重力式码头胸墙控裂作业指导书

1、 -重力式码头胸墙控裂作业指导书- 目 录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc439342506 第一章 胸墙开裂特征及成因 第一章 胸墙开裂特征及成因1.0.1 胸墙结构中出现的裂缝类型主要有温度收缩裂缝、温差裂缝、塑性裂缝、应力集中裂缝及基础不均匀沉降裂缝。施工前应针对初步确定的浇筑工艺进行各类构件的开裂风险评估，并根据评估结果进行必要的工艺参数调整，并采取相应的控裂措施。1.0.2 胸墙混凝土开裂的主要原因有：（1）外约束应力引起的裂缝，指在外约束作用下由降温收缩和干燥收缩引起的结构贯穿裂缝或深层裂缝；（2）自约束应力引起的裂缝，主要指内表温差引起的温差裂缝

2、，以表面裂缝为主；（3）由于拆模过早导致的表面脱水、养护工艺不当、混凝土离析、骨料下沉等引起的浅层或表层裂缝；（4）应力集中或基础不均匀沉降引起的深层或贯穿性裂缝。1.0.3 胸墙混凝土开裂的主要特征如表1-1和图1-1、图1-2、图1-3所示：（1）温度收缩裂缝一般发生在混凝土硬化中期，一般出现在728d龄期，沿垂直结构长度方向对称出现；（2）温差裂缝一般发生在混凝土硬化早期，一般出现在07d龄期，出现裂缝的位置和形态没有确定性；（3）塑性裂缝发生在混凝土硬化初期，一般出现在振捣收面、拆模后不久，胸墙上表面或侧面发生不规则网状裂缝；（4）应力集中裂缝一般伴随着温度收缩裂缝产生，发生在混凝土硬

3、化早期和中期，大多出现在028d龄期，一般出现在构件变截面或预留孔周边；（5）基础不均匀沉降裂缝一般发生在混凝土硬化初期，浇筑振捣完后，一般出现在沉箱或方块接缝处。表1-1 胸墙混凝土结构开裂特征裂缝类型裂缝形态开裂原因开裂时间危害程度专项措施温度收缩裂缝（图1-1）在墙体长度或宽度方向的1/2、1/4、1/8等位置有规律的出现，长度较长、多贯穿整个浇筑层。外约束应力。混凝土硬化中期，浇筑完毕后728d。贯穿或深层裂缝，对结构承载力、耐久性有显著影响，必须避免。第4.1节温差裂缝出现裂缝的位置和形态没有确定性。自约束应力。混凝土硬化早期，浇筑完毕后07d。表层裂缝，对结构耐久性有一定影响。第4

4、.2节塑性收缩（图1-2）在墙体上表面或侧面呈现不规则网状分布，在墙体侧面一般呈水平分布。表面水分迅速蒸发，局部收缩不均匀而开裂。或者混凝土靠自重不能弥合其下部沉缩时产生。混凝土硬化初期，振捣收面、拆模后不久。浅层裂缝，对结构承载力、耐久性无显著影响。第4.3节应力集中裂缝（图1-3）在构件变截面处，或预留孔周边温度收缩应力不均匀分布，在变截面处集中。混凝土硬化早期或中期，浇筑完毕后028d。贯穿或深层裂缝，对结构承载力、耐久性有显著影响，必须避免。第4.4节基础不均匀沉降裂缝一般为竖向裂缝，沿沉箱或方块接缝位置出现基础不均匀沉降导致的剪切变形而开裂。混凝土硬化初期，振捣完成后。贯穿或深层裂缝

5、，对结构承载力、耐久性有显著影响，必须避免。第3.3节图1-1 胸墙混凝土结构温度收缩裂缝形态（一般在侧面）图1-2 胸墙混凝土结构塑性裂缝形态（一般在顶面）图1-3 应力集中裂缝第二章 胸墙开裂风险评估方法2.0.1 胸墙施工前，应根据构件尺寸、混凝土配合比、初步确定的分段长度、浇筑体高度等参数进行主要构件07d内自约束应力的计算和第30d时外约束应力的计算，并分别进行开裂风险评估。外约束应力的控制是胸墙裂缝控制的重点。备注：自约束应力与混凝土的内表温差直接相关，自约束应力抗裂安全系数的最小值一般出现在07d内。外约束应力抗裂安全系数在前30d内一般逐渐减小，并在30d时基本稳定，即以30d

6、时的抗裂安全系数基本能够反映构件受外约束时开裂可能性。2.0.2 混凝土绝热温升和构件最高温度的估算可按照下列步骤进行。2.0.2.1 混凝土绝热温升计算混凝土绝热温升按照式2-1进行计算：Tt=WQC1emt QUOTE Tt=WQC1emt （2-1）式中：T（t）混凝土龄期为t时的绝热温升（）；W混凝土的胶凝材料用量（kg/m3）；Q胶凝材料水化热总量，Q0可根据3d和7d水化热数据求得，没有试验数据时PO42.5水泥Q0可取320kJ/kg；k1和k2值可根据表2-1取值；C混凝土的比热，取0.96kJ/（kg）；混凝土容重，2400kg/m3；m与水泥品种、浇筑温度等有关的系数，取1

7、.4d-1；t混凝土龄期(d)。表2-1 不同掺合料水化热调整系数掺量010%20%30%40%粉煤灰（k1）10.960.950.930.82矿渣粉（k2）110.930.920.842.0.2.2 混凝土构件内部最高温度估算混凝土内部最高温度可按式2-2计算：Tmax=Tp+T-Tco （2-2）式中：Tmax混凝土内部最高温度（）； Tp混凝土入模温度（）；温升折减系数，见表2-2所示；T混凝土最终绝热温升（），由式2-1求得；Tco冷却水管降温效果（），一般取24，水管间距较小时取较大值，反之取较小值；无冷却水管取0。表2-2 不同尺寸构件的温升折减系数浇筑层最小边尺寸（m）0.51.

8、01.52.02.53.03.54.04.55.0温升折减系数0.280.460.550.620.680.740.800.850.900.952.0.3 自约束应力分析混凝土自约束应力是指构件内部质点相互约束产生的应力，一般是内表温差导致的约束应力，各阶段自约束应力按式2-3计算。 （2-3）式中：混凝土自约束应力（MPa）；混凝土的线膨胀系数，取1.010-5；与内表温差相对应龄期t时，混凝土的弹性模量（MPa），按计算，E0按表2-3取值；混凝土浇筑后各阶段的内表温差（），通过有限元模拟分析或现场监测得到。表2-3 混凝土在标准养护条件下龄期为28天时的弹性模量混凝土强度等级混凝土弹性模量

9、(N/mm2)C252.80104C303.00104C353.15104C403.251042.0.4 外约束应力分析外约束拉应力构件的变形受到底部、端部或侧面的约束而产生的拉应力，可按式2-4计算： （2-4）式中：龄期为t天时，因综合降温差导致的收缩，在外约束条件下产生的拉应力(MPa)；混凝土的线膨胀系数，取1.010-5；混凝土的泊松比，取0.17；龄期t时，混凝土的弹性模量（MPa）；H(t,30)在龄期为t(d)时产生的约束应力延续至30天时的松弛系数，可按表2-4取值。在第t天内，混凝土浇筑体综合降温差的增量（），包括中心温度降温量和收缩当量温度增量，由式2-5计算；T(t)龄

10、期t(d)时浇筑块体的中心温度，可通过有限元模拟或现场温度监测获得；M素混凝土结构取1.0，钢筋混凝土结构取0.76，可通过实际监测数据修正；在标准试验状态下混凝土最终收缩的相对变形值，取3.2410-4。 （2-5）龄期为t天时，外约束的约束系数，按式2-6计算，式中：L混凝土浇筑体的长度(mm)；H混凝土浇筑体高度，当H0.2L时，取0.2L(mm)；Cx外约束介质的基础水平阻尼系数（MPa/mm），一般可按表2-5取值。 （2-6）表2-4 龄期为t天时产生的约束应力延续至30天时的松弛系数t(d)123456789101112131415H(t,30)0.330.40.440.470.

11、490.510.520.530.540.560.570.580.590.590.6t(d)161718192021222324252627282930H(t,30)0.610.620.630.640.650.660.670.690.70.710.730.750.780.821表2-5 不同外约束介质下Cx取值（MPa/mm）外约束介质软粘土砂质粘土硬粘土风化岩、低强度等级素混凝土C10级以上配筋混凝土Cx0.010.030.030.060.060.100.601.001.001.50备注：在沉箱上浇筑胸墙时Cx宜取0.6；在素混凝土方块上浇筑胸墙，Cx宜取1.0；在钢筋混凝土上浇筑胸墙，Cx宜

12、取1.5。2.0.5 混凝土抗拉强度混凝土抗拉强度可按式2-7计算： （2-7）式中：ftk(t)混凝土龄期为t(d)时的抗拉强度标准值（N/mm2）；ftk混凝土抗拉强度标准值（N/mm2），通过试验确定，或按表2-6取值。表2-6 混凝土抗拉强度标准值(N/mm2)符号混凝土强度等级C25C30C35C40ftk1.782.012.202.392.0.6 混凝土构件抗裂安全系数可按式2-8和式2-9进行判断，自约束应力抗裂安全系数Kz和外约束应力抗裂安全系数Kw均应大于1.15。 （2-8） （2-9）2.0.7 自约束应力抗裂安全系数Kz不满足要求时，应采取4.2节推荐的措施控制混凝土裂

13、缝，并根据调整后的参数重新验算自约束应力抗裂安全系数；外约束应力抗裂安全系数Kw不满足要求时，应采取4.1节推荐的措施控制混凝土裂缝，并根据调整后的参数重新验算外约束应力抗裂安全系数。第三章 胸墙混凝土控裂的一般要求3.1 混凝土原材料要求3.1.1 混凝土原材料选择与控制包括以下几个方面内容：（1）综合考虑原产地、生产工艺、储备运输等因素，做到原材料性能稳定；（2）严格控制水泥，粉煤灰、矿渣粉等胶凝材料的品质；（3）在满足浇筑工艺要求的前提下，尽量采用大粒径的碎石集料；（4）选用与水泥等胶凝材料适应性较好的外加剂；（5）严禁选择碱活性骨料或风化岩石。3.1.2 混凝土宜采用普通硅酸盐水泥或硅

14、酸盐水泥，不宜采用早强水泥。生产普通硅酸盐水泥和硅酸盐水泥的熟料中铝酸三钙含量不宜大于8%。3.1.3 水泥比表面积不应超过400m2/kg。3.1.4 胸墙混凝土应采用级或级粉煤灰，粉煤灰中CaO含量不得大于10%，大于5%时，经试验证明安定性合格方可使用。3.1.5 胸墙混凝土宜采用S95级磨细粒化高炉矿渣粉。3.1.6 胸墙混凝土不宜单独使用硅灰作为活性掺合料，宜与粉煤灰、磨细粒化高炉矿渣粉混掺使用。3.1.7 胸墙混凝土宜采用级配稳定的中砂，严禁使用碱活性细骨料，并严格控制含泥量符合表3-1的规定。机制砂或混合砂应检验其石粉含量，并符合水运工程混凝土质量控制标准(JTS 202-2)的

15、相关规定。表3-1 细骨料杂质含量限值项 目有抗冻性要求无抗冻性要求C40C40C55C20总含泥量(按质量计，%)2.03.03.0其中泥块含量(按质量计，%)0.51.03.1.8 胸墙混凝土所用粗骨料严禁采用碱活性骨料，宜选用线膨胀系数小的碎石，并严格控制粗骨料的杂质含量限值符合表3-2的规定。表3-2 粗骨料杂质含量限值杂质名称有抗冻要求无抗冻要求总含泥量（按质量计，%)C40C40C55C200.50.71.0泥块含量（按质量计，%)0.20.53.1.9 胸墙混凝土采用吊罐或胎带机浇筑工艺时，且胸墙为素混凝土结构时，可采用最大粒径为63mm或80mm的骨料。当胸墙为钢筋混凝土结构时

16、，在满足相关规范要求的情况下，应尽量采用粒径较大的骨料，骨料粒径一般不宜大于40mm。3.1.10 胸墙混凝土宜采用缓凝型高性能减水剂，其28d收缩率比不大于90%，缓凝时间应根据使用环境、施工条件、原材料性能通过试验确定。3.2 混凝土配合比设计3.2.1 胸墙混凝土配合比设计时，当胸墙配筋率较低，且现场作业条件允许时，优先选择吊罐或皮带浇筑工艺。选用吊罐或胎带机浇筑工艺时，混凝土坍落度宜控制在6080cm。3.2.2 根据大体积混凝土施工规范（GB 50496），胸墙大体积混凝土可采用60d或90d的强度作为混凝土配合比设计、混凝土强度评定及工程验收的依据。3.2.3 胸墙混凝土性能应符合

17、设计和施工要求，还应具有良好的抗裂性能，采用抗裂性试验对混凝土抗裂能力进行评估优化，混凝土抗裂能力优化主要包括以下几个原则：（1）混凝土配制强度不可富余太多；（2）优化集料组合搭配，形成最小堆积空隙率；（3）水胶比适当；（4）水泥用量与胶凝材料用量最小化原则；（5）在满足施工要求的前提下，尽量降低混凝土坍落度，混凝土坍落度和扩展度的比值控制在0.4左右；（6）根据国家标准普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法（GBT50082）中“早期抗裂试验方法”评定混凝土抗裂性能。3.2.4 在满足混凝土强度、工作性、耐久性要求的前提下，降低胶凝材料用量，提高混凝土体积稳定性，最大胶凝材料用量不宜超过420

18、kg/m3。3.2.5 降低水泥在胶凝材料中所占比例，使用大掺量粉煤灰、磨细粒化高炉矿渣粉等矿物掺合料，单掺粉煤灰时掺量宜控制在胶凝材料总量的20%50%，单掺磨细粒化高炉矿渣粉是掺量宜控制在胶凝材料总量的30%70%，混合掺入粉煤灰与磨细粒化高炉矿渣粉时掺量宜不超过70%。3.2.6 降低混凝土中浆体比率，提高混凝土的体积稳定性，胶凝材料浆体体积不宜大于混凝土体积的35%。3.2.7 在满足施工工艺要求的条件下，选择较小的坍落度及合适的砂率，混凝土砂率宜控制在35%42%范围。3.2.8 使用与胶凝材料匹配的优质高效缓凝型减水剂来降低混凝土升温速率及混凝土的单方用水量。3.3 必要的设计优化

19、3.3.1 根据水运工程混凝土结构设计规范（JTS 151），重力式码头胸墙一般属于配置了构造钢筋的素混凝土结构，在满足承载力要求的前提下，其混凝土强度等级可优化至C25。3.3.2 胸墙混凝土结构配置钢筋为构造钢筋，可适当降低混凝土保护层厚度以提高保护层混凝土的抗裂能力，其构造钢筋最小保护层厚度在海水环境中不小于40mm，且不小于2.5倍构造钢筋直径，在淡水环境中不小于30mm。3.3.3 胸墙混凝土浇筑前，应按相关规范及设计要求进行基础预压，防止不均匀沉降导致的混凝土裂缝，胸墙伸缩缝应尽量设置在基础接缝位置。3.3.4 采用分层浇筑的胸墙，若混凝土胶凝材料用量超过420kg/m3或混凝土强

20、度等级超过C40，为了减少上层混凝土的裂缝，宜在分层截面以上1m范围内侧面配置12mm100mm的构造钢筋。3.4.5 对于带有管廊沟的胸墙，且管廊侧墙与底板分层浇筑时，管廊沟两侧宜配置构造筋，以提高混凝土抗拉能力。管廊沟四周及倒角部位可布置16mm150mm或14mm120mm的螺纹钢，混凝土保护层厚度不宜大于50mm，管廊沟两侧水平钢筋应配置在外层，配筋示意图如图3-1所示。图3-1 胸墙管廊沟配筋示意图3.4 混凝土温度控制指标未进行胸墙混凝土开裂风险评估时，可按照下列指标控制混凝土温度：（1）混凝土浇筑温度不宜高于30，不宜低于5；（2）混凝土内表温差不宜大于25；（3）混凝土内部最高

21、温度不宜高于70。第四章 胸墙混凝土裂缝专项控制措施4.1 温度收缩裂缝专项控制措施温度收缩裂缝主要由外约束应力导致，根据第2.0.4节，控制混凝土温度收缩裂缝应从构造措施（包括：降低基础阻尼系数Cx、合理选择分段长度、合理选择浇筑层高度）、控制混凝土降温收缩、控制混凝土干燥收缩等方面开展。温度收缩裂缝的控制应优先采用第4.1.1节构造措施，施工前应根据优化的构造参数重新进行开裂风险评估，并满足本作业指导书的要求。4.1.1 构造措施4.1.1.1 降低基础阻尼系数Cx的措施（1）分层浇筑的胸墙，上下层的浇筑间隔时间应尽量控制在7d内；（2）浇筑间隔超过7d的胸墙，在浇筑新混凝土时，可先浇筑一

22、层50cm厚混凝土，经23d后浇筑上部混凝土可显著降低约束应力的产生。也可先浇筑一层厚度约为5cm的砂浆层后，再浇筑上部混凝土。备注：采用先浇筑50cm厚混凝土的控裂方法，先浇筑的50cm混凝土开裂风险较大，应做好防裂措施，可根据现场条件和需求综合考虑是否采取该措施。4.1.1.2 根据外约束应力合理选择胸墙分段长度，分段长度宜小于15m，并尽量控制单段胸墙浇筑长宽比不超过2:1。4.1.1.3 根据外约束应力合理选择胸墙浇筑体高度H，浇筑层高度越高，约束应力越小，单层高度不宜小于1m。4.1.2 控制混凝土降温收缩的措施4.1.2.1 入模温度控制措施（1）混凝土入模温度的控制应根据第二章开

23、裂风险评估结果确定，对于开裂风险高的构件，应重点控制入模温度，对于开裂风险较低的构件，可适当放宽入模温度的控制要求；（2）利用温度较低时段施工；（3）胶凝材料温度不高于55；（4）粗细骨料堆场应设置良好的排水系统及搭设遮阳棚；当骨料温度高时，应在浇筑混凝土前一晚洒水降温；（5）必要时使用地下水、制冷水或冰水等低温水拌和混凝土。加冰使水温保持在25范围内；（6）提高混凝土浇筑能力，缩短混凝土拌合后的暴露时间；缩短混凝土运输时间，减少转运次数；对混凝土运输设备进行遮阳、隔热、降温；热天进行仓面喷雾；（7）使用碎冰替代部分拌合水拌制混凝土，出机温度可按照式4-1计算： （4-1）式中：Ps、Pg分别

24、为砂、石的含水率(%)；Ws、Wg、Wc、Ww、Wi每立方米混凝土中砂、石、胶凝材料、拌和用水及碎冰的重量（kg）；Ts、Tg、Tc、Tw搅拌前砂、石、胶凝材料及拌合用水的温度（）。4.1.2.2内部最高温度控制（1）采用冷却水管降温，冷却水管采用内径为2550mm的金属或塑料水管，水管间距宜为0.51.2m，单根水管长度不超过100m。浇筑前冷却水管应进行压水试验，管道系统不得漏水；混凝土覆盖冷却水管后应立即开始通水冷却，水流方向从高温区流向低温区，管内冷水流速不宜小于0.6m/s，冷却水的温度与混凝土内部温度之差不超过25，根据降温速率确定通水时间，一般控制为510d。（2）埋设块石降温，

25、块石形状应大致正方，最长边与最短边之比不应大于2，无显著风化迹象、夹泥砂层、片状等，强度不得低于粗骨料强度指标。4.1.3 控制混凝土干燥收缩的措施（1）胸墙混凝土浇筑完毕后，立即采用塑料薄膜和保湿材料覆盖暴露的混凝土表面进行保湿养护。养护期间应保证混凝土表面一直处于湿润状态，混凝土潮湿养护时间不少于14d。（2）胸墙混凝土终凝后，顶面推荐采用覆盖土工布+蓄水的方式进行养护，也可以采用覆盖塑料薄膜+双层潮湿土工布+洒水的方式进行养护。（3）拆模后，胸墙四周外露面混凝土推荐采用覆盖塑料薄膜+双层潮湿土工布+喷雾的方式进行养护，也可采用喷涂养护剂+覆盖双层土工布的方式进行养护。（4）养护结束后，及时回填土，减少胸墙侧面暴露在自然环境中的时间。4.2 温差裂缝专项控制措施温差裂缝主要原因是混凝土内表温差过大，在自约束应力的作用