金汇港南闸改造工程大体积砼防裂措施分析

金汇港南闸改造工程大体积砼防裂措施分析

杨芳梅

同济大学上海市200000

摘要：大体积砼裂缝控制是建筑施工行业一直存在技术难题，虽然理论研究相对成熟，但不同的项目有其自身特点，因此裂缝控制措施和难易程度不一样。砼属刚性材料，裂缝形成具有不可逆转性，一旦出现贯穿性裂缝，危害极大，会降低结构的耐久性、承载力，危害建筑物的安全使用。实际项目中我们需要从配合比、保温、养护等各个角度来控制大体积砼裂缝的发生，保证砼结构质量。

关键词：大体积砼；水化热；温控；防裂

前言

根据水泥水化原理，在砼硬化期间水泥放出大量水化热，内部温度不断上升，在表面引起拉应力；后期在降温过程中，又会在砼内部出现拉应力，气温的降低也会在砼表面引起很大的拉应力。当这些拉应力超出砼的抗拉极限时，即会出现裂缝。另一方面，砼的内部湿度变化很小，但表面湿度可能变化较大，如养护不周，表面干缩变形受到内部砼的约束，也可能导致裂缝出现。在同砼结构中其抗拉强度是不均匀的，应特别注意许多抗拉能力低、易于出现裂缝的薄弱部位，如结构变化位置，洞口位置等。针对上述易产生裂缝的因素，我们在大体积砼浇筑时要采取相应措施。

1项目大体积砼概况

金汇港南闸改造工程位于上海市奉贤区西南部金汇港的出海口，属于一线海塘水闸。水闸面对杭州湾水域，该水域涨潮多年平均含盐度为10-16‰，从口门向内逐渐降低，一般含盐度随潮型及季节而不同。金汇港水闸常年与海水接触，处于潮湿环境，因此其受海水腐蚀严重。水闸砼结构形式复杂、跨度大，闸底板厚度达2.5m，闸墩厚度3.0m，属于大体积砼范畴。确保海工砼的质量是工程建设管理者、设计和施工人员特别关心的问题，也是大家所要面临的严峻难题。其中，大体积砼的裂缝控制是本工程的难点。

为了确保工程质量，我项目聘请了河海大学进行了闸室砼结构温控防裂分析，从理论上分析了裂缝产生原因并计算了可能出现的位置。根据河海大学研究报告及公司的实际施工经验，项目部分别从配合比、底板和闸墩连浇施工、冷却水内部降温及表面保温、保湿等方面严格预防和控制砼裂缝的产生。经过努力，本项目砼浇筑的质量良好，整个项目未出现贯穿裂缝和深度裂缝，符合设计和质量验收规范要求。

2裂缝产生的主要原因

2.1水泥水化热

本工程的大体积砼方量大，闸室底板砼总量达5000m3，一次性浇筑工程量超过2000m3，因此水泥在水化过程中会产生大量热量聚集在结构内部不易散失，使砼内部的温度升高并大于砼表面温度，当砼的内外温差过大时，就会产生温度应力。同时，砼本身是一种脆性材料，抗拉强度是抗压强度的1／10左右，当砼的抗拉强度不足以抵抗该温度应力时，便开始产生温度裂缝。这是本项目大体积砼容易产生裂缝的主要原因。

2.2基础约束应力

大体积砼与地基浇筑在一起，地基为刚性地基，早期温度上升时产生的膨胀变形受到下部地基的约束而形成压应力。闸墩主体结构与底板分仓浇筑，当闸墩浇筑时底板结构已有较大刚度，亦具有较大的约束能力。由于砼的弹性模量小，徐变和应力松弛度大，使砼与地基连接不牢固，因而压应力较小。闸墩结构浇筑后期受外界环境（气温等）的影响，温度开始降低，收缩变形受到底板结构约束，且浇筑初期结构中集聚的压应力较小，无法与温降收缩变形抵消，故将产生较大拉应力，从而使砼开裂。

2.3外界气温变化

大体积砼在养护期间，外界气温的变化对大体积砼的开裂有重大影响。砼内部温度是由浇筑温度、水泥水化热的绝热温度和砼的散热温度三者的叠加。外界温度越高，砼的浇筑温度也越高。外界温度下降，尤其是骤降，大大增加外层砼与砼内部的温度梯度，产生温差应力，造成大体积砼出现裂缝。水闸底板和闸墩在初春浇筑，气温变化幅度大，若砼浇筑以后气温下降过快，而现场又缺少必要的保温措施，内外温差必然会引起裂缝的产生。

2.4砼的收缩变形

砼的拌合用水约20%的水分是水泥水化所必需的，其余80%要被蒸发。砼中多余水分的蒸发引起砼体积收缩，内外收缩不一致而使砼表面产生裂缝，这也是裂缝产生的主要原因之一。本项目闸墩与外界环境接触面积大，因而收缩变形产生裂缝的可能性很大。

3、防止裂缝产生措施

3.1高性能海工砼配合比设计

从大体积砼温控机理看，砼配合的变化比直接导致砼水化热的升降，进而对温控措施产生直接影响。为确保金汇港南闸改造工程砼的耐久性和优质建成，且研究成果的理论也可为后续类似工程的建设服务，本项目针对海工砼配合比设计进行了专题立项和深入研究，并与河海大学合作研究闸室砼结构温控防裂方案。

本工程在闸室底板、闸墩等部位采用C40海工砼，砼构件尺寸大，一次浇筑方量多。为保证砼的强度、耐久性、抗腐蚀性等质量要求，同时有效确保大体积砼浇筑过程中的温度控制，提高早期抗拉强度，我项目经多次试验和计算，先拟定两个C40砼配合比，如下：

事实证明，冷却水降温收到了非常明显的效果。经过底板与闸墩温度测量对比，未使用冷却水的底板降温速度比闸墩慢得多。该措施防止了贯穿裂缝的产生，保证了砼的质量。

3.4砼表面保温

采用表面适度保温可以有效降低砼内外温差，避免早期表面裂缝和后期内部裂缝产生的风险。根据施工条件，闸墩砼保温养护措施如下：先覆盖一层塑料薄膜，再覆盖两层380g/m2无纺土工布，再在土工布上覆盖一层塑料膜。平面保温在表面上压砖块或方木进行固定，立面保温采用保温材料上压木条，使保温材料贴紧钢模板。在寒潮来临时，及时组织人员检查各部位的保温材料覆盖情况，加强外部保温措施。通过砼外部保温和内部降温的结合，砼的内外温差得到了有效控制，防止了砼产生过大拉应力而形成温度裂缝。

3.5砼的保湿

砼浇筑尽量避免在高温、大风的气候条件下进行，避免水分蒸发过快而产生收缩裂缝。底板结构砼在二次抹压结束后采用塑料薄膜进行覆盖，以避免表面失水。闸墩砼浇注完毕后，在闸墩顶部铺设麻袋覆盖蓄水养护。另外，我项目安排了专人洒水养护以保持砼表面湿润，防止干缩裂缝的发生，促进砼强度的稳定增长。

4总结

为控制大体积砼裂缝的产生，我们应结合项目的具体情况及周边环境，分析裂缝产生的原因以及可能出现的裂缝类型，在此基础上做好预防措施，从各环节来控制砼质量，防止危害性裂缝的产生，减少表面裂缝。

参考文献：

[1]段峥.现浇大体积砼裂缝的成因与防治[J].砼，2003，5.

[2]张玲，赵华玮.砼闸墩裂缝成因分析.水利水电工程，2009，31（9）.

[3]朱伯芳.大体积砼温度应力与温度控制[M]北京：中国电力出版社，2006.