防波堤护面块裂缝产生的原因与控制分析

龚照龙，张晓宇

（中交四航局第三工程有限公司，广东 湛江 524022）

随着海港工程建设规模逐步扩大，防波堤因具有消浪作用在其中具有较好的应用效果，在防波堤施工中护面尤为关键，其施工质量与整体应用效果密切相关，还可实现对堤身的有效保护。人工护面块体是绝大部分防波堤施工中的重要结构，其中以Accropode Ⅱ型最为典型，因技术水平的提高，其应用范围将逐步扩宽。

1 工程概况

加纳Tema港扩建项目中防波堤总长3558m，为抛石斜坡堤结构，工程施工中使用到Accropode Ⅱ型护面块，主要用于外侧结构中，单块规格为2m3，具有优良的防护效果；内侧以大块石为主要材料。

2 防波堤护面块裂缝成因

护坡面为防波堤的重要组成部分，其包含数个离散护面块体，为典型的非连续结构体系，内部块体拥有较为显著的消波性能，在波浪的影响下依然可维持稳定状态。但对于极端的海况，将明显加大块体偏位概率，易出现护面层水力失稳现象。而且在相邻护面块体之间发生挤压与碰撞，会导致个别块体局部可能达到极限状态而断裂破坏，从而发生结构失稳。国内防波堤工程常用护面块体为扭王字块体，规范要求构件表面不应有严重缺陷，即主要受力部位不应有影响结构性能和使用功能的裂缝。

裂缝成因具有复杂性，是基于多方面因素共同作用的结果。从内因角度来看，主要包括以下几个方面：原材料质量欠佳、混合料生产配比缺乏合理性、结构发生变形、护面块缺乏足够的抗裂能力；分缝分块处理方式不当，各块的综合承载能力欠佳，难以有效抵御外界荷载的影响；结构设置不合理，投入使用后存在较明显的应力集中现象。从外因角度来看，体现在现场气温、湿度、外荷载等多个方面。

表1 水泥最小用量表

2.1 混凝土配比的影响

该工程护面块体为素混凝土构件，强度等级设为C45，水泥用量主要受到粗骨料粒径的影响，具体对应关系如表1所示。从项目所在区域的实际情况来看，当地粗骨料质量欠佳，存在含泥量大、软弱等特点，混凝土拌制过程中水泥用量为410kg/m3，存在用量明显偏多的情况，此条件下混凝土硬化状态欠佳，伴随明显的水化热现象，因内外温差的影响，块体表面相继出现不同程度的裂缝病害[1]。

在施工过程中，混凝土施工中分层厚度不合适、浇筑速度过快、振捣不充分、二次振捣不及时等也会导致裂缝产生。入模后混凝土泌水率增大且不匀质，振捣后混凝土表面会产生浮浆，加之天气炎热，混凝土的失水速度大于泌水速度，就容易开裂。

2.2 模板与振捣的影响

在防波堤护面块裂缝成因中，模板设计不合理和未进行二次振捣占很大一部分；又因施工中设置的下料孔相对较小，因而施工人员操作区域主要集中在模板顶部。尽管该处搭建了操作平台，但插入振捣棒时依然存在较大的难度，其中以鼻翼处最为明显，该处振捣密实度不足，夹杂在混凝土中的气体未得到有效处理，依然大量聚集在内部，不利于混凝土的密实性，最终在鼻翼处产生裂缝。

2.3 养护不当的影响

混凝土满足强度要求后即可拆模，随后采取养护措施，该项目选择的是水基型养护液，其夹杂了部分沉淀物，同时材料自身的浓度处于较高的水平，加大了喷涂难度，易出现喷嘴堵塞现象。针对此问题，施工人员为快速完成养护作业，采取向养护液内掺水的措施，尽管稀释后的材料不存在浓度过大的问题，但抑制了原有的效果，难以有效保湿，最终护面块裂缝出现的概率也随之加大。

3 防波堤护面块工程的控制

3.1 模板的预制和养护

护面块体的可选形式比较多，如栅栏型、扭王字块等[2]。根据项目特点，该工程的护面块作业采用的是类似于扭王字块的Accropode Ⅱ护面块体，其平面图如图1所示。

（1）预制。块体预制过程中普遍使用到钢模板，此材料由机械厂完成，各块体可分为两部分模板，彼此通过螺栓连接，在搅拌机、振捣器以及人员的共同配合下预制成型。生产所得的护面块体若满足强度要求，则要经过脱模处理。为追求更高的作业效率，使用砂轮机打磨模具，并在该处涂上适量脱模剂，块体中间焊接耳环槽钢，在此基础上可利用千斤顶高效脱模。基于上述方式，进料与振捣都能够在较短时间内完成，预制生产规模也会增大。

图1 ACCROPODE Ⅱ护面块体平面图（单位：m）

（2）堆放与养护。顺利脱模后，应维持块体原位置不发生变化，此条件下给予3d的养护，对各块体逐一编号，并准确注明基本信息（如预制时间等）。部分情况下场地空间有限，无法满足就地养护需求，需将其转移至指定区域。因Accropode Ⅱ护面块体的适应能力强，只要是非极端情况均可作为堆放场地，因此可将经过3d养护后的块体转移至预制场周边养护，为全面确保质量，养护龄期设为28d。

3.2 裂缝控制措施

（1）模板改造。经过优化混凝土配合比、降低入模温度、控制施工水平等措施后，块体表观质量得到极大提升，但块体下肢与中部连接处裂缝仍经常出现。考虑引起该固定裂缝的原因可能为块体下肢与中部连接处应力集中，因此决定改装几套模板进行试验。首先，停用未改造的模板，随后安排专业人员对其进行改造，具体为将块体模板下肢与中部连接处进行切割，切割尺寸为长80cm、宽15cm，并重新用钢板焊接打磨平顺，使原模板下肢与中部连接处交角由159°调整为170°，以达到平缓过渡、减少混凝土应力集中的目的，模板改装示意图如图2所示。然后，采用改装后的模板进行块体预制，拆模后发现块体中部及下肢相接的位置无裂缝产生。反复试验过后，均无裂缝产生，遂对现场其余的块体模板全部进行改造，改造后的块体预制质量得到达到预期要求，块体裂缝问题也得到全面解决。

（2）有效控制水化热现象。控制水化热现象是避免裂缝的重要途径，较合适的措施是掺入粉煤灰，基于此方式减少水泥用量[3-4]。根据块体施工要求，使用一级粉煤灰，此条件下施工中应注重如下3点：①严格控制水泥到场温度，若达到50℃以上不可投入使用；②严格控制混合料入模温度，要求该指标≤35℃；③若为夏季高温施工，此场景下应合理安排浇筑时间，宜在早晚低温时段完成。

图2 块体模板改装示意图

（3）鼻翼处的振捣操作。该操作难度较大，可采取如下措施解决此问题：①以块体高度为基本依据，在此基础上合理分层，依次完成各层浇筑作业，要求层高控制在50cm以内；此外，必须在鼻翼高2/3处分层。②选择小型振捣棒，如φ50mm型较为合适，将其插入排气孔内并加强振捣。③由于鼻翼振捣难度大，该处操作时间应适当延长，以达到充分振捣的效果。

（4）极端外荷载下，护面块体的破坏通常容易在块体转角处发生应力集中，诱发块体产生较大的拉应力以及细长部位的剪切，并促使裂缝初步形成，进一步导致断裂破坏。为了避免混凝土护面块体拉应力破坏以及细长部分的冲剪破坏，可沿四角空心方块、四角锥体转角边沿配置受拉钢筋，扭王字块体按构造适当配置箍筋。

经过对该项目块体裂缝问题的分析研究，相关技术人员对Accropode Ⅱ型块体裂缝控制有了比较成功的经验，解决了Accropode Ⅱ型块体中部及下肢相接的位置处的固定裂缝问题，总结了方法，消除了裂缝处的应力集中。

4 结束语

综上所述，护面块体是当前防波堤施工中极为关键的组成部分，但受内外部因素影响，其易出现各类不同程度的裂缝，因此加强裂缝控制极具必要性。文章结合工程实例展开分析，提出相应方法，以期给同行提供参考。