海區(qū)施工中大面積混凝土裂縫的控制

唐科培　林莉君

摘要:文章分析了洋山一期水工碼大面積混凝土澆筑易出現(xiàn)裂縫的各種原因,從設(shè)計(jì)、材料配合比設(shè)計(jì)、材料質(zhì)量、施工、環(huán)境等5方面著手,總結(jié)了經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn),最后有針對性地提出了在洋山二期水工碼頭施工過程中對裂縫進(jìn)行控制方法,保證海區(qū)施工質(zhì)量。

關(guān)鍵詞:海區(qū)施工;混凝土澆筑;裂縫控制;碼頭施工

中圖分類號:TU528

文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

文章編號:1009-2374(2009)19-0170-02

洋山深水港區(qū)工程位于杭州灣口東北部的崎嶇列島海區(qū),為典型的深水海域施工。二期碼頭工程總長1400m,共分20段,每個(gè)結(jié)構(gòu)段從52～78m長度不等,碼頭面層寬度37m,面層澆筑厚度22～26cm,總計(jì)面層51800m2,C35纖維混凝土約13000m3。

一、洋山一期水工碼頭面層裂縫成因分析

洋山一期碼頭面層寬37m,長1600m,總計(jì)面層59200m2,C40混凝土約14800m3,面層從2003年11月開始至2004年6月結(jié)束。在面層施工結(jié)束后,較多面積出現(xiàn)了龜裂和裂縫,影響了碼頭面層的觀感質(zhì)量。在深入分析了洋山一期水工碼頭面層的情況后,從設(shè)計(jì)、混凝土原材料、配合比設(shè)計(jì)、施工等多個(gè)方面進(jìn)行分析、調(diào)整、優(yōu)化,從而最大程度上提高了二期碼頭面層的質(zhì)量。通過對一期面層裂縫的統(tǒng)計(jì)分析并結(jié)合施工記錄的情況,總結(jié)了以下幾方面的原因:

(一)設(shè)計(jì)原因

1.混凝土等級過高,造成用灰量過大,對收縮不利。一期面層混凝土強(qiáng)度等級為C40,混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級越高,混凝土脆性越大,越易開裂。

2.面層部分位置構(gòu)造鋼筋配置過少。對一期面層裂縫調(diào)查發(fā)現(xiàn),在泄水孔等臨邊洞口以及橫梁頂部都出現(xiàn)了不同程度的裂縫,究其原因與這些部位構(gòu)造鋼筋少有很大關(guān)系。

(二)配合比設(shè)計(jì)原因

1.水灰比大。一期面層的混凝土水灰比達(dá)到了0.48,混凝土的強(qiáng)度值對水灰比的變化十分敏感,水和水泥的計(jì)量偏差將直接影響到混凝土的強(qiáng)度。

2.單方水泥用量大,用水量大。一期面層單方混凝土水泥用量達(dá)到了397kg,用水量為190kg,水泥用量越大,用水量越高,則水泥漿體積越大,收縮越大。

3.坍落度過大。一期面層混凝土采用海上攪拌船泵送砼,坍落度達(dá)到了120±20mm,坍落度大,流動性好,卻易產(chǎn)生局部粗骨料少、砂漿多的現(xiàn)象,等砼脫水干縮時(shí),就易產(chǎn)生表面裂縫。

(三)材料原因

1.水泥質(zhì)量,特別是水泥的安定性。安定性不穩(wěn)定,水泥中含有過多游離的氧化鈣或氧化鎂,當(dāng)水泥硬化后這些成分才開始慢慢水化,產(chǎn)生體積膨脹而產(chǎn)生裂縫。

2.骨料級配不良。骨料級配不良或含泥量多,隨著混凝土的干燥,容易造成混凝土收縮增大,誘導(dǎo)裂縫產(chǎn)生。

3.混凝土攪拌時(shí)間?；炷翑嚢钑r(shí)間過短,則攪拌不均勻,造成面層強(qiáng)度相差過大,硬化時(shí)間和收縮量不同,從而導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生;攪拌時(shí)間過長,則容易導(dǎo)致骨料破碎、離析,影響混凝土的強(qiáng)度。

4.丙綸纖維過長。丙綸纖維過長不利于攪拌均勻,有效控制溫度裂縫。

5.混凝土出料溫度高。出料溫度高會加劇水泥水化熱引起的內(nèi)外溫差,更易引起混凝土的溫度裂縫。

(四)施工原因

1.面層分倉大,澆筑間隔時(shí)間短。一期碼頭面層橫向兩軌間分4塊,縱向未分塊,分倉澆筑間隔時(shí)間無明確規(guī)定?；炷恋臏囟葢?yīng)力與結(jié)構(gòu)尺寸相關(guān),混凝土結(jié)構(gòu)尺寸越大,溫度應(yīng)力越大,越容易產(chǎn)生裂縫。

2.振搗質(zhì)量的影響。一期碼頭面層澆筑后只采用振搗棒振搗,振搗不足,易使混凝土中出現(xiàn)氣孔、蜂窩,在荷載及自然因素作用下產(chǎn)生應(yīng)力集中而導(dǎo)致裂縫;振搗過量,則粗骨料下沉,混凝土離析,影響其強(qiáng)度。

3.抹面不當(dāng)。對于大面積混凝土,缺少兩次抹面,易產(chǎn)生表面收縮裂縫;若澆搗后過分抹干壓光則會使混凝土的細(xì)骨料過多地浮到表面,形成含水量很大的水泥漿層,易導(dǎo)致混凝土表面龜裂。

4.切縫時(shí)間和深度把握不準(zhǔn)。切縫施工是混凝土施工中的一個(gè)重要環(huán)節(jié),及時(shí)進(jìn)行切縫可以在縮縫發(fā)生前及早形成弱斷面,有效釋放應(yīng)力。但切縫時(shí)間控制很關(guān)鍵,切縫太早,粗骨料會從砂漿中跳脫,混凝土易暴邊;切縫太晚,則若產(chǎn)生的拉應(yīng)力大于混凝土容許值,混凝土就會開裂。切縫切得太深,板間的傳荷能力難以得到保證,切得太淺,則表面應(yīng)力得不到有效釋放。

5.養(yǎng)護(hù)措施不到位?；炷恋酿B(yǎng)護(hù)對其早期強(qiáng)度增長和防止收縮裂縫極為重要,因此在混凝土澆筑完,收漿后即開始覆蓋灑水養(yǎng)護(hù),同時(shí)要保證養(yǎng)護(hù)的時(shí)間。

(五)環(huán)境原因

1.洋山為典型的海區(qū)施工,缺少水源,且常年風(fēng)速大,這對混凝土早期硬化階段影響很大。大風(fēng)會加劇混凝土表面水分的蒸發(fā)流失,造成混凝土的塑性裂縫。

2.高溫天氣影響。在炎熱氣溫下施工,石子表面溫度高,石子體積膨脹,拌制成混凝土后,石子受冷收縮,就易引起混凝土表面出現(xiàn)裂縫。

二、洋山二期水工碼頭面層裂縫控制措施

針對一期面層裂縫原因的分析,在二期工程中我們有目的地采取了對應(yīng)措施。

(一)設(shè)計(jì)方面

1.針對一期碼頭面層混凝土等級高,二期面層混凝土由C40改為C35纖維混凝土,不摻粉煤灰,并對此標(biāo)號混凝土進(jìn)行了試澆,試澆結(jié)果符合要求后再進(jìn)行大面積的澆筑。

2.對于一期面層部分位置構(gòu)造鋼筋配置過少,二期碼頭面層在泄水孔四周、梁頂以及軌道、電纜槽周邊都增加了防裂鋼筋。

(二)配合比設(shè)計(jì)原因

1.針對一期碼頭混凝土坍落度過大,二期面層放棄了水上攪拌船泵送砼,改用陸上攪拌半干性砼,混凝土坍落度也有120±20mm改為50±20mm,現(xiàn)場采用吊車配合集料斗澆筑。

2.一期面層混凝土水灰比大,泥用量大,用水量高,二期都做了相應(yīng)調(diào)整,具體見表1:

(三)材料原因

1.為保證混凝土原材料質(zhì)量,二期面層加強(qiáng)了砼及原材料的控制。水泥出廠后放置7天,細(xì)骨料細(xì)度模數(shù)大于2.6,粗骨料粒徑選用5～40mm,混凝土拌制時(shí)間規(guī)定不得少于70s,混凝土拌合物的出料溫度不超過35℃。

2.調(diào)整丙綸纖維的規(guī)格和用量。由一期單方混凝土加1kg丙綸纖維,長度38mm,改為單方混凝土加0.9kg,長度縮小為12mm。

3.為加強(qiáng)混凝土出站質(zhì)量,我們派駐專職試驗(yàn)員在混凝土攪拌站旁站,加大監(jiān)控力度。

(四)施工原因

1.面層分塊澆筑,有利于散熱,減小約束。一期碼頭面層分倉大,澆筑間隔時(shí)間短,二期面層單個(gè)結(jié)構(gòu)段橫向兩軌間由一期4塊改為6塊,縱向增加3個(gè)分塊,分倉澆筑間隔時(shí)間明確規(guī)定要大于5天。

2.混凝土澆筑采用二次振搗、二次抹面技術(shù)。由振搗棒振搗改為振動梁和振搗棒聯(lián)合振搗,振搗后用鋁合金直尺刮平,之后用滾筒人工壓實(shí),澆筑后嚴(yán)格控制抹面時(shí)間,采用一次磨漿,一次機(jī)械壓光,最后人工收光。以排除泌水、混凝土內(nèi)部的多余水分和氣泡。

3.切縫施工如不加強(qiáng)控制,極易引發(fā)裂縫,一期面層切縫時(shí)間無明確規(guī)定,二期面層對切縫這一環(huán)節(jié)加強(qiáng)了控制,切縫時(shí)間遵循“能切就切,寧早勿晚”的原則,并根據(jù)不同天氣溫度切縫時(shí)間作相應(yīng)改變,切縫的深度控制在板厚的1/5。

4.新澆混凝土的早期養(yǎng)護(hù)工作對于混凝土裂縫的防治工作尤為重要,可以保證混凝土在早期盡可能少產(chǎn)生收縮。一期面層砼采用土工布覆蓋澆水保濕養(yǎng)護(hù),時(shí)間規(guī)定為14天,二期面層養(yǎng)護(hù)改為采用土工布與塑料薄膜相結(jié)合,養(yǎng)護(hù)時(shí)間延長為21天。

(五)環(huán)境原因

1.一期面層養(yǎng)護(hù)用水由運(yùn)輸船供應(yīng),現(xiàn)場設(shè)4只6t養(yǎng)護(hù)專用水桶,對于大面積面層施工,淡水不能持續(xù)供應(yīng)必會影響面層砼的養(yǎng)護(hù)。為解決水源缺乏對混凝土持續(xù)保濕養(yǎng)護(hù)帶來的影響,專門設(shè)置了8個(gè)10t的專用養(yǎng)護(hù)桶,并在1400米碼頭范圍內(nèi)布設(shè)通長輸水管線,即使碰到大風(fēng)天氣淡水運(yùn)輸船不能及時(shí)供水,也能保證現(xiàn)場養(yǎng)護(hù)用水持續(xù)6天以上。

2.對于天氣對面層混凝土的影響,我們加強(qiáng)了施工前信息的收集,盡量避免在中午高溫時(shí)段澆筑,雨天不施工,盡量避開大風(fēng)天氣。

三、結(jié)語

經(jīng)過上述多個(gè)方面的改進(jìn),洋山二期水工碼頭面層從2005年7月開始至2005年11月結(jié)束,碼頭面層裂縫得到了有效控制,觀感質(zhì)量相比一期有了明顯提高,如下圖所示:

雖然二期總體面層質(zhì)量有了大的改觀,但局部位置如梁頂板縫處仍出現(xiàn)了少數(shù)裂縫,如何在下個(gè)工程中解決這些裂縫仍然需要更進(jìn)一步的持續(xù)探討和改進(jìn)。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介:唐科培(1981-),男,供職于德泊亭(上海)工程設(shè)計(jì)有限公司,研究方向:航道建設(shè);林莉君,供職于上海市航道管理中心,研究方向:航道建設(shè)、物流。