很短，大约在浇筑后1～4d，混凝土弹性模量很低，基本处于塑性及弹塑性状态，约束应力很低。降温阶段，弹性模量迅速增加，约束拉应力也随时间增加，在某时刻超过混凝土抗拉强度便出现贯穿性裂缝。这是大体积混凝土由于内部约束产生开裂。在岩石或地基上浇筑的大体积混凝土因温度下降而产生收缩时，由于外部约束而使大体积混凝土发生温度应力。先浇筑部分硬化了的混凝土也可以成为在其上面新浇筑混凝土的约束，使新浇筑混凝土发生约束应力。当应力超过混凝土的抗拉强度，混凝土则出现开裂。

4.大体积混凝土温度裂缝控制基本原则

混凝土结构裂缝控制应采取预防为主、防治结合的方针，其技术架构包括结构设计优化、原材料选择、混凝土配合比设计、施工工艺、养护等几个方面。裂缝控制需要设计单位与施工单位密切配合。施工技术人员采用兼顾设计、材料、施工和养护等“综合法”理念，系统了解和掌握混凝土结构裂缝控制的基本理论和方法。

5.港口码头施工中混凝土裂缝的防治方法

5.1 增加胸墙后悬挑段垫层

在设计图纸中，回填中粗砂结构是胸墙后悬挑段下方的主要结构形式，通过增加悬挑段15cm厚C20垫层的方法，大幅度提升了胸墙整体的稳定性，同时给整个工程施工提供了便利的条件。

5.2 管控混凝土入模温度

在控制混凝土质量时将原材料质量管控放在首位，采取加冰冷却拌合水的方法高效管理混凝土的入模温度。混凝土坍落度、出盘温度和入模温度的具体情况详见下表1。

表1 混凝土坍落度、出盘温度、入模温度的具体情况

5.3 监测施工期温度场发展规律

以温度场模拟信息为基础，使用埋入式传感器监测混凝土的施工期温度，获取混凝土构件内表温差、构件中心最高温度、环境温度以及表面温度等不同构件建筑温度，从而了解该工程不同厚度混凝土构件施工过程中温度场变化的规律。

5.4 混凝土浇筑与振捣

（1）在浇筑施工以前，将厚度为5cm的砂浆浇筑到仓底位置，接着浇筑混凝土，每一层混凝土的浇筑厚度保持在50cm左右，下料高度保持在2m左右，下料施工的顺序为从外向里，浇筑方式为螺旋来回浇筑。

（2）在混凝土振捣施工时使用6组振捣棒振捣施工，将振捣棒竖直插入到混凝土里，快速插入，缓慢拔出，4组施工人员在下料位置振捣，另外2组施工人员复振保护层和模板边角位置。浇筑施工结束4h后复振混凝土结构，直到没有气泡出现方可停止振捣作业。

（3）在施工现场混凝土初凝的前1h对其实施二次振捣施工，使混凝土表面达到密实的标准，防止出现微小的裂缝问题。

5.5 养护（底层）

浇筑完成混凝土底层以后适当延长拆模时间，通常情况下，在浇筑施工3d以后方可拆除模板，28d后带模养护，及时做好养护施工。在养护混凝土成品时采取蓄水养护的措施，使用砂浆袋将养护用水围起来，间隔2h抽水养护一次。使用土工布将构件四周包裹好，蓄水范围与土工布构成一个整体，并与混凝土表面紧紧贴在一起，使其始终保持湿润的状态。

5.6 改进

在控制面层施工前底层裂缝问题时，通过改进施工办法的方式高效管控裂缝问题。将一层φ1.6cm@100钢筋网片放置在+3.1m标高位置处，并将8mm钢筋网片焊接在两侧端头位置；将3cm厚聚苯乙烯泡沫塑料附着在沉箱隔墙四周，有效缓解侧向压力；在浇筑胸墙时分五次浇筑胸墙+2.45～+4.20m段位置处；将沥青木丝板设置在+3.2～+4.20m位置处，彻底消除该层的贯穿裂缝。

5.7 面层精细化施工

（1）凿毛。为了使上层混凝土和下层混凝土紧密连接在一起，通过凿毛处理的方式将原混凝土面凿成凹凸不平的麻面。凿毛深度以能够清楚看见混凝土中的大颗粒砂石为准，间距为3cm，混凝土面的凿毛率要达到90%以上，并使用清水将凿毛后的混凝土表面清洗干净。

（2）钢筋。在浇筑底层混凝土的过程中预留好轨道后浇带，为后续的轨道钢筋埋设和锚固螺栓预埋奠定基础，防止底层浇筑施工给面层主筋造成不良影响。后绑面层主筋对底层混凝土振捣起到积极的促进作用，给凿毛施工提供了巨大的便利。同时表面以下5cm增加间距150mm×150mm的φ10钢筋网片，以达到防裂要求。

（3）模板。面层和护轮坎一起浇筑施工，使二者构成完美的结合面，将裂缝问题控制在最小范围之内。整体式钢模装配是面层模板的主要形式，规范化设置支撑和拉杆。

（4）混凝土。将纤维掺加到混凝土中，坍落度控制在10cm以内。采取平板振捣器与振捣棒联合振捣施工的策略，在混凝土初凝的前2h开展二次振捣施工，最后对混凝土表面实施压光处理，防止出现任何微小的裂缝。

（5）切缝。在混凝土浇筑施工结束12h后，对码头面实施切缝处理。使用全站仪精准放出切缝线，分缝线要确保顺直、连续。

（6）养护。在养护混凝土时覆盖高分子养护膜，并使用土工布覆盖四周，必须控制好面层养护期内的湿度和温度，从而使养护施工达到最佳效果。

6.结束语

在混凝土施工过程中合理管控温度，从降低水化热的角度出发，采取带模养护、监测温度和加冰降温等措施，科学设置混凝土的拌和、入模和养护时间，为后续的浇筑施工和养护施工夯实基础。混凝土浇筑施工结束后为防止混凝土出现裂缝问题，可以采取土工布包裹与蓄水养护及四周带模养护等相结合的形式，表面使用高分子养护膜养护成型，使混凝土养护取得最佳的效果。