海港码头胸墙混凝土裂缝研究

余锐

摘 要：在码头的使用过程中，各种问题也随之而来，胸墙混凝土裂缝的影响便是其中之一，它降低了胸墙的使用功能与耐久性，严重还会引起码头结构的破坏。码头结构的受力部分主要是由胸墙混凝土来传递给基础的。因此，本文结合我省的地质环境和气候条件详细分析我省水运码头胸墙结构裂缝产生的具体原因，并且针对原因找出防控裂缝的措施，对于我省的水运项目结构耐久性、安全性的提高和项目造价成本的节约以及项目的质量和安全监督保障工作的促进都具有非常重要的现实意义。

关键词：胸墙 混凝土 裂缝

1.海港码头裂缝研究现状

国内外众多学者对海港混凝土裂缝产生机理进行了广泛的研究，综合分析可以归结为材料化学物理机理、温度形变机理、设计施工不当机理、钢筋绣胀机理、沉降形变机理、受荷形变机理。

海港混凝土裂缝，其本质是混凝土所受拉应力超过其极限拉应力强度而产生开裂，或者超过极限压应力而破碎，或者超过剪应力而出现裂缝。由于混凝土是沙石料、水泥胶体和其他外加剂组成，每一成分的性质、变形模量不一致，空间分布也呈离散随机状态，所以可以说混凝土存在裂缝是必然。但是超过限制的裂缝对构件或结构的正常使用影响显著，降低构件耐久性最终导致承载力不满足承载力要求。因此需要对海港混凝土裂缝机理进行分析，进而进行综合评价，提出相应的处治措施。

基于以上分析，本文针对海南气候和环境特点，基于海港码头胸墙混凝土裂缝产生机理分析，重点研究施工期海港码头胸墙混凝土裂缝防治措施。

2.海港码头混凝土胸墙裂缝调查研究

海南省海港码头混凝土裂缝产生与发展与海南省特有的气候条件密切相关，海南气候具有气温高，湿度大，降雨多，风速大，蒸发量较大，海水盐度高，风浪大的特点，这些均对海港工程混凝土施工和裂缝控制带来很大的不利影响，有必要针对海南省以上水文气象特点具有针对性研究海港工程混凝土裂缝控制技术。

2.1海南省水文气象调查分析

海南岛沿岸的东部和南部潮差较小，西北部最大，海域海浪以风浪为主，涌浪少于风浪，但是海南岛四周环海均会出现台风暴潮，沿海区域的表层海水盐度超过3.0%，一般是东部和南部沿岸的盐度较高，西部的盐度随季节变化明显，且琼州海峡受沿岸水的影响，盐度偏低，盐度由沿岸港湾向外递增。

2.2海南省港口码头裂缝现场调研分析

本文对海南国投洋浦港三期工等9个海港码头工程裂缝进行了现场调查研究。现场调研发现：至今在用的海南的码头投入使用年限不久，均出现了不同程度的裂縫，大多是浅层裂缝，其形成机理较复杂，包括温度，锈胀、碰撞等多方面的原因，现场裂缝调查表明目前海港码头裂缝主要属于温度裂缝，对其正常使用和对耐久性是一个严重的威胁，需要进行了系统的研究。

3.海港码头混凝土胸墙裂缝产生机理研究

海港码头混凝土胸墙裂缝有多种产生机理，本文在裂缝现场调研的基础上，选取典型具有代表型和工程中常发生的温度裂缝产生机理进行深入研究，为其防治技术研究提供理论基础。

3.1胸墙绝热温升温度场模型

采用一维非稳定传热方程组来描述海工混凝土大体积混凝土因绝热温升引起的温度变化规律，建立了海工大体积混凝土胸墙绝热温升温度场模型，采用差分计算得到胸墙混凝土内部温度变化规律，用Matlab编制了计算大积混凝土绝热温升的通用程序。

因海工混凝土胸墙的长度与宽度方向的尺寸远远超过其厚度的8～10倍，故采用一维非稳定耦合热传导方程组来描述混凝土的传热问题，充分考虑大体积混凝土温度场和胸墙后填土、大气温度场的相互影响。数学模型描述如图1。

3.2绝热温升对温度场影响

绝热温升所释放的热量，对胸墙混凝土温度场影响明显。随着绝热温升热量增加，胸墙中心和表面温差增大（图2 ），中心温度高于表面温度，中心温度增加，混凝土膨胀，而表面温度变化不大，膨胀较小，对中心膨胀起着阻碍作用。同时中心膨胀明显，而表面膨胀较小，将可能导致混凝土表面开裂，绝热温升热量越多，越可能导致混凝土表面开裂，因此实际工程中应注意采用低水化热的水泥品种。

4.海港码头混凝土胸墙裂缝控制措施研究

本文以海南海口港马村港区扩建工程混凝土胸墙施工为工程背景，采用有限元模拟施工绝热温升温度场变化过程，研究绝热温升、混凝土养护、大气温度对温度场，施工分层对温度的影响，从而为混凝土胸墙施工温度场控制提供理论依据。

数值模型图见图3，数值模型长5.1m，高2.85m，分3层施工，边界条件为与大气、底部沉箱产生热交换，为第三类边界条件。

三维数值模拟表明最大温度区域位于胸墙管沟两侧边墙中部，因此应施工中应该重点做好胸墙施工段中部的表面防护措施，将热交换系数控制合理范围内，防止混凝土内部温度过高和控制内外温差，预防混凝土开裂。大气温度发生改变，热交换条件一定的情况，对混凝土胸墙内部温度场影响不大，但是，工程实践中大气温度发生改变后，养护层的隔热保温作用功能将发生改变，工程实践中，大气温度的改变对混凝土胸墙温度场的影响比较大。要采取相应的措施，保证养护层的隔热保温持续发挥作用，以利于混凝土胸墙温度场的控制。

数值模拟分施工层模拟表明，不同施工层的混凝土温度场是变化，不同时刻温度场的最大值可能出现在施工中的某个阶段或时刻，而不是施工后的一段时间内。因此，对于大体积混凝土施工应当做好温度施工监测，采取相应的预防措施和预案。加强混凝土施工过程中温度监测，减少分层高度和施工段长度，可考虑1.0m左右进行分层，施工段长度控制在10m左右。

数值模拟表明混凝土入模温度对混凝土温度影响较大，建议混凝土入模温度控制低于25度。同时加强混凝土面层抗裂性能，可在码头混凝土面层增加面层钢筋和钢筋网，以及掺适当掺入钢纤维。面层钢筋按照少而密原则进行布置。建议面层钢筋网采用6mm钢筋，网格间距8-100mm，面层钢筋混凝土保护层厚度控制为10-20mm。

5.结论

理论和数值模拟研究表明：混凝土构件表面养护、绝热温升、胸墙高度、大气温度和入模温度均对混凝土温度场有较大影响，绝热温升温度场最大值出现时域为施工期间，温度场温度最大区域为胸墙中部，考虑海南省气候特点，提出海南省海港码头胸墙混凝土施工裂缝控制，包括：

1.设置并且保护土工布养护层，及时洒水并保持湿润，特别注意混凝土胸墙中部养护层的保护。

2.合理调整混凝土施工时间，选择温度较低时段进行施工，建议在夏季选择清晨或傍晚进行混凝土浇筑。

3.减少分层高度和施工段长度，可考虑1.0m左右进行分层，施工段长度控制在10m左右。

4.加强混凝土施工过程中温度监测，及时调整混凝土浇筑进程。

5.加强码头混凝土面层抗裂性能，码头混凝土面层增加面层钢筋和钢筋网，以及掺适当掺入钢纤维。可在面层钢筋按照少而密原则进行布置。

6.保控制混凝土浇筑入模温度，建议混凝土入模温度控制低于25度。

参考文献：

[1]重力式码头设计与施工规范（JTS_167-2-2009） [S].北京 人民交通出版社.2009.

[2]水运工程质量检验标准（JTS 257-2008） [J].北京 人民交通出版社.2008.