余銳

摘 要：在碼頭的使用過(guò)程中，各種問(wèn)題也隨之而來(lái)，胸墻混凝土裂縫的影響便是其中之一，它降低了胸墻的使用功能與耐久性，嚴(yán)重還會(huì)引起碼頭結(jié)構(gòu)的破壞。碼頭結(jié)構(gòu)的受力部分主要是由胸墻混凝土來(lái)傳遞給基礎(chǔ)的。因此，本文結(jié)合我省的地質(zhì)環(huán)境和氣候條件詳細(xì)分析我省水運(yùn)碼頭胸墻結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的具體原因，并且針對(duì)原因找出防控裂縫的措施，對(duì)于我省的水運(yùn)項(xiàng)目結(jié)構(gòu)耐久性、安全性的提高和項(xiàng)目造價(jià)成本的節(jié)約以及項(xiàng)目的質(zhì)量和安全監(jiān)督保障工作的促進(jìn)都具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：胸墻 混凝土 裂縫

1.海港碼頭裂縫研究現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者對(duì)海港混凝土裂縫產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行了廣泛的研究，綜合分析可以歸結(jié)為材料化學(xué)物理機(jī)理、溫度形變機(jī)理、設(shè)計(jì)施工不當(dāng)機(jī)理、鋼筋繡脹機(jī)理、沉降形變機(jī)理、受荷形變機(jī)理。

海港混凝土裂縫，其本質(zhì)是混凝土所受拉應(yīng)力超過(guò)其極限拉應(yīng)力強(qiáng)度而產(chǎn)生開(kāi)裂，或者超過(guò)極限壓應(yīng)力而破碎，或者超過(guò)剪應(yīng)力而出現(xiàn)裂縫。由于混凝土是沙石料、水泥膠體和其他外加劑組成，每一成分的性質(zhì)、變形模量不一致，空間分布也呈離散隨機(jī)狀態(tài)，所以可以說(shuō)混凝土存在裂縫是必然。但是超過(guò)限制的裂縫對(duì)構(gòu)件或結(jié)構(gòu)的正常使用影響顯著，降低構(gòu)件耐久性最終導(dǎo)致承載力不滿足承載力要求。因此需要對(duì)海港混凝土裂縫機(jī)理進(jìn)行分析，進(jìn)而進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，提出相應(yīng)的處治措施。

基于以上分析，本文針對(duì)海南氣候和環(huán)境特點(diǎn)，基于海港碼頭胸墻混凝土裂縫產(chǎn)生機(jī)理分析，重點(diǎn)研究施工期海港碼頭胸墻混凝土裂縫防治措施。

2.海港碼頭混凝土胸墻裂縫調(diào)查研究

海南省海港碼頭混凝土裂縫產(chǎn)生與發(fā)展與海南省特有的氣候條件密切相關(guān)，海南氣候具有氣溫高，濕度大，降雨多，風(fēng)速大，蒸發(fā)量較大，海水鹽度高，風(fēng)浪大的特點(diǎn)，這些均對(duì)海港工程混凝土施工和裂縫控制帶來(lái)很大的不利影響，有必要針對(duì)海南省以上水文氣象特點(diǎn)具有針對(duì)性研究海港工程混凝土裂縫控制技術(shù)。

2.1海南省水文氣象調(diào)查分析

海南島沿岸的東部和南部潮差較小，西北部最大，海域海浪以風(fēng)浪為主，涌浪少于風(fēng)浪，但是海南島四周環(huán)海均會(huì)出現(xiàn)臺(tái)風(fēng)暴潮，沿海區(qū)域的表層海水鹽度超過(guò)3.0%，一般是東部和南部沿岸的鹽度較高，西部的鹽度隨季節(jié)變化明顯，且瓊州海峽受沿岸水的影響，鹽度偏低，鹽度由沿岸港灣向外遞增。

2.2海南省港口碼頭裂縫現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研分析

本文對(duì)海南國(guó)投洋浦港三期工等9個(gè)海港碼頭工程裂縫進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查研究。現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)：至今在用的海南的碼頭投入使用年限不久，均出現(xiàn)了不同程度的裂縫，大多是淺層裂縫，其形成機(jī)理較復(fù)雜，包括溫度，銹脹、碰撞等多方面的原因，現(xiàn)場(chǎng)裂縫調(diào)查表明目前海港碼頭裂縫主要屬于溫度裂縫，對(duì)其正常使用和對(duì)耐久性是一個(gè)嚴(yán)重的威脅，需要進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。

3.海港碼頭混凝土胸墻裂縫產(chǎn)生機(jī)理研究

海港碼頭混凝土胸墻裂縫有多種產(chǎn)生機(jī)理，本文在裂縫現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研的基礎(chǔ)上，選取典型具有代表型和工程中常發(fā)生的溫度裂縫產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行深入研究，為其防治技術(shù)研究提供理論基礎(chǔ)。

3.1胸墻絕熱溫升溫度場(chǎng)模型

采用一維非穩(wěn)定傳熱方程組來(lái)描述海工混凝土大體積混凝土因絕熱溫升引起的溫度變化規(guī)律，建立了海工大體積混凝土胸墻絕熱溫升溫度場(chǎng)模型，采用差分計(jì)算得到胸墻混凝土內(nèi)部溫度變化規(guī)律，用Matlab編制了計(jì)算大積混凝土絕熱溫升的通用程序。

因海工混凝土胸墻的長(zhǎng)度與寬度方向的尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其厚度的8～10倍，故采用一維非穩(wěn)定耦合熱傳導(dǎo)方程組來(lái)描述混凝土的傳熱問(wèn)題，充分考慮大體積混凝土溫度場(chǎng)和胸墻后填土、大氣溫度場(chǎng)的相互影響。數(shù)學(xué)模型描述如圖1。

3.2絕熱溫升對(duì)溫度場(chǎng)影響

絕熱溫升所釋放的熱量，對(duì)胸墻混凝土溫度場(chǎng)影響明顯。隨著絕熱溫升熱量增加，胸墻中心和表面溫差增大（圖2 ），中心溫度高于表面溫度，中心溫度增加，混凝土膨脹，而表面溫度變化不大，膨脹較小，對(duì)中心膨脹起著阻礙作用。同時(shí)中心膨脹明顯，而表面膨脹較小，將可能導(dǎo)致混凝土表面開(kāi)裂，絕熱溫升熱量越多，越可能導(dǎo)致混凝土表面開(kāi)裂，因此實(shí)際工程中應(yīng)注意采用低水化熱的水泥品種。

4.海港碼頭混凝土胸墻裂縫控制措施研究

本文以海南?？诟垴R村港區(qū)擴(kuò)建工程混凝土胸墻施工為工程背景，采用有限元模擬施工絕熱溫升溫度場(chǎng)變化過(guò)程，研究絕熱溫升、混凝土養(yǎng)護(hù)、大氣溫度對(duì)溫度場(chǎng)，施工分層對(duì)溫度的影響，從而為混凝土胸墻施工溫度場(chǎng)控制提供理論依據(jù)。

數(shù)值模型圖見(jiàn)圖3，數(shù)值模型長(zhǎng)5.1m，高2.85m，分3層施工，邊界條件為與大氣、底部沉箱產(chǎn)生熱交換，為第三類邊界條件。

三維數(shù)值模擬表明最大溫度區(qū)域位于胸墻管溝兩側(cè)邊墻中部，因此應(yīng)施工中應(yīng)該重點(diǎn)做好胸墻施工段中部的表面防護(hù)措施，將熱交換系數(shù)控制合理范圍內(nèi)，防止混凝土內(nèi)部溫度過(guò)高和控制內(nèi)外溫差，預(yù)防混凝土開(kāi)裂。大氣溫度發(fā)生改變，熱交換條件一定的情況，對(duì)混凝土胸墻內(nèi)部溫度場(chǎng)影響不大，但是，工程實(shí)踐中大氣溫度發(fā)生改變后，養(yǎng)護(hù)層的隔熱保溫作用功能將發(fā)生改變，工程實(shí)踐中，大氣溫度的改變對(duì)混凝土胸墻溫度場(chǎng)的影響比較大。要采取相應(yīng)的措施，保證養(yǎng)護(hù)層的隔熱保溫持續(xù)發(fā)揮作用，以利于混凝土胸墻溫度場(chǎng)的控制。

數(shù)值模擬分施工層模擬表明，不同施工層的混凝土溫度場(chǎng)是變化，不同時(shí)刻溫度場(chǎng)的最大值可能出現(xiàn)在施工中的某個(gè)階段或時(shí)刻，而不是施工后的一段時(shí)間內(nèi)。因此，對(duì)于大體積混凝土施工應(yīng)當(dāng)做好溫度施工監(jiān)測(cè)，采取相應(yīng)的預(yù)防措施和預(yù)案。加強(qiáng)混凝土施工過(guò)程中溫度監(jiān)測(cè)，減少分層高度和施工段長(zhǎng)度，可考慮1.0m左右進(jìn)行分層，施工段長(zhǎng)度控制在10m左右。

數(shù)值模擬表明混凝土入模溫度對(duì)混凝土溫度影響較大，建議混凝土入模溫度控制低于25度。同時(shí)加強(qiáng)混凝土面層抗裂性能，可在碼頭混凝土面層增加面層鋼筋和鋼筋網(wǎng)，以及摻適當(dāng)摻入鋼纖維。面層鋼筋按照少而密原則進(jìn)行布置。建議面層鋼筋網(wǎng)采用6mm鋼筋，網(wǎng)格間距8-100mm，面層鋼筋混凝土保護(hù)層厚度控制為10-20mm。

5.結(jié)論

理論和數(shù)值模擬研究表明：混凝土構(gòu)件表面養(yǎng)護(hù)、絕熱溫升、胸墻高度、大氣溫度和入模溫度均對(duì)混凝土溫度場(chǎng)有較大影響，絕熱溫升溫度場(chǎng)最大值出現(xiàn)時(shí)域?yàn)槭┕て陂g，溫度場(chǎng)溫度最大區(qū)域?yàn)樾貕χ胁?，考慮海南省氣候特點(diǎn)，提出海南省海港碼頭胸墻混凝土施工裂縫控制，包括：

1.設(shè)置并且保護(hù)土工布養(yǎng)護(hù)層，及時(shí)灑水并保持濕潤(rùn)，特別注意混凝土胸墻中部養(yǎng)護(hù)層的保護(hù)。

2.合理調(diào)整混凝土施工時(shí)間，選擇溫度較低時(shí)段進(jìn)行施工，建議在夏季選擇清晨或傍晚進(jìn)行混凝土澆筑。

3.減少分層高度和施工段長(zhǎng)度，可考慮1.0m左右進(jìn)行分層，施工段長(zhǎng)度控制在10m左右。

4.加強(qiáng)混凝土施工過(guò)程中溫度監(jiān)測(cè)，及時(shí)調(diào)整混凝土澆筑進(jìn)程。

5.加強(qiáng)碼頭混凝土面層抗裂性能，碼頭混凝土面層增加面層鋼筋和鋼筋網(wǎng)，以及摻適當(dāng)摻入鋼纖維?？稍诿鎸愉摻畎凑丈俣茉瓌t進(jìn)行布置。

6.保控制混凝土澆筑入模溫度，建議混凝土入模溫度控制低于25度。

參考文獻(xiàn)：

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