浅析码头水工工程大体积混凝土施工裂缝控制

黄金星 福建路港（集团）有限公司

1.引言

随着社会经济的飞速发展，基础设施规模的扩大，港口与航道工程作为综合运输的不可分割的一个重要部分，其工程质量对于港口与航道正常运营具有深远影响。港口码头工程常常使用大体积混凝土，提升主体结构稳定性，如何有效地控制大体积混凝土裂缝的产生，对提高港口航道工程的质量具有深远意义。本文结合黄石港棋盘洲港区化工码头工程中大体积混凝土施工实例，针对性的阐述大体积混凝土裂缝产生的原因与控制措施。

2.工程概述

黄石港棋盘洲港区化工码头工程，设计年吞吐量115万吨，拟建5000吨级危化品泊位1个，配套建设相应的生产和辅助生产设施。本工程为重力式码头，总长50米，基础采用抛石，主体结构由混凝土墙身和混凝土胸墙组成，墙身结构形式为C40预制方块，断面尺寸为4.25m＊3.5＊2.0m，单体方量29.75m3；胸墙为C40现浇混凝土,结构最小断面尺寸2m,是典型的大体积混凝土。在预制方块首件工程时，拆模后发现方块混凝土表面存在不规则裂缝问题。为确保工程质量，针对该问题施工单位立即组织专题论证分析，并提出解决方案，较好的解决大体积混凝土的裂缝问题。

3.大体积混凝土裂缝特性与成因分析

通过查看现场实际情况，预制方块的裂缝主要集中在吊环周边及上表面层，裂缝产生于硬化初期；根据大体积混凝土特性进行分析：吊环周边裂缝分布较为规律，裂缝呈发育状，其裂缝位置深处有预埋件，可以判断出该裂缝主要是由于温度收缩应力不均匀在变截面处产生集中造成的，为应力集中裂缝；上表面层裂缝较为不规划，且裂缝较浅，裂缝产生时间大致在拆模后不久，结合当时施工期的环境温度与开裂产时间，可以得出该裂缝是由于养护不及时造成混凝土表面脱水而引起的塑性裂缝。塑性裂缝产生的原因还有由于拆模过早导致的表面脱水、养护工艺不当、混凝土离析、骨料下沉等。

除上述两种裂缝外，大体积混凝土裂缝还有温度与干燥收缩裂缝、温差裂缝。其中：温度与干燥收缩裂缝主要是在外约束作用下由于降温收缩和干燥收缩引起应力过大而产生的结构贯穿裂缝或深层裂缝。该类型裂缝有一定的规律，一般出现在墙体长度（或宽度）方向的1/8、1/4、1/2等位置，长度较长，出现在混凝土硬化中期；温差裂缝是由于混凝土的内部与表面温差过大导致自约束应力而产生的裂缝，以表面裂缝为主，该类型裂缝一般发生在混凝土硬化的早期，裂缝较无规律。

4.大体积混凝土裂缝控制

针对预制方块混凝土初期便产生裂缝问题，在大体积混凝土施工前，首先应根据项目特点进行开裂风险评估。先对拟浇筑体的混凝土绝热温升和构件最高温度的估算，分析计算混凝土自约束应力、外约束应力，并根据混凝土在各龄期的抗拉强度和混凝土构件抗裂安全系数，判断混凝土开裂风险。通过分析，该项目重力式码头预制方块混凝土开裂风险较小；而胸墙混凝土外约束应力抗裂安全系数较小，存在较大开裂风险。外约束应力抗裂安全系数较小极易造成温度与干燥收缩裂缝，形成结构贯穿裂缝或深层裂缝，必须采用相应的控裂措施。混凝土控裂措施主要包括：构造措施、降温措施、管养措施等方面。

构造措施：施工前通过优化构造参数，能有效提高抗裂安全系数，降低开裂风险。预制方块结构尺寸较小，可一次性浇筑。对于胸墙应进行合理分段和分层施工，胸墙全断面尺寸为50m＊3.5m＊2m，分四段两层进行施工。

图1 大体积混凝土水化热温度变化曲线图

降温措施：①入模温度控制：利用夜间温度较低时段施工、降低骨料温度（如：遮阳、洒水、预冷）、低温水拌和（如：制冷水、冰水）、提升浇筑效率缩短拌合后至入仓的时间、仓面降温（如：喷雾、风冷）；②混凝土内部温度控制：预埋冷却水管通水降温、埋设块石减少水泥用量。

管养措施：混凝土终凝后及时进行养护，预制方块拆模后集中喷淋养护棚内，通过自动喷淋养护系统基本可保证湿度持续大于90%，接近标养湿度95%；胸墙管养条件较差一些，主要通过覆盖土工布和喷雾养护，胸墙侧面加涂养护剂和覆盖双层土工布等措施。养护期的温度控制：①混凝土内部温差(中心与表面下100或50mm处)不大于20℃；② 混凝土表面温度(表面以下100或50mm)与混凝土表面外50mm处的温度差不大于25℃；③混凝土降温速度不大于2℃/d；④ 撤除保温层时混凝土表面与大气温差不大于20℃。混凝土的养护时间自混凝土浇筑开始计算，使用普通硅酸盐水泥不少于14d，使用其他水泥不少于21d，炎热天气应适当延长。

以上就是大体积混凝土裂缝在施工阶段的主要控制措施，在施工前还可以通过原材料选择和优化配合比进行控制。如：选用较大规格的骨料、选用低水化热胶凝材料、减少胶凝材料用量、掺合粉煤灰、矿渣、外加缓凝剂等，均能有效降低混凝土内部最高温度，从降低混凝土约束应力，提高抗裂安全系数，降低混凝土开裂风险。

5.裂缝问题与处理

在预制方块首件工程中，方块混凝土表面存在不规则裂缝问题，主要是混凝土从液性到塑性的转化过程过快，环境温度较高、水分蒸发过快，而产生塑性收缩，当温度应力超过抗裂应力时（大体积混凝土水化热温度变化曲线如下图所示），混凝土将会产生塑性收缩裂缝。通过现场实测，裂缝长度为30mm～150mm，裂缝宽度0.15mm，深度较浅，小于规范允许最大裂缝宽度限值0.2mm，属于表面裂缝。

针对本项目预制方块混凝土表面裂缝的具体处理措施，主要是对硬化后的表面塑性收缩裂缝进行灌注水泥素浆刮平，同时加强管养。对于后续大体积混凝土表面裂缝防治主要是采用二次振捣加二次抹压工艺，防止表面裂缝的出现。具体处理流程：初凝前一次抹压→临时覆盖塑料膜→混凝土终凝前1～2h掀膜二次抹压→覆膜。

大体积混凝土除表面裂缝外，还包括：细微裂缝、深层裂缝和贯穿裂缝。细微裂缝对混凝土结构性能无影响的可不作处理，或仅进行表面涂装处理。表面裂缝通常采用表面涂抹和表面贴补法，一般采用可环氧树脂进行涂抹处理，或者通过在表面贴补土工膜对裂缝进行封闭处理。深层裂缝和贯穿裂缝对混凝土结构性能有影响的，必须会同设计单位研究确定修补方案，并按有关技术要求进行修补。修补材料应选用粘结强度高、稳定性好、不收缩（或微膨胀）颜色与混凝土基本一致的材料。处理方法包括：填充法、灌浆法、结构补强法、混凝土置换法、电化学防护法等。

近几年，随着新材料、新技术的应用，混凝土裂缝修补技术也得到了显著的提升，在材料方面有环保高强修补砂浆、UHPC超高性能砂浆、环氧树脂浆料、丙烯酸树脂、聚氨酯、酚醛树脂、聚醋酸乙烯、聚乙烯醇（108胶）、丁苯橡胶等，这些材料通常都具有快硬、早强、高强、无收缩、微膨胀等特性，实际的工程应用效果良好。

6.总结

大体积混凝土常常用于交通、水运、水利等大型主体结构工程，混凝土裂缝的控制，对提高整体工程质量具有重大的意义。对于大体积混凝土结构裂缝的控制，我们主要应采用“预防为主、防治结合”的原则，通过从结构设计、原材料选择、配合比设计、施工工艺、管养等方面进行综合、系统的预防和治理，将裂缝问题遏制在摇篮之中，从而促使混凝土质量的全面提升，提高港口与航道工程使用寿命。黄石港棋盘洲港区化工码头工程在预制方块首件工程中，针对大体积混凝土裂缝控制的提出一套综合、系统的解决方案，为后续重力式码头大体积混凝土施工指明的方向，显著的提高了混凝土施工质量。