江蘇啟東豐順船臺(tái)工程底板及翼墻混凝土防裂措施

張宏利，葉永強(qiáng)

（中交一航局第一工程有限公司，天津 300450）

1 工程概況

1.1 工程簡(jiǎn)介

本工程位于江蘇省啟東市惠萍鎮(zhèn)三條港東側(cè)，啟東市船舶制造工業(yè)園區(qū)內(nèi)。水工建筑物等級(jí)為Ⅱ級(jí)，抗震設(shè)防裂度為Ⅵ度，主要施工內(nèi)容包括：樁基工程、船臺(tái)底板、船臺(tái)側(cè)墻、臺(tái)墩、臺(tái)首連接墻、突堤承臺(tái)結(jié)構(gòu)、臺(tái)口外底板、船臺(tái)兩側(cè)軌道梁、總組平臺(tái)、管溝以及現(xiàn)澆混凝土面層等結(jié)構(gòu)。工程位置，如圖1 所示。

圖1 工程位置

1.2 主要結(jié)構(gòu)形式

船臺(tái)采用氣囊下水形式，有效長(zhǎng)度為215 m，寬度為36 m，船臺(tái)閘門內(nèi)縱坡為1.5∶100。船臺(tái)底板采用AB 型Φ500 mmPHC 管樁作為承重基礎(chǔ)，樁長(zhǎng)為45～48 m 不等。船臺(tái)底板由10 塊中板和20 塊邊板組成，中板最大平面尺寸為23 m×26 m，邊板最大平面尺寸為23 m×5 m，厚度均為1.0 m，臺(tái)口底板平面尺寸為13.01 m×36 m，高程為+0.135～-0.06 m 漸變，底板頂面縱向坡比均為1.5∶100；船臺(tái)側(cè)墻共20 段，厚度為0.25～0.6 m，側(cè)墻底標(biāo)高為+1.9～-1.265 m 漸變，坡比為1.5∶100，頂標(biāo)高為+4.5 m。船臺(tái)結(jié)構(gòu)形式，如圖2 所示。

圖2 船臺(tái)結(jié)構(gòu)形式

2 前期施工中遇到的問題

施工前期，受多種因素影響，加之首次接觸船臺(tái)工程，致使2#船臺(tái)BB1-1′、BB1-3、BB1-3′及BB1-5翼墻混凝土澆筑完成3～7d 后開始出現(xiàn)自上而下的通長(zhǎng)裂縫，詳見表1。

裂縫均為豎向，自上而下逐漸變細(xì)，在接近船臺(tái)邊板底板的區(qū)域消失； 邊板底板及側(cè)墻的裂縫均出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)中部（裂縫出現(xiàn)位置如圖3 所示），據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)，裂縫距兩端的距離為7～10 m；裂縫寬度不大，縫寬均在0.2 mm 以下，通過一段時(shí)間連續(xù)觀測(cè)，縫寬并沒有明顯變化。

圖3 裂縫位置

表1 裂縫統(tǒng)計(jì)

3 裂縫成因分析

在港口與航道工程中，一般現(xiàn)澆的連續(xù)式結(jié)構(gòu)（如胸墻、塢墻、泵房結(jié)構(gòu)等）容易因溫度、收縮應(yīng)力引起開裂的混凝土，通稱為港口與航道工程大體積混凝土，與普通結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土相比，具有結(jié)構(gòu)厚、體形大、一次澆筑混凝土數(shù)量多、工程條件復(fù)雜和施工技術(shù)要求高等特點(diǎn)。本工程船臺(tái)的邊板和中板均屬于大體積混凝土結(jié)構(gòu)。

3.1 大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的機(jī)理

3.1.1 表面裂縫成因分析

混凝土隨著溫度的升高（或降低）而體積發(fā)生膨脹（或收縮）的現(xiàn)象稱為溫度變形。大體積混凝土工程，結(jié)構(gòu)截面大，水泥用量多，澆筑以后，水泥放出大量的水化熱，混凝土溫度升高。由于混凝土導(dǎo)熱不良，體積過大，相對(duì)散熱較小，因此混凝土內(nèi)部水化熱積聚不散發(fā)，外部則散熱較快，內(nèi)部升溫產(chǎn)生壓應(yīng)力，表面產(chǎn)生拉應(yīng)力。當(dāng)溫度梯度大到一定程度，表面拉壓力[σ（t）]超過混凝土的極限抗拉強(qiáng)度，混凝土表面就會(huì)產(chǎn)生裂縫。

3.1.2 通長(zhǎng)裂縫成因分析

隨著水泥水化反應(yīng)的結(jié)束以及混凝土的不斷散熱，大體積混凝土由升溫階段過渡到降溫階段，隨溫度降低，體積收縮。由于混凝土內(nèi)部熱量是通過表面向外散發(fā)的，降溫階段混凝土溫度場(chǎng)的分布仍是中心溫度高、表面溫度低的狀態(tài)，因此混凝土中心部分與表面部分的冷卻程度不同，在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生較大的內(nèi)約束（如圖4 所示），同時(shí)地基和邊界條件也對(duì)收縮的混凝土產(chǎn)生較大的外約束。內(nèi)外約束的共同作用使收縮的混凝土產(chǎn)生拉應(yīng)力。大體積混凝土隨齡期增長(zhǎng)強(qiáng)度增大，彈性模量提高，徐變影響較小。因此，降溫收縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力較大，除了抵消升溫時(shí)產(chǎn)生的壓應(yīng)力以外，在混凝土中形成較高的拉應(yīng)力，從而引起大體積混凝土的通長(zhǎng)裂縫。

圖4 混凝土內(nèi)部約束

3.2 船臺(tái)邊板形成裂縫的原因分析

通過對(duì)船臺(tái)邊板底板及翼墻裂縫進(jìn)行認(rèn)真細(xì)致的分析，筆者認(rèn)為產(chǎn)生裂縫的原因主要有以下幾點(diǎn)：

3.2.1 翼墻分段長(zhǎng)度較長(zhǎng)且厚度較小

混凝土硬化干燥時(shí)其本身的收縮率為0.05 %～0.06 % ，其收縮在長(zhǎng)、寬、厚3 個(gè)方向都會(huì)產(chǎn)生，且收縮率與各向長(zhǎng)度成正比關(guān)系，即在某一方向長(zhǎng)度越大，在該方向累計(jì)收縮量就越大。翼墻分段長(zhǎng)度為21.5m，厚度最小處僅為25cm，其長(zhǎng)度相對(duì)高度和厚度較大，所以長(zhǎng)度方向相對(duì)收縮量最大。又因邊板底板相對(duì)于邊板翼墻來說屬于厚大構(gòu)件，且在澆筑側(cè)墻時(shí)底板已澆筑完成，當(dāng)翼墻混凝土開始收縮變形時(shí)底板已基本完成收縮變形，底板對(duì)翼墻起到了一定約束作用，由此在翼墻長(zhǎng)度方向產(chǎn)生了較大的收縮應(yīng)力。當(dāng)翼墻產(chǎn)生的收縮應(yīng)力超過混凝土本身的極限抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)在應(yīng)力相對(duì)較大處產(chǎn)生裂縫。

3.2.2 混凝土溫度應(yīng)力過大

通過與本地區(qū)商品混凝土攪拌站橫向比較，同品牌的水泥、同強(qiáng)度的混凝土本工程用量較其他攪拌站多30 kg/m3左右。水泥用量越大，產(chǎn)生的水化熱越大，形成的溫度應(yīng)力也越大。通過對(duì)試塊進(jìn)行28 d抗壓強(qiáng)度檢測(cè)，其強(qiáng)度超出設(shè)計(jì)強(qiáng)度一個(gè)等級(jí)以上。施工中混凝土強(qiáng)度提高太多也會(huì)產(chǎn)生裂縫，因?yàn)榛炷翉?qiáng)度越高，彈性模量越大，作用在單位面積上的應(yīng)力越大，因而也更易出現(xiàn)裂縫。

3.2.3 混凝土入模溫度高

2011年7月以來啟東地區(qū)持續(xù)高溫，邊板BB1-1′和BB1-3′底板澆筑時(shí)氣溫已連續(xù)保持35 ℃左右。雖避開了中午高溫時(shí)段，擬定傍晚17 時(shí)左右開始澆筑，但混凝土所用骨料、水泥及拌合用水等溫度仍較高，混凝土拌合時(shí)未采取有效的原材料降溫措施，致使混凝土的入模溫度較高，加之水泥水化反應(yīng)生成的水化熱，造成混凝土內(nèi)部溫度過高，使混凝土內(nèi)外溫度加大，形成較大的溫度應(yīng)力。當(dāng)溫度應(yīng)力超過混凝土本身的極限抗拉強(qiáng)度，就會(huì)在應(yīng)力相對(duì)較大處產(chǎn)生裂縫。因邊板底板長(zhǎng)寬比約為4∶1，長(zhǎng)度方向的溫度應(yīng)力遠(yuǎn)大于寬度方向，易在結(jié)構(gòu)物長(zhǎng)度方向的中部出現(xiàn)裂縫。

3.2.4 底板及翼墻澆筑間隔時(shí)間過長(zhǎng)

根據(jù)統(tǒng)計(jì)，底板與翼墻的澆筑間隔時(shí)間均在10 d以上，底板對(duì)墻體的外約束增大，導(dǎo)致出現(xiàn)較多裂縫。

3.2.5 混凝土骨料級(jí)配單一

由于前期采用了單一級(jí)配粗骨料，影響了混凝土和易性。為滿足混凝土現(xiàn)場(chǎng)施工操作時(shí)塌落度的要求，在保證水灰比不變的前提下需增加水泥和水的用量，但易使混凝土出現(xiàn)離析和泌水現(xiàn)象。

4 糾正及預(yù)防措施

針對(duì)裂縫成因，制定了一系列切實(shí)有效的整改及預(yù)防措施，并付諸于實(shí)際施工生產(chǎn)，取得了良好效果。

4.1 縮短澆筑間隔

縮短船臺(tái)底板與翼墻混凝土澆筑的時(shí)間間隔，合理設(shè)置施工縫，使底板與翼墻基本保持同步收縮變形，減小底板對(duì)翼墻的約束。

4.2 優(yōu)化混凝土配合比

（1）更換水泥品牌，根據(jù)試驗(yàn)選擇低熱水泥。采用混凝土60 d 強(qiáng)度作為強(qiáng)度評(píng)定及混凝土設(shè)計(jì)的依據(jù)，優(yōu)化混凝土配合比，降低水泥用量，減少水化熱，縮小混凝土內(nèi)外溫差，降低溫度應(yīng)力。

（2）選擇級(jí)配良好的骨料：本工程骨料在混凝土中所占比例為混凝土絕對(duì)體積的80%～83%，因此在選擇骨料時(shí)以試驗(yàn)數(shù)據(jù)為參考，選擇線膨脹系數(shù)小、表面清潔無弱包裹層、級(jí)配良好的骨料。增加1 級(jí)骨料倉(cāng)，選用粒徑在5～20 mm 和20～40 mm 的2 級(jí)配粗骨料，采用中砂作為細(xì)骨料，嚴(yán)格控制砂、石子的含泥量（石子在1%以內(nèi)，砂在3%以內(nèi)），控制水灰比在0.35 左右。

4.3 降低混凝土入模溫度

（1）混凝土澆筑前備足水泥，并待水泥冷卻至常溫后再進(jìn)行混凝土拌制與澆筑。

（2）采用冷水拌合。

（3）選擇夜間低溫時(shí)段澆筑大方量混凝土。

4.4 檢查混凝土拌合設(shè)備，確?；炷涟韬衔镔|(zhì)量穩(wěn)定

（1）對(duì)拌合設(shè)備進(jìn)行全面檢修、保養(yǎng)、重新率定，保證混凝土中各種拌合材料的計(jì)量誤差滿足規(guī)范要求。

（2）因外加劑長(zhǎng)期靜置易產(chǎn)生沉淀現(xiàn)象，罐體內(nèi)上下層外加劑濃度不均勻，從而影響混凝土操作性能。在外加劑罐體外增加循環(huán)設(shè)備，使外加劑在罐體內(nèi)循環(huán)，保持濃度一致。

（3）適當(dāng)延長(zhǎng)混凝土攪拌時(shí)間，使各種材料充分?jǐn)嚢杌旌?，達(dá)到混凝土配合比的設(shè)計(jì)狀態(tài)。

（4）改造現(xiàn)有拌合設(shè)備，東西2 個(gè)拌合站各增設(shè)1 個(gè)粗骨料料倉(cāng)，采用2 級(jí)配粗骨料，在保證混凝土的和易性和強(qiáng)度的前提下降低水泥及水的用量。

4.5 嚴(yán)抓混凝土施工過程控制

（1）嚴(yán)格按操作規(guī)程要求進(jìn)行混凝土振搗，嚴(yán)格控制分層厚度。

（2） 完善養(yǎng)護(hù)措施： 因?qū)w無法采用飽水養(yǎng)護(hù)，決定適當(dāng)延長(zhǎng)拆模時(shí)間，拆模后立即在墻體表面均勻涂刷養(yǎng)護(hù)劑，并貼塑料薄膜保溫，外側(cè)苫蓋土工布防護(hù)。

對(duì)底板混凝土終凝后立即鋪塑料薄膜保濕、保水，上部苫蓋土工布防護(hù)，并灑水降溫。根據(jù)水分散失情況，及時(shí)從底板北段向塑料薄膜下注水，以補(bǔ)充水分。

（3）埋設(shè)測(cè)溫儀器（如圖5 所示），對(duì)混凝土內(nèi)外溫度變化情況及時(shí)采取相應(yīng)的溫控措施，以調(diào)整混凝土內(nèi)外溫差使之小于20 ℃。當(dāng)室外溫度較高時(shí)，勤灑水降溫；當(dāng)室外溫度降低時(shí)，減少灑水次數(shù)，加強(qiáng)苫蓋措施對(duì)混凝土進(jìn)行保溫。

圖5 測(cè)溫儀平面布置

5 裂縫處理措施

5.1 處理方案

（1）船臺(tái)主體是強(qiáng)度等級(jí)為C30 的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土結(jié)構(gòu)厚度為1 000 mm。由于混凝土干縮及溫度應(yīng)力差等原因，混凝土表面出現(xiàn)寬度為0.2 mm左右的裂縫。為滿足結(jié)構(gòu)耐久性及防水要求，決定對(duì)裂縫進(jìn)行封閉注漿處理，具體處理方法為：采用低壓滲透灌注工藝，對(duì)裂縫內(nèi)部壓力灌注結(jié)構(gòu)膠，使裂縫兩側(cè)混凝土粘結(jié)成為整體從而使裂縫封閉，滿足耐久性要求并有效恢復(fù)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，滿足使用及防水要求。

（2）本工程中使用北京凱威丁混凝土裂縫處理中心生產(chǎn)的MS-401 建筑灌封膠，該灌封膠為低濃度改性環(huán)氧樹脂，可灌注性能達(dá)到0.05 mm 以上發(fā)絲裂縫，膠體的拉伸、抗壓、與混凝土的粘接、抗剪等力學(xué)性能指標(biāo)均遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于原混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度，且安全環(huán)保，適合船臺(tái)邊板混凝土結(jié)構(gòu)。

5.2 施工工藝及要點(diǎn)

5.2.1 工藝流程

布孔→排孔→裂縫清理→粘貼注漿咀和封閉裂縫→試漏→配制注漿液→壓力注漿→清理表面，如圖6 所示。

圖6 施工流程

5.2.2 設(shè)計(jì)布孔

按包圍布孔的原則，縫周邊打斜交孔，其他部位打直交孔。孔距為80 cm。頂面?zhèn)让娑嘁恍?，下底部孔?shù)相對(duì)少布。

5.2.3 排孔

選用合適注膠底座，排孔直徑為3～5 mm，均穿過縫面?？孜桓鶕?jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。

5.2.4 風(fēng)吹清孔

用高壓氣泵把裂縫及孔內(nèi)灰塵吹出。當(dāng)裂縫被泥土粉塵堵塞時(shí)，用鋼絲刷清理。沿裂縫兩邊約5 cm的混凝土表面用濕布擦去塵土，精細(xì)操作，避免裂縫中進(jìn)水。

5.2.5 粘貼注漿咀和封閉裂縫

采用封縫膠將KVT 底座騎縫粘貼在裂縫上，確保底座注漿咀對(duì)準(zhǔn)裂縫，底座要粘貼牢靠，不漏膠。底座的間距根據(jù)規(guī)范取15 cm。

5.2.6 試漏

試漏要逐條裂縫進(jìn)行。每條通長(zhǎng)的裂縫，先將注漿咀用堵頭堵上，留1 個(gè)咀用KVT 可調(diào)壓注膠器壓氣，在封閉的裂縫上涂肥皂水進(jìn)行試漏。

5.2.7 配制注漿液

注漿操作在粘咀的第2 天進(jìn)行，氣溫在20 ℃以上時(shí)，半天時(shí)間就可注漿。注漿前先配注漿液，在塑料杯中分別倒入注縫膠甲液和乙液，按重量比（甲液∶乙液=4∶1）混合均勻備用。

5.2.8 灌漿

先灌斜交孔騎縫孔，后灌直交穿縫孔。先下部，后上部，以便漿液充分填充所有空隙； 灌漿壓力逐步增大，終止壓力約0.2 MPa；灌漿工程中若發(fā)現(xiàn)其他孔有出漿現(xiàn)象，則立即關(guān)閉被串孔，被串孔不再注漿；當(dāng)孔位吃漿量變?yōu)榱銜r(shí)，保持0.2 MPa 左右壓力繼續(xù)進(jìn)漿穩(wěn)壓2 min；灌漿結(jié)束后，立即塞上堵塞，防止回漿。

5.2.9 檢查

注縫膠的強(qiáng)度發(fā)展與環(huán)境溫度有很大關(guān)系，一般在20～25 ℃時(shí)1 d 后開始固化。

6 結(jié)語(yǔ)

目前江蘇啟東豐順船臺(tái)工程已施工完成，并順利交付建設(shè)單位使用，工程質(zhì)量受到好評(píng)。總結(jié)前期不足，吸取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，通過制定一系列有效措施扭轉(zhuǎn)了被動(dòng)局面，避免了有害裂縫的繼續(xù)產(chǎn)生，掌握了船臺(tái)邊板底板及翼墻的施工特點(diǎn)，為后續(xù)類似工程積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。