大型深水沉箱码头胸墙混凝土裂缝控制

　　【摘要】将胸墙裂缝控制研究成果成功地应用到工程建设中，有效地节省了工程投资和缩短工期，取得了显著的经济效益，解决了深基槽清淤及胸墙混凝土浇筑裂缝控制等施工技术难题，对大型重力式码头工程设计具有宝贵的参考价值。
　　关键词：胸墙；混凝土；裂缝控制
　　1引言
　　通过对大型深水沉箱码头胸墙设计和施工过程采取多种防裂措施，降低混凝土的产生水化热，避免或减少胸墙裂缝的发生，保证码头结构的外观质量和耐久性，为后续工程积累工程经验。
　　2现状分析与研究方法
　　2.1现状分析
　　裂缝产生的原因可分为两类一是结构型裂缝，是由外荷载引起的，包括常规结构计算中的主要应力以及其他的结构次应力造成的受力裂缝二是材料型裂缝，是由非受力变形变化引起的，主要是由温度应力和混凝土的收缩引起的。重力式结构的胸墙尺寸一般比较大，裂缝主要为第二类裂缝，即由温度应力和混凝土的收缩引起的裂缝，从以往的工程经验来看，此类裂缝比较难以控制。尽管这种裂缝不会影响到结构安全，但是影响到码头的外观以及会降低结构的耐久性。对于已经出现的裂缝，通常采取修补裂缝的方式进行裂缝修补，增加结构的耐久性。而为了更好的防止裂缝的产生和扩大，最好的办法就是施工前采取措施，尽量减少裂缝产生的可能性。
　　2.2研究方法
　　胸墙施工前，通过采取结构和施工措施，降低混凝土的水化热，控制混凝土的施工质量，尽量减少混凝土裂缝的产生，结合实际施工效果，分析采取的措施的有效性。
　　3研究过程和结果
　　3.1胸墙的设计情况
　　某港区二期工程的胸墙断面图见图1，胸墙的分段长度是17.9m，宽度为5.3m，高度为3.6m，嵌入沉箱内0.5m,胸墙下是空腔。胸墙混凝土的设计标号为C40，底层钢筋主筋为}28mm的II级钢，间距约为200mm，顶层钢筋主筋为φ25mm的II级钢，间距约为150mm胸墙上的主要荷载为集装箱装卸桥的轮压荷载。
　　          
　　                                     图1胸墙断面图
　　3.2主要控制措施
　　码头胸墙是重力式码头结构的重要组成部分，需要同时满足耐久性和外观质量要求，为了尽量减少胸墙由温度应力和干缩应力产生的裂缝，在胸墙的设计和施工过程中不断进行探索和总结，主要从降低混凝土水化热、掺加外加剂、改进胸墙配筋和加强施工质量管理等方面进行改进，采取了多种措施来避免裂缝的产生。
　　（1）调整胸墙混凝土标号
　　根据《工程建设标准强制性条文》（J丁J275-2000）中第5.2.4条规定，海港工程浪溅区的混凝土强度等级应不低于C40，因此，以往的胸墙结构的混凝土设计标号均为C40。由于混凝土标号和水灰比的限制，混凝土浇注过程中将产生大量的水化热，使混凝土的温度升高，水化热是导致混凝土产生裂缝的主要原因。
　　考虑到胸墙结构是按构造配筋，混凝土标号对结构安全和耐久性的影响不大，因此设计中我们一直在探讨是否可以降低胸墙混凝土的设计标号。为此，我们咨询了许多专家，并由南沙办组织召开了胸墙裂缝控制的专题会议，会议邀请了规范的主编和部分重力式码头的专家。根据专家的解释，《海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范》（JTJ275-2000）是针对按承载能力配筋的钢筋混凝土构件和预应力混凝土构件，同意将本工程胸墙混凝土的强度等级由C40调整为C30，该调整并未违反强制性条文《海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范》（J丁J275-2000）5.2.4条文的规定。胸墙混凝土设计标号降为C30，将大大减少混凝土浇注过程中产生的水化热，对减少裂缝的产生具有决定性的作用。
　　（2）掺加粉煤灰
　　为了减少水泥用量，降低水化热并提高和易性，我们考虑把部分水泥用粉煤灰代替。掺入粉煤灰主要有以下作用:①由于粉煤灰中含有大量的硅、铝氧化物，其中二氧化硅含量40%~60%，三氧化二铝含量17%~35%，这些硅铝氧化物能够与水泥的水化产物进行二次反应，是其活性的来源，可以取代部分水泥，从而减少水泥用量，降低混凝土的热胀:②由于粉煤灰颗粒较细，能够参加二次反应的界面相应增加，在混凝土中分散更加均匀;③粉煤灰的火山灰反应进一步改善了混凝土内部的孔结构，使混凝土中总的孔隙率降低，孔结构进一步的细化，分布更加合理，使硬化后的混凝土更加致密，相应收缩值也减少。但是由于粉煤灰的比重较水泥小，混凝土振捣时比重小的粉煤灰容易浮在混凝土的表面，使上部混凝土中的掺合料较多，强度较低，表面容易产生塑性收缩裂缝。因此，粉煤灰的掺量不宜过多，根据南沙二期的实际情况，要求粉煤灰掺量不大于20%。
　　（3）掺加高性能海港混凝土抗蚀增强剂
　　高性能海港混凝土抗蚀增强剂CPA是一种复合外加剂，其主要组成包括硫铝酸盐类膨胀剂、高效引水剂、高效阻锈剂和硅粉或超细磨渣粉，可以起到补偿收缩的抗裂作用，以及增加混凝土密实度和抗腐蚀作用。CPA的掺量为10%，且需把粉煤灰的超量取代部分一并考虑，即CPA掺量=CPA用量/(CPA用量+粉煤灰用量+混凝土配合比中水泥用量)。在施工过程中，粉煤灰、CPA和其它外加剂与混凝土其它原材料一起投入搅拌机，搅拌时间要比普通混凝土延长10s，搅拌时间不少于30s。
　　（4）面层钢筋及钢筋网
　　根据类似工程，大体积混凝土面层比较容易出现裂缝，而且多是垂直于构件长边方向，因此，按照“少筋密布”的原则，将胸墙面层钢筋由φ25mm@150mm调整为φ22mm@100~120mm，并在胸墙面层以下30~40mm左右加铺一层钢筋网，平行码头方向φ6@50mm，垂直码头方向φ6@80mm，利用钢筋和混凝土的握裹力来抵抗胸墙面层的应力，减少微裂缝的产生。
　　（5）胸墙分层分段
　　胸墙施工分层进行，第一层为标高1.90m以下部分，第二层为1.90m~3.20m,第三层为3.20m~4.90m，第四层为4.90m以上600mm面层。胸墙面层要等码头沉降基本完成后再进行浇筑。
　　为了验证胸墙结构分段长度对裂缝产生的影响，在施工过程中，选取XQ39,XQ40,XQ41,XQ109,XQ115,XQ117等6段胸墙采取增加结构分段的措施，即将每段胸墙分为2个结构段段，每段长8.94m。
　　（6）其它施工措施
　　①为了避免混凝土在长距离运输过程的温度升高问题，胸墙面层要求采用自拌混凝土，减小运距。
　　②为了降低混凝土水化热，胸墙面层以下部分要求埋放块石，块石距结构物表面的距离不得小于500mm，掺量不大于20%。
　　③胸墙表面沿纵向2m左右应锯切槽口，深度为30mm宽度为3~8mm,槽内填塞填缝料。
　　④施工中应采取其它有效措施尽可能降低水化热，并加强混凝土拌制、运输、浇注和养护管理。
　　4现场观测情况
　　5#.6#泊位的胸墙面层浇注时间为2008年7月14日至2008年9月24日，截至2008年12月，浇注时间已超过3~5个月。从现场的观测来看，到目前为止，胸墙面层均未出现明显裂缝，胸墙面层施工质量得到很好的保证。
　　参考文献
　　[1]洪宏兴.胸墙裂缝问题的探讨[J].水运工程，2002(12)
　　[2]伊左林.码头胸墙裂缝原因分析及其对策[J].水运工程，2005(11)
　　[3]卢淑芳.优化施工方案提高经济效益[J].水运工程，1999(12)