重力式码头胸墙和面层混凝土裂缝控制

2019-04-16王帅

商品与质量 2019年40期

王帅

中交一航局第五工程有限公司河北秦皇岛 066000

锦州港煤炭码头一期工程码头工程位于锦州港规划的第四港池北侧岸线西端，为三个10万吨级散货船码头，由码头及码头护岸两部分组成。设计总长度为820m，为突堤式结构，海侧为码头岸线，陆侧为护岸，码头面顶高程为5．00m，码头前沿底标高为-15．7m，胸墙海测悬挑1m。重力式沉箱结构，共安装沉箱57座。沉箱上部是C35F300现浇筑钢筋混凝土胸墙结构，卸船机的前轨将会直接作用在这个结构上面。每一段的胸墙长16．24米，宽6．7米，高3．3米。本文主要对该工程之中的胸墙以及面层结构之中混凝土裂缝产生的原因及其控制方法进行分析。

1 重力式码头胸墙以及面层之中混凝土裂缝的形成原因分析

1.1 施工期的裂缝形成原因

首先是干缩裂缝，因为胸墙面层结构层厚度薄，一次浇筑面积大，混凝土在接近初凝之前无法进行覆盖养护，所以在初凝之前混凝土表层的失水速度会很快，而且会在温度的影响作用之下产生不均匀膨胀，进而出现比较严重的干缩变形情况。由于胸墙和面层之间存在着约束应力，这对于混凝土干缩变形也会产生一定程度的制约作用，由于约束用力、干缩应力与温度应力的共同作用，在施工期间极易出现混凝土裂缝现象[1]。

其次是应力集中处的裂缝，在整个工程之中，系船柱预埋底座、防风锚及其坑边角的应力都比较集中，因此，如果这些部位在混凝土的硬化过程中发生骤变，在温度的影响作用之下，预埋铁杆就会发生热胀冷缩情况，进而导致边角位置的应力急剧加大，如果这个应力超过了混凝土抗拉强度的极限，这些位置的混凝土就会产生裂缝。

1.2 使用期的裂缝形成原因

在码头的使用过程中，由于很多大型的船舶钢轨都在码头进行作业，所以其面层就会受到正向压力、交变应力以及剪切力等诸多因素的影响，如果这些作用力超过了面层混凝土所承受的极限，面层的混凝土就会出现裂缝情况。

2 重力式码头胸墙以及面层之中混凝土裂缝的控制措施

2.1 减少徐变应力，合理控制浇筑时间和切缝时间

在温度的影响作用之下，面层的混凝土表面就会形成拉应力，如果这个拉应力超过了混凝土的抗拉极限，混凝土就很容易出现裂缝。因此在进行施工之前，需充分分析裂缝产生部位和原因，混凝土面层浇筑后需及时进行切缝处理，才能将混凝土水化强度增长过程中的温缩应力释放出来。在本次所研究码头的施工过程中，其切缝的长度控制在了2．5米到2．8米之间，切缝的深度控制在了面层厚度的三分之二左右[2]。通过这样的方式，就可以有效避免混凝土面层出现裂缝。

同时，在进行混凝土切缝的过程中，相关单位也应该通过温度小时法以及强度控制法等的这些方法来进行切缝时间的合理确定，并对混凝土之中实际的温度应力及其抗拉强度进行对比，这样就能够合理分析出混凝土裂缝的原因。当混凝土受到气温、阳光照射以及水化热反应等的共同作用时，面层温度变化的梯度也会不同。比如，混凝土的水化热反应期就可以分为五个，第一是起始期，第二是诱导期，第三是加速期，第四是减速期，第五是稳定期。在混凝土水化热的起始期以及诱导期，混凝土都会处于塑性状态之中，且有着比较小的弹性模量，这时候我们可以不考虑其温度应力，在本次工程的施工过程中，设混凝土开始浇筑的时间是0时，应用的是42．5号硅酸盐水泥，从0时到10时的这一段时间之中，混凝土的温度呈现出上升的趋势，在10时之后，混凝土的温度就呈现出下降趋势，同时，徐变收缩也开始产生，由此可见，在混凝土浇筑的10时是其裂缝开始出现的时间节点。

将以上的理论分析和施工当地每天的气温变化规律相结合，就可以发现，在混凝土浇筑之后0时到10时的升温时间段之中，大气温度正在呈现出逐步下降的趋势，因为混凝土的面层是一个很薄的结构，所以其内部和外部并不会产生比较大的温差，所以我们可以认为随着气温降低，混凝土之中的水化热升温情况开始逐渐被中和，一直到混凝土浇筑10时之后，其水化热的峰值以及应变值都呈现出逐渐降低的趋势。如果将混凝土的浇筑时间定在上午，随着气温的逐渐上升，混凝土之中的温度应变也会逐渐加大，所以就理论而言，这样的情况将会加大混凝土裂缝的形成几率。

根据以上的阐述，我们可以认为在混凝土浇筑的第十个小时是其最容易出现裂缝的时间，因此，在具体的施工过程中，混凝土的最佳浇筑时间是下午温度开始下降的时候，这样才可以尽量减小混凝土浇筑10小时之内温度的梯度，使其所对应的应力与应变都尽量减小。同时，在混凝土水化热降温徐变之前，现场的施工人员一定要及时做好混凝土的切缝处理，由于其徐变时间是浇筑后的10小时左右，所以切缝时间一定要在混凝土浇筑之后的十小时之内完成，这样才可以有效避免裂缝的产生。

2.2 降低胸墙和面层之间的刚度差

在重力式码头胸墙以及面层的混凝土浇筑施工过程中，造成混凝土裂缝情况的一个主要原因就是胸墙和面层之间产生了过大的刚度差。因为胸墙部分的混凝土体积很大，所以其顶面在施工的过程中就很容易产生裂缝，胸墙的水化热以及徐变也会比小型混凝土构建的水化热和徐变情况大很多。在具体的施工过程中，面层的施工往往都是在胸墙部分的混凝土徐变之前进行，因此在进行面层的混凝土浇筑过程中，就会对处于徐变状态的胸墙混凝土产生一个应力作用，这样的情况就很容易导致胸墙混凝土形成裂缝。

在本次所研究的工程施工之中，为了有效避免这样的情况发生，就应用到了一种公路工程之中所应用的由高分子材料制造的防裂贴，并将其和高强胎基以及耐高温的织物共同应用到胸墙混凝土的裂缝预防之中，在进行面层混凝土的浇筑施工之前，就将这些材料应用到胸墙顶面产生裂缝的位置，这样就可以有效阻止或制约胸墙混凝土裂缝朝着面层继续蔓延的情况。以下是对本次工程之中所应用的防裂贴作用和工作原理的总结：

2.3 面层整体极限抗拉强度的提升

在具体的施工过程中，施工人员可以下调钢筋，使其处于胸墙主体的结构之内，并将双层的钢筋网片设置到面层之中，底层的网片因公φ20毫米的螺纹钢筋，并通过满铺的方法进行布置，钢筋网片的双向间距为250毫米，和胸墙净保护层之间的距离为70毫米，这样就可以让面层底部抗拉强度得以显著提升，使其具备足够的强度可以抵御卸船机前轨对其产生的应力作用。上层的网片可以采用φ8毫米的圆钢，其双向间距是100毫米，和面层顶面净保护层之间的距离是100毫米，并在混凝土的切缝部位断开这个钢筋网片，其断开的间距是100毫米。通过这样的方式，就可以让混凝土抗拉强度得以进一步提升，使其具备足够的强度来抵御徐变应力作用[3]。