張慶文，張新軍，姜立志

預(yù)制雙扭工字透水框架裂縫防治

張慶文，張新軍*，姜立志

（中交一航局第二工程有限公司，山東青島266071）

長江南京以下12.5 m深水航道二期工程和暢洲標(biāo)段HL1、HL2潛堤堤身下游護(hù)底范圍內(nèi)消能結(jié)構(gòu)采用雙扭工字型透水框架結(jié)構(gòu)。雙扭工字透水框架在預(yù)制的過程中出現(xiàn)影響使用功能的裂縫，文章結(jié)合工程實例，介紹雙扭工字透水框架模板改進(jìn)過程、構(gòu)件出現(xiàn)裂縫的原因和防治措施，為后續(xù)預(yù)制透水框架和其他小型預(yù)制構(gòu)件的裂縫防治提供參考。

雙扭工字透水框架；常見裂縫；模板改進(jìn)；防裂措施

0 引言

混凝土裂縫產(chǎn)生的原因很多，有變形引起的裂縫：如溫度變化、收縮、膨脹、不均勻沉陷等；有外荷載作用引起的裂縫；有養(yǎng)護(hù)環(huán)境不當(dāng)和化學(xué)作用引起的裂縫等[1-3]。雙扭工字透水框架作為小型預(yù)制構(gòu)件，設(shè)計含筋量少，一旦出現(xiàn)裂縫，構(gòu)件在運輸、組裝、拋投過程中易發(fā)展為通長裂縫，進(jìn)而可能出現(xiàn)斷肢現(xiàn)象。所以在預(yù)制過程中嚴(yán)格控制透水框架裂縫的產(chǎn)生尤為重要。預(yù)制過程中透水框架主要裂縫為模板外力荷載產(chǎn)生裂縫、塑性收縮裂縫和干縮裂縫，本文根據(jù)現(xiàn)場實際情況研究、分析了透水框架裂縫產(chǎn)生原因，并提出相應(yīng)的預(yù)防措施。

1 工程概況

中交一航局承建的和暢洲標(biāo)段工程位于江蘇鎮(zhèn)江與揚州之間的鎮(zhèn)揚水道，施工區(qū)域距離上游南京市約95 km。本工程施工內(nèi)容包括新建2道長度分別為1 817 m和1 919 m的潛堤及5段總長度為12.29 km的專項護(hù)岸工程。

潛堤護(hù)底結(jié)構(gòu)采用混凝土壓載聯(lián)鎖塊結(jié)構(gòu)，并在HL1、HL2潛堤堤身下游護(hù)底范圍內(nèi)設(shè)置雙扭工字透水框架消能結(jié)構(gòu)，減弱越堤流和強(qiáng)紊動水流對下游的沖刷作用，保護(hù)護(hù)底排體的穩(wěn)定。透水框架共拋投2層，每道寬20~30 m。HL1潛堤拋投4道，間距60 m；HL2潛堤拋投5道，間距70 m。透水框架拋投面積260 300 m2，合計52.06萬架。

透水框架為鋼筋混凝土構(gòu)件，分為上、下工字形構(gòu)件制作，單個構(gòu)件通過模具整體預(yù)制，采用C30混凝土，桿件尺寸為800 mm×100 mm× 100 mm，翼緣與腹板間設(shè)置倒角，構(gòu)件之間采用螺接連接（見圖1）。

圖1 雙扭工字透水框架成品Fig.1Finished product of twisted double"H"permeable frame

2 預(yù)制雙扭工字透水框架常見裂縫及預(yù)防

2.1 透水框架模板原因（外力荷載）導(dǎo)致裂縫

傳統(tǒng)透水框架模板采用三面鋼模（見圖2），混凝土底胎，場地內(nèi)平行布設(shè)生產(chǎn)線，混凝土澆筑、支拆模板、倒運形成流水線生產(chǎn)。模板從工字型腹板中間縱向分為兩部分，使用卡扣組裝，兩翼緣中間焊接2根直徑4 cm鋼管作為脫模把手，同時起到防止模板變形的作用。上工字形構(gòu)件在腹板兩側(cè)沿軸線留有2個卡槽，寬度100 mm，預(yù)埋螺接鋼板。下工字形構(gòu)件在腹板一側(cè)沿軸線方向留有2個圓孔，孔間距為148 mm，孔徑為12 mm，預(yù)埋螺栓。

圖2 第一代模板Fig.2The first generation template

混凝土由裝載機(jī)裝料，傳料機(jī)分料，然后在振搗平臺上振搗，施工速度快，平均澆筑3個/min。但在試驗生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)脫模周期較長，需要24h，且脫模時需要工人從兩側(cè)用力向外拉動脫模，少數(shù)需用鐵錘向外敲打模板把手方可脫模，脫模過程過于復(fù)雜，費時、費力，易導(dǎo)致透水框架在兩肢處出現(xiàn)通長裂縫，裂縫出現(xiàn)率達(dá)10%。

后更換施工工藝，采用二代透水框架預(yù)制模板（見圖3）。在傳統(tǒng)模板設(shè)計的基礎(chǔ)上將模板底部鏤空，在地坪上澆筑長120 m，寬0.9 m，高8 cm的通長混凝土平臺作為預(yù)制底胎，鋪設(shè)塑料薄膜作為隔離層。此工藝避免了三面鋼模脫模時產(chǎn)生的通長裂縫，表面裂縫發(fā)生率也得到有效控，澆筑4~5 h即可脫模，較傳統(tǒng)模板脫模時間大大縮短，提高了模板周轉(zhuǎn)率，生產(chǎn)工效大幅提高。

圖3 第二代模板Fig.3The second generation template

用二代透水框架預(yù)制模板在周轉(zhuǎn)90次左右后，個別模板出現(xiàn)不同程度的變形，翼緣朝一側(cè)偏離，形成平行四邊形狀。脫模時，因翼緣混凝土強(qiáng)度較低，模板作用在構(gòu)件上導(dǎo)致構(gòu)件倒角處出現(xiàn)裂縫（見圖4），嚴(yán)重情況下個別構(gòu)件出現(xiàn)通長裂縫。

圖4 倒角處裂縫Fig.4Chamfer crack

經(jīng)分析，模板翼緣和腹板之間缺少支撐，單邊模板為四邊形，在外力作用下易產(chǎn)生變形，需對模板進(jìn)行改進(jìn)。三代透水框架預(yù)制模板分為四部分組成，模板翼緣和腹板之間增加支撐使其構(gòu)成三角形狀，避免變形；左右兩側(cè)兩塊帶肋鋼板插入中間骨架預(yù)留凹槽中，用木楔定位加固。新型透水框架模板（見圖5）脫模方便，模板周轉(zhuǎn)率高，避免了前兩種因模板缺點造成裂縫。

圖5 第三代模板Fig.5The third generation template

2.2 透水框架塑性收縮產(chǎn)生裂縫

透水框架塑性收縮（見圖6）主要表現(xiàn)為混凝土凝結(jié)之前，表面因不均勻失水較快而產(chǎn)生的收縮?，F(xiàn)場跟蹤記錄發(fā)現(xiàn)，塑性收縮裂縫一般在干熱或大風(fēng)天氣出現(xiàn)，裂縫多呈中間寬、兩端細(xì)，且長短不一，互不連貫狀態(tài)。其產(chǎn)生的主要原因為：混凝土在終凝前幾乎沒有強(qiáng)度或強(qiáng)度很小，或者混凝土剛剛終凝而強(qiáng)度很小時，受高溫或較大風(fēng)的影響，混凝土表面不均勻失水，造成毛細(xì)管中產(chǎn)生較大的負(fù)壓而使局部區(qū)域混凝土體積急劇收縮，而此時混凝土的強(qiáng)度又無法抵抗其本身收縮，因此產(chǎn)生龜裂[4-6]。

圖6 塑性收縮裂縫Fig.6Plastic shrinkage crack

透水框架預(yù)制廠分別建設(shè)在靖江和橫沙島臨江區(qū)域，受江風(fēng)影響較大，做好初期養(yǎng)護(hù)工作十分重要，在預(yù)制場對薄膜覆蓋養(yǎng)護(hù)、覆蓋潮濕的草墊養(yǎng)護(hù)、覆蓋濕潤土工布養(yǎng)護(hù)分別進(jìn)行了試驗。試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)：塑料薄膜覆蓋受風(fēng)影響很大，自身容易破損，過程繁瑣，且易造成白色垃圾污染；覆蓋草墊耐久性差，且成本較高。經(jīng)過比選后，采用覆蓋土工布潮濕養(yǎng)護(hù)，具體措施如下：

1）澆筑混凝土之前，將基層和模板澆水均勻濕透。

2）混凝土終凝后及時覆蓋土工布，保持表面濕潤。土工布吸水性好，能長時間保濕易于養(yǎng)護(hù)工作進(jìn)行，養(yǎng)護(hù)效果比較好。

2.3 透水框架干縮裂縫及預(yù)防

干縮裂縫多出現(xiàn)在透水框架養(yǎng)護(hù)結(jié)束后一段時間或是透水框架澆筑完畢后的1周左右。水泥漿中水分的蒸發(fā)會產(chǎn)生干縮，且這種收縮是不可逆的。干縮裂縫的產(chǎn)生主要是由于混凝土內(nèi)外水分蒸發(fā)程度不同而導(dǎo)致變形不同的結(jié)果：混凝土受外部條件的影響，表面水分損失過快，變形較大，內(nèi)部濕度變化較小，變形較小，較大的表面干縮變形受到混凝土內(nèi)部約束，產(chǎn)生較大拉應(yīng)力而產(chǎn)生裂縫[4]。相對濕度越低，水泥漿體干縮越大，干縮裂縫越易產(chǎn)生。干縮裂縫多為表面性的平行線狀或網(wǎng)狀淺細(xì)裂縫，寬度多在0.05~0.2 mm之間，多出現(xiàn)于透水框架腹板的側(cè)面處。干縮裂縫影響混凝土的抗?jié)B性，引起鋼筋的銹蝕，影響透水框架的耐久性?；炷粮煽s主要和混凝土的水灰比、水泥成分、水泥用量、集料性質(zhì)和用量、外加劑用量等有關(guān)。采取的主要預(yù)防措施如下。

1）選用收縮量較小的普通硅酸鹽水泥。雖然粉煤灰水泥的干縮值較低，但考慮粉煤灰水泥混凝土泌水較快，容易引起失水裂縫，故不考慮，而采用普通硅酸鹽水泥。

2）加強(qiáng)混凝土的早期養(yǎng)護(hù)，潮濕養(yǎng)護(hù)10 d以上，保證充足養(yǎng)護(hù)時間。

在連續(xù)1周生產(chǎn)的透水框架中選取采取預(yù)防措施和未采取預(yù)防措施的各1 000個進(jìn)行裂縫觀察，有裂縫的構(gòu)件數(shù)量見表1，可見采取的主要預(yù)防措施對減少裂縫出現(xiàn)有較好效果。

表1 存在裂縫的構(gòu)件數(shù)量Table 1The number of components with cracks

3 結(jié)語

本文介紹了雙扭工字透水框架生產(chǎn)過程中常見的三種裂縫（模板外力荷載產(chǎn)生裂縫、塑性收縮裂縫和干縮裂縫）以及對應(yīng)的防治措施。裂縫防治著重從模板改進(jìn)和養(yǎng)護(hù)兩個方面入手，結(jié)合機(jī)理分析與現(xiàn)場試驗統(tǒng)計數(shù)據(jù)，選擇了較為合理的方案，很好地解決了透水框架生產(chǎn)過程中產(chǎn)生裂縫的問題，大大提高了預(yù)制質(zhì)量，保證了預(yù)制工效，可為其他小型預(yù)制構(gòu)件模板設(shè)計和裂縫防治提供參考。

[1]李永平.淺談混凝土常見裂縫的預(yù)防措施[J].河南水利，2005（10）：28. LI Yong-ping.Discussion on the prevention measures of common cracks in concrete[J].Henan Water Resources,2005(10):28.

[2]阮暉，王彥軍，楊建軍，等.蒙內(nèi)鐵路混凝土結(jié)構(gòu)裂縫問題分析[J].中國港灣建設(shè)，2016，36（12）：66-69. RUAN Hui,WANG Yan-jun,YANG Jian-jun,et al.Problem analysis of concrete structure cracks in Mombasa-Nairobi standard gauge railway[J].China Harbour Engineering,2016,36(12):66-69.

[3]朱耀臺，詹樹林.混凝土裂縫成因與防治措施研究[J].材料科學(xué)與工程學(xué)報，2003（5）：727-730. ZHU Yao-tai,ZHAN Shu-lin.Study on reasons and prevention measures of cracking in concrete structure[J].Journal of Materials Science and Engineering,2003(5):727-730.

[4]盛連玉.混凝土裂縫的預(yù)防和處理[J].科技信息：科學(xué)教研，2007（11）：348. SHENG Lian-yu.Prevention and treatment of concrete cracks[J]. Science Information:Scientific Research,2007(11):348.

[5]王新剛，孫業(yè)發(fā)，徐鴻玉.港珠澳大橋預(yù)制橋墩裂縫控制技術(shù)[J].中國港灣建設(shè)，2015，35（12）：66-70. WANG Xin-gang,SUN Ye-fa,XU Hong-yu.Control technology for prefabricated pier crack of Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge[J]. China Harbour Engineering,2015,35(12):66-70.

[6]楊長輝，王川，吳芳.水灰比對混凝土塑性收縮裂縫的影響[J].重慶建筑大學(xué)學(xué)報，2003，25（2）：77-81. YANG Chang-hui,WANG Chuan,WU Fang.Effect of watercement ratio on plastic shrinkage cracking of concrete[J].Journal of Chongqing Jianzhu University,2003,25(2):77-81.

Crack prevention for prefabricating twisted double"H"permeable frame

ZHANG Qing-wen,ZHANG Xin-jun*,JIANG Li-zhi
（No.2 Engineering Co.,Ltd.of CCCC First Harbor Engineering Co.,Ltd.,Qingdao,Shandong 266071,China）

The energy dissipation structure of the river bottom protection in phaseⅡproject of 12.5 m deepwater channel from Nanjing in the Yangtze River and Changzhou HL1,HL2 section submerged breakwater downstream adopt the twisted double"H"permeable frame.In the process of prefabrication,the twisted double"H"permeable frame appeared cracks that affect the use function.Combined with the engineering example,we introduced the improvement process of the twisted double "H"permeable frame,causes of cracks in components and common cracks prevention measures,which provides a reference for the cracks prevention of subsequent precast permeable frames and other small prefabricated components.

twisted double"H"permeable frame；common crack；change of template；prevention of crack

U656.5

B

2095-7874（2017）08-0093-04

10.7640/zggwjs201708022

2017-02-09

張慶文（1969—），男，山東青島人，高級工程師，副總經(jīng)理，港口與航道工程專業(yè)。

*通訊作者：張新軍，E-mail：592075148@qq.com