大体积素混凝土胸墙表观裂缝防治措施

2022-05-12武涛

港工技术 2022年2期

武涛

（中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津 300220）

引言

大体积素混凝土施工技术难度大，影响因素复杂，施工过程对各种因素难以准确掌控，极易出现裂缝质量通病，不仅影响交工验收时的观感质量评定，即使费时费力对裂缝进行修复，往往也达不到很好的修复效果。另外，如不尽早防治裂缝，后期还可能会对混凝土结构耐久性、安全性甚至使用功能产生影响。

京杭运河锚泊区工程，连片式结构长750 m，采用C25F150 现浇素混凝土重力式结构，15 m 一个结构段，共50 个标准段。标准段结构顶高程 +35.9 m，为适应高水位停船的需要，间隔30 m 在驳岸顶部局部每5 m 长度加高至+37.3 m。其典型设计断面图见图1。

图1 素混凝土胸墙典型断面

根据高程不同，单个墙身结构段混凝土方量达400～600 m3不等，最高胸墙高9.2 m。混凝土采取集中拌和供应，配置1 台120 m3/h 拌和楼，1 台拖泵，运输采用8 m3混凝土罐车，因工期要求，浇筑方法采用自下而上一次浇注成型；浇筑模板采用“钢模+型钢围檩”形式，钢膜按设计尺寸整体成型，外设移动式钢桁架，包括行走系统、支腿、承重梁、悬吊系统，属高大模板和大体积素混凝土施工，见图2。

图2 钢模板及移动式钢桁架

在实际施工中，选取3 段素混凝土胸墙作为试验段，现浇混凝土后对表观横、纵、斜向裂缝数量进行检查统计，发现均出现一定数量的裂缝，以此作为研究大体积素混凝土施工表观裂缝防治措施的问题。本试验段3 个素混凝土胸墙的表观裂缝检查及统计，见表1 及图3。

表1 现场调查结果统计表

图3 胸墙表观裂缝问题直方图

1 原因分析

1.1 从混凝土裂缝的种类分析

混凝土裂缝成因一般分为以下几种：

1）现场的现浇砼胸墙整个施工期间无外部荷载、不受外力作用，结构自身也不是悬挑或异形结构，所以现场出现的裂缝不是结构裂缝。

2）温度裂缝常常是由于现浇砼内外温差或外界温度变化过大时产生温度应力，此时砼的抗拉强度极限值低于产生的应力，使得砼发生胀缩变形，出现裂缝，这是现场胸墙上裂缝产生的原因之一。

3）干燥收缩是砼结构的本身特点，可能在砼构件的整个寿命周期都有所表现，但由其发生的裂缝是逐渐增大，而且会经历很长时间，本次出现的早期裂缝从表观和形成时间上判断都不属于干燥收缩裂缝。

4）塑性收缩是在现浇砼结构后，现浇砼自身的泌水速率小于构件表面水分蒸发速率，从而产生不均匀应力，当应力大于砼构件抗拉强度时，塑性收缩裂缝就会产生，而且存在于从开始浇筑到终凝硬化前的所有时间段内，这也是现场胸墙上裂缝产生的原因之一。

5）塑性沉降裂缝常常存在于钢筋砼结构中，本次现场为现浇素砼胸墙，其出现的裂缝不属于塑性沉降裂缝。

6）现场地质结构为粉质粘土，基础由打设小木桩、碎石垫层、砼垫层及砼底板构成，但施工区域紧邻通航的Ⅱ级内河航道，长期受河水影响，地下含量水丰沛，因此其裂缝也可能会由基础不均匀沉降引起，施工中必须加强结构的沉降位移观测。

从混凝土裂缝的种类看，裂缝产生的可能原因如图4 所示。

图4 混凝土裂缝分析图

综上分析，根据砼裂缝的一般分类，本次现浇砼胸墙出现的裂缝初步判断为温度裂缝、塑性收缩裂缝及基础沉降裂缝。

1.2 从施工环节分析

1）混凝土施工质量管理主要为检验原材料质量，控制施工过程质量，控制后期养护质量。为了缩小控制范围，减少不必要的冗余分析，对现场现浇砼的砂、石、水泥、粉煤灰及外加剂等原材料在进场检验的基础上，进行了二次抽样送检。检测结果表明现浇砼的各项原材料指标均合格，质量满足要求。所以，现浇砼的各项原材料质量不是本次裂缝发生的原因。

2）施工人员因素：施工人员的轮换、振捣质量的好坏、职责落实的程度、奖惩制度的落实。

3）机械设备因素：泵车自身产生的热量、罐车运输产生的热量。

4）成品混凝土因素：主要是混凝土含气量的大小、塌落度的大小、入模温度的高低。

5）施工工艺因素：是否均匀分层浇筑、是否采用内部降温措施、浇筑速度的控制、养护是否到位、是否考虑沉降因素。

6）环境天气因素：天气炎热、昼夜温差大（白天温度可达39℃，夜间温度27℃）。

1.3 综合分析

结合现场实际情况，确定造成裂缝质量通病的主要原因为如下几个方面：

1）混凝土入模温度高。入模温度需在一个合理的范围内。一般要求5～35 ℃。冬期时如果低于5℃，混凝土强度上升缓慢，对拆模时间、结构强度等都有影响。夏季如果高于35℃，混凝土水化反应过快，容易产生温差裂缝或收缩裂缝。

2）混凝土含气量过大。含气量过大使得混凝土中的气泡大，容易逸出，不能稳定的存在混凝土中，导致水泥石内孔隙自由水的增多，并反复冻融，对孔隙壁不断产生压力，最终使混凝土胀裂，产生冻融破坏。

3）设计配合比塌落度过大。塌落度过大，使得施工过程中泌水过多，混凝土丧失流动性，影响混凝土的工作性和可靠性，在浇筑振捣过程中出现离析和堵泵现象、在硬化过程中出现蜂窝麻面、裂缝等现象。

4）成品混凝土养护不到位。早期的养护以及过程中及时充分的养护如果不到位，会导致混凝土成型后因暴晒、风吹、寒冷等条件出现的不正常的收缩、裂缝等破损现象。

5）成品混凝土内部未采取降温措施。在混凝土逐渐硬化的期间，水泥会释放出水化热，使其内温提高，从而在表面反映出拉应力。在后期温度下降时期，因为基础约束的原因，在混凝土内部和表面都会产生较大的拉应力，当拉应力大于抗裂能力后，混凝土就会出现裂缝。

6）混凝土浇筑速度偏快。当构件高度较大（本次胸墙最高9.5 m），一次浇筑混凝土偏快，混凝土流动性偏低，下部混凝土尚未充分硬化，从而会产生在硬化前混凝土沉降不足，硬化后沉降过大，容易在浇筑出现裂缝，即沉降收缩裂缝。

7）未考虑沉降因素。由于结构和结构下面的地基加固处理不到位（地基受到破坏），或模板支撑不固定以及过早拆模，没有达到设计强度100 %，都会使浇筑后地基产生不均匀沉降，也是导致混凝土裂缝产生的主要原因之一。

8）天气炎热，影响水化反应。高温天气会使混凝土内水分快速蒸发，损失塌落度，降低含气量，加快水化反应，导致混凝土凝结较快、捣固不良，而形成蜂窝、麻面和裂缝。

2 对应措施

针对上述主要原因，根据试验段现场实验、研判，采取了相应措施：

1）对商混站对混凝土拌和用水采取低温地下水（约3℃），并在拌和过程中严格监察罐内混凝土温度，控制出罐温度，温度过高时要采取加冰块降温措施。现场入模温度超过30°时，禁止浇筑。

2）根据设计混凝土强度C25F150，安排专人驻场对商混站加强了混凝土含气量的监测。对不符合配合比实验报告的含气量（3～5 %），坚决予以返工，禁止运至现场。

3）根据实际施工情况，混凝土流动性过大影响浇筑效果。故将设计混凝土塌落度160±20 mm 修改为140±20 mm。同时为减少因天气炎热导致的水分散失过快，在混凝土拌和时适当加入引气型减水剂及缓凝剂，以延缓水化反应速度。

4）虽然设计为一次浇筑成型，但根据试验段经验，现浇时必须控制速度为40 m3/h，且分层匀速浇筑，避免落灰高度过高；振捣时应快插慢拔，按梅花形布置内插入点，间距不超过振捣棒作用半径的1.5 倍（约50 cm），且插入混凝土下层5～10 cm左右，以混凝土表面平坦、无气泡、不下沉开始泛浆为宜，顺序应由外向内连续、无间断。

5）根据经验值计算出的达到强度的允许拆模时间为48 h。但实际施工中，48 h 以内水化反应相当剧烈，成品混凝土内部没有足够的水分来消散这期间产生的水化热，导致裂缝产生。故缩短拆模时间为12～24 h，且强度达到2.5 MPa 即可拆模，同时在成品混凝土胸墙顶部用φ25 mm 的塑料水管设置横纵喷淋水降温系统，覆盖土工布喷淋养护，保证在养护期间随时保持湿润状态，并及时检查养护情况。

6）根据预先埋设的测温装置显示，拆模后七天内温仍然达到50℃以上，而墙体外部采用地下水（约5℃）养护。内外温差过大造成墙体裂缝。故在墙内中间沿轴线方向设置φ25 mm 的塑料降温水管，注入地下水对混凝土内部进行降温。

7）墙身施工前，在底板四角位置设置沉降位移观测点，记录底板原始高程、坐标；浇筑过程中随时监测观测点，并适当调整浇筑速度，避免墙身沉降过快、沉降不均；对后续浇筑的胸墙预留沉降，并顺接相邻段。