码头水工工程大体积混凝土施工裂缝预防

码头水工工程大体积混凝土施工裂缝预防

李昭

中国水电建设集团十五工程局有限公司  710399

摘要：在码头水工工程大体积混凝土结构施工过程中经常会出现裂缝问题，这一问题将直接影响整体混凝土结构的质量和安全性，因此需要加强防控码头水工工程大体积混凝土施工裂缝，施工单位需要结合工程实际情况合理选择针对性的控制措施。本文主要分析了码头水工工程大体积混凝土裂缝发生原因，提出针对性的预防措施，对于类似工程提供参考作用。

关键词：码头水工工程；大体积混凝土施工；裂缝预防

码头水工工程施工过程中混凝土是主要的材料，但是大体积混凝土施工过程中很容易出现裂缝问题，因此在施工过程中，施工单位需要加强分析大体积混凝土裂缝问题的影响因素，利用针对性的裂缝预防措施，保障码头水工工程质量符合向相关规范标准，避免发生安全问题。

一、概述码头水工工程大体积混凝土

（一）特征

在实际施工过程中，通常是在码头水工工程的结构断面上利用大方量的混凝土，因此在混凝土浇筑施工过程中，施工单位通常是利用分层和分缝以及调仓浇筑方法，严格控制混凝土的单次使用方量，并对混凝土内外温差进行严格控制，避免影响到混凝土结构质量。在降低混凝土内部温度的时候，施工单位可以利用冷水管方式，优化混凝土养护效果，使混凝土浇筑施工质量和效率均得以提升【1】。

（二）裂缝形成原因

如果混凝土结构之间温度应力大于混凝土抗裂能力，将会引发大体积混凝土的裂缝问题。此外施工环境和施工材料以及施工工艺等都会引发大体积混凝土裂缝。分析其具体的原因如下：1.因为水泥水化热改变温度，导致混凝土结构产生变形问题，在约束过程中产生的应力大于混凝土极限拉伸力，将会产生裂缝问题。2.叠加混凝土干缩变形和温度应力支护，将会促进混凝土开裂发展。

分析大体积混凝土实际情况，确定水泥水化热主要发生的主要原因为混凝土早起温度应力影响，而码头水工工程大体积混凝土裂缝主要发生原因为温度。在实际治理过程中，施工单位需要综合分析现场实际情况，合理控制变形和温度等方面，主要是解决约束和干缩以及温差等方面产生的影响【2】。

二、码头水工工程大体积混凝土施工裂缝防控影响因素

（一）工程概况

印尼mamuju燃煤电站码头工程位于印尼西苏拉威西省Mamuju市北部Kalukku区内的Talaba村，距离Mamuju变电所45km，距Mamuju 市区约12km，距南侧已建码头约1.2km，地理坐标为：东经119°8'42.2"，北纬2°28'15.2"。本工程为新建10000吨级码头一座及相应配套设施，该码头设计年卸煤量30万吨。本工程主要内容包括码头水工结构、引桥、变电所、1#转运站土建、钢结构、给排水、消防、环保、暖通、导航助航设施、防撞设施、海水补给水泵房等建筑工程、卸船机装卸工艺设备安装及单体调试。

码头前沿线布置于-7m等深线附近，码头方位角为47°~227°整体呈“T”型。码头泊位长度为144m，码头面高程为2.0m。码头由1座工作平台、2座系缆墩、1个靠船墩和三座钢联桥组成。变电所平台与引桥和作业平台相连，泵房平台位于引桥中部。码头作业平台东侧设置一个16×10m的靠船墩，在作业平台东侧和靠船平台西侧分别设置一个8×8m的系缆墩。东西两侧系缆墩与码头作业平台及靠船墩之间通过钢联桥连接，间距分别为25.5m、32m。

引桥位于码头平台东侧中部，与码头平台夹角是90°，与后方陆域相连。引桥长度为470m，宽度为6.5m，分为引桥水平段和爬坡段。其中现浇横梁呈“凸”字型，建筑在两根钢管桩或灌注桩桩上，为引桥空心板提供基础支撑。现浇横梁共38道，根据结构尺寸可分为三种类型，长度分别为6.5m、6.8m、7.1m,宽度均为1.6米，横梁下部高度：1.14m,上部横梁高度：0.66m.每种横梁混凝土方量分别为：15.3m3、16 m3、16.7 m3。

（二）影响因素

1. 人员因素：人员是影响施工质量的重要因素，若施工人员的技术水平较低，或者缺乏充足的施工经验，则会增加混凝土裂缝问题产生的可能性。只有这样，才能将混凝土的开裂问题降低到最小【3】。
2. 材料因素：材料因素主要包括胶胶凝材料和骨料含泥量以及外加剂等。经过试验检验，目前使用的骨料中，泥浆含量极高。本项目所用的砂土含泥率为2.5%，虽然低于规范的数值，但是其含泥率属于较高或过高的范畴。其中，碎石含泥量0.9%，砂你块含泥量为0.5%，均维持在规定值的1%范围内，但仍在超限以上。尽管集料中的泥浆含量低于标准，但仍在较高的区域内，泥浆含量对大尺寸混凝土的开裂有较大的影响。
3. 施工因素：影响混凝土浇筑温度的关键是混凝土内部温度的控制、养护时间的控制、拆除时间的控制、振动间隔的控制等。在实际应用中，由于施工过程中存在大量的非标准作业，导致振动间距高达60cm，已远远超过《水运工程混凝土施工规范》（JTS202-2011）的规定。未按设计规范进行拆模，在混凝土终凝次日就将其拆模，导致混凝土提前接触外界，其表层温度下降十分显著【4】。通过对施工过程的检验，认为在施工过程中，由于日间阳光照射，水泥槽车的表层温度超过40℃，需要对其进行降温处理。
4. 本项目的施工区域，在旱季气温比较高，整体蒸发量比较大，持续降水时间比较短暂。在工程施工过程中，如果在上部独立墩结构中利用洒水养护的方式具有较大的难度，不利于防控大体积混凝土的裂缝。

三、码头水工工程大体积混凝土施工裂缝预防措施

（一）进行技术交底。码头水工工程大体积砼的开裂与施工人员的整体素质能力有关，应加强对码头水工工程大体积砼的技术交底，例如需要针对振捣间距、振捣深度、振捣棒的有效直径、振捣作业等开展技术交底工作。针对新晋的施工人员，施工单位需要进行岗前培训，并邀请具有较高水平的施工人员对其开展辅导工作【5】。

（二）温控设计的合理性。对于大体积混凝土，在温控设计时要考虑到其设计年限、使用环境及构造特征。在评价混凝土裂缝稳定性时，应用温度控制的抗裂力安全系数进行了评价，温度控制的抗裂力应该大于等于1.4。控制的温控指标应该符合以下条件：浇注时，混凝土的温度控制在5℃~30℃范围内；内部表面温度变化不超过25℃；试验结果表明：在不同的环境下，混凝土的最大温度均为70℃；混凝土整体冷却速度不超过2℃/d。

（三）对原料进行适当的筛选。针对水泥材料，施工单位可以选用矿渣硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥等，这类水泥具有较低的水化热，注意在施工过程中不能利用早强水泥。在码头水工工程混凝土工程开始施工之前，必须在监理人员的监管下对砂石材进行采样，经检验合格后才能进行施工【6】。砼的混合应在拌和站进行，其中的粗集料中的泥浆含量应小于1%，泥块含量应小于0.5%。细集料的含泥量要小于3%，其中泥块含量要小于1%；

（四）混凝土的配方优化。施工单位需要结合保温和养护要求设计大体积混凝土的配合比，保证大体积混凝土绝热温升较低、抗裂性能良好，依次为原则优化确定混凝土的配合比。

（五）混凝土的浇筑和振捣。1.除了按规定进行一次连续的大体积混凝土的浇筑之外，施工单位还要综合考虑到建筑的尺寸、钢筋密度、埋置管道、大体积装置的锚杆、混凝土的供给状况、水化热等因素，采用分层浇筑方式，把整个建筑分成若干个层次进行浇筑。也就是在第一层完全浇筑完毕后，混凝土还没有初凝的时候，浇筑至一定距离后，再浇筑第二层，然后再继续往前，浇筑其他各层，直到浇筑结束【7】。基础混凝土的浇筑，应该从短边开始，然后沿着长边向前推进，有需要的时候，可以进行从中间到两端，或者从两端到中间，在同一时间进行。2.在浇注过程中，需要保障浇筑的连续性，不得有任何中断，浇注的间隔不得大于初凝固的时间，以保证砼的致密性。采用柔性连接方式，既能保证防水效果，又能降低潜在的泄露风险。3.在使用机械振捣时，要与分层浇筑施工相匹配，振捣时，要垂直于地面，快速地、缓慢地进行，插点成行列状，以表层起泥而不起泡为宜，防止漏振、过振等情况振捣棒的运动距离要达到有效直径1.5倍。使用振捣棒时，应将振动杆插入底层的深度超过5-10cm，振动时间20-30秒。在振捣过程中，应该移动的间隔要确保能够将已经振捣过混凝土的边缘都包括进去，以便在两层之间没有接缝，同时也要确保上层混凝土的捣实，并在混凝土浇筑过程中向前推进。在振捣过程中，要注意避免摇晃模板，避免与钢筋、管道、预埋件等发生碰撞。在进行振捣的时候，要特别留意，在振捣结束后，在初凝前要对混凝土表面进行二次抹压，以减少混凝土表面的收缩。4，泵松混凝土的塌落程度较大，在浇注完毕后，在下沉时，会使表层钢筋下面的部分有湿气，或者表层钢筋上面的部分有细微的裂纹，为避免此类裂纹的发生，需要在砼的充分收缩后，再进行二次振捣，并在初凝之前，进行二次抹面，以达到压制目的【8】。对入场的商品混凝土要进行严格的验收，在各方的监督下，对混凝土的坍落度进行检验，当发现沉降度超过了设计标准，或者设计配合比出现明显的问题，就应该停止使用，并对其退场处理。

（六）对模具拆卸的时机进行了科学的调控。对于大体积混凝土的模板，在进行模板设计时，要注意其隔热、维护等方面的需要。当混凝土表层和周围气温相差15℃以上时，拆除模具的时候，需要延后。

（七）冷却水管的合理布置。在铺设冷水管道时，要注意控制横向间隔2米，与模口之间的间隔大于1米，其高度应为分层混凝土施工厚度的1/2。在混凝土中覆盖冷却水管之后，应该开始进行通水冷却，并且要周期性地改变通水方向，并且要保证冷却水流速不低于0.6 m/s。冷却水中温度与固化土内部温度的差异应小于25℃，结合降温速率确定通水时间，一般在15天以内。下图是冷却水管布置示意图。

冷却水管布置示意图

（八）施工单位要选择低气温环境开展混凝土浇筑施工。在高温天气进行施工的时候，可以采取低温施工，降低水泥和骨料的温度，使用低温水或冰水混合混凝土来进行施工。增加混凝土的灌注能力，缩短暴露时间，在搅拌土输送装置上采取遮光、保温、降温和地面喷洒等技术。

（九）混凝土养护。混凝土的养护方式有：顶部洒水养护、蓄水养护、土工布覆膜养护等，若采用蓄水养护法，则蓄水养护5天，蓄水养护维持在2cm。在拆下模板后，用土工布包住水泥土的侧面和顶部，并进行喷洒水的养护方式【9】。

为确保新浇筑的混凝土具有适宜的硬化状态，避免初期因干缩引起的开裂，对大体积混凝土进行养护时，需要同时落实保温和保湿工作。混凝土浇注后，必须在12小时之内进行覆盖并浇水。首先在其上铺一块塑料薄膜，再铺一块防寒毡，塑料布可以起到保温保湿的作用，避免了由于水分流失造成的干裂。用一般的硅酸盐水泥配制的混凝土，必须保持14天以上养护。要注重对内外温差的控制，如果内部和外部的温度比25℃更高，就应该对其进行保温处理，并在其上面铺上一层袋装的珍珠岩层来对其进行隔热，从而减少温差，避免出现贯穿裂缝或其他有害的裂缝。

（十）施工过程中温度控制的检验。在整个工程中，需要对混凝土的浇筑温度、内部温度、外界温度和冷却水温度进行实时监控。对混凝土的温度及变形进行的监控频率应当达到以下要求：1.对混凝土的浇灌过程进行的监控，每台班的检测次数需要超过两次；2.在升温阶段，施工单位每2-4小时就要对环境温度、冷却水温度及内部温度进行一次监控，在冷却过程中，每日监控2-4次。3.连续20天以上的温度监控和60天以上的应力监控。3.为确保大体积砼的施工品质，避免砼因内外温差太大而引起砼内热应力而造成砼开裂，必须将砼内外表面温差控制在25°C以内，砼冷却速度不得超过2.0℃/d。为了确保温度测量结果的准确性，在砼内部埋有足够的温度测量设备，并在砼底部、中间和表层沿着砼的浇注高程布置。纵向测点之间的间距通常是500-800mm，平面测点应该设置在边缘的中央，两个平面测点之间的间距通常是2.5-5mm，测温点应该远离钢筋30mm。在采用热电偶温度计时的时候，它的插入深度可以根据实际需要以及不同的情况来确定，通常不少于热电偶外径的6~10倍，测温点的排列，离边角和表面应该不超过50 mm。对于保留温度测量点的情况，每一点温度测量点都只有一点。在垂直井筒内，在测量井筒内不同高度处的温度时，不宜使用随井筒高程变化的温度表。4.在对钢筋砼各部分进行温度测定的同时，对周围环境进行了气温测定。对每一个测温孔洞都要标上数字，并对其在混凝土中的各个深度及表层进行测试。温度测量工作必须有受过训练并有高度责任感的人员进行。在此基础上，通过对各阶段的温升特征及其变化幅度的监控，可以有效地指导混凝土的施工与质量，以便在较短时间内做出相应的调整。

结束语：

本文分析了码头大体积混凝土裂缝问题的诱发原因，提出针对性的裂缝防控措施，优化裂缝防治效果，使整体混凝土结构的耐久性因此提高，保障码头水工工程的质量，延长整体工程的使用寿命。

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作者简介：李昭 （1989年11月8日），性别：男； 民族：汉；籍贯：陕西商洛；学历：本科，职称/职务：工程师/中国水电十五局印尼国别代表，现主要从事国际市场开发和项目管理工作。