1、 -重力式碼頭胸墻控裂作業指導書- 目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc439342506 第一章 胸墻開裂特征及成因 第一章 胸墻開裂特征及成因1.0.1 胸墻結構中出現的裂縫類型主要有溫度收縮裂縫、溫差裂縫、塑性裂縫、應力集中裂縫及基礎不均勻沉降裂縫。施工前應針對初步確定的澆筑工藝進行各類構件的開裂風險評估，并根據評估結果進行必要的工藝參數調整，并采取相應的控裂措施。1.0.2 胸墻混凝土開裂的主要原因有：（1）外約束應力引起的裂縫，指在外約束作用下由降溫收縮和干燥收縮引起的結構貫穿裂縫或深層裂縫；（2）自約束應力引起的裂縫，主要指內表溫差引起的溫差裂縫

2、，以表面裂縫為主；（3）由于拆模過早導致的表面脫水、養護工藝不當、混凝土離析、骨料下沉等引起的淺層或表層裂縫；（4）應力集中或基礎不均勻沉降引起的深層或貫穿性裂縫。1.0.3 胸墻混凝土開裂的主要特征如表1-1和圖1-1、圖1-2、圖1-3所示：（1）溫度收縮裂縫一般發生在混凝土硬化中期，一般出現在728d齡期，沿垂直結構長度方向對稱出現；（2）溫差裂縫一般發生在混凝土硬化早期，一般出現在07d齡期，出現裂縫的位置和形態沒有確定性；（3）塑性裂縫發生在混凝土硬化初期，一般出現在振搗收面、拆模后不久，胸墻上表面或側面發生不規則網狀裂縫；（4）應力集中裂縫一般伴隨著溫度收縮裂縫產生，發生在混凝土硬

3、化早期和中期，大多出現在028d齡期，一般出現在構件變截面或預留孔周邊；（5）基礎不均勻沉降裂縫一般發生在混凝土硬化初期，澆筑振搗完后，一般出現在沉箱或方塊接縫處。表1-1 胸墻混凝土結構開裂特征裂縫類型裂縫形態開裂原因開裂時間危害程度專項措施溫度收縮裂縫（圖1-1）在墻體長度或寬度方向的1/2、1/4、1/8等位置有規律的出現，長度較長、多貫穿整個澆筑層。外約束應力。混凝土硬化中期，澆筑完畢后728d。貫穿或深層裂縫，對結構承載力、耐久性有顯著影響，必須避免。第4.1節溫差裂縫出現裂縫的位置和形態沒有確定性。自約束應力?；炷劣不缙?，澆筑完畢后07d。表層裂縫，對結構耐久性有一定影響。第4

4、.2節塑性收縮（圖1-2）在墻體上表面或側面呈現不規則網狀分布，在墻體側面一般呈水平分布。表面水分迅速蒸發，局部收縮不均勻而開裂?；蛘呋炷量孔灾夭荒軓浐掀湎虏砍量s時產生。混凝土硬化初期，振搗收面、拆模后不久。淺層裂縫，對結構承載力、耐久性無顯著影響。第4.3節應力集中裂縫（圖1-3）在構件變截面處，或預留孔周邊溫度收縮應力不均勻分布，在變截面處集中。混凝土硬化早期或中期，澆筑完畢后028d。貫穿或深層裂縫，對結構承載力、耐久性有顯著影響，必須避免。第4.4節基礎不均勻沉降裂縫一般為豎向裂縫，沿沉箱或方塊接縫位置出現基礎不均勻沉降導致的剪切變形而開裂。混凝土硬化初期，振搗完成后。貫穿或深層裂縫

5、，對結構承載力、耐久性有顯著影響，必須避免。第3.3節圖1-1 胸墻混凝土結構溫度收縮裂縫形態（一般在側面）圖1-2 胸墻混凝土結構塑性裂縫形態（一般在頂面）圖1-3 應力集中裂縫第二章 胸墻開裂風險評估方法2.0.1 胸墻施工前，應根據構件尺寸、混凝土配合比、初步確定的分段長度、澆筑體高度等參數進行主要構件07d內自約束應力的計算和第30d時外約束應力的計算，并分別進行開裂風險評估。外約束應力的控制是胸墻裂縫控制的重點。備注：自約束應力與混凝土的內表溫差直接相關，自約束應力抗裂安全系數的最小值一般出現在07d內。外約束應力抗裂安全系數在前30d內一般逐漸減小，并在30d時基本穩定，即以30d

6、時的抗裂安全系數基本能夠反映構件受外約束時開裂可能性。2.0.2 混凝土絕熱溫升和構件最高溫度的估算可按照下列步驟進行。2.0.2.1 混凝土絕熱溫升計算混凝土絕熱溫升按照式2-1進行計算：Tt=WQC1emt QUOTE Tt=WQC1emt （2-1）式中：T（t）混凝土齡期為t時的絕熱溫升（）；W混凝土的膠凝材料用量（kg/m3）；Q膠凝材料水化熱總量，Q0可根據3d和7d水化熱數據求得，沒有試驗數據時PO42.5水泥Q0可取320kJ/kg；k1和k2值可根據表2-1取值；C混凝土的比熱，取0.96kJ/（kg）；混凝土容重，2400kg/m3；m與水泥品種、澆筑溫度等有關的系數，取1

7、.4d-1；t混凝土齡期(d)。表2-1 不同摻合料水化熱調整系數摻量010%20%30%40%粉煤灰（k1）10.960.950.930.82礦渣粉（k2）110.930.920.842.0.2.2 混凝土構件內部最高溫度估算混凝土內部最高溫度可按式2-2計算：Tmax=Tp+T-Tco （2-2）式中：Tmax混凝土內部最高溫度（）； Tp混凝土入模溫度（）；溫升折減系數，見表2-2所示；T混凝土最終絕熱溫升（），由式2-1求得；Tco冷卻水管降溫效果（），一般取24，水管間距較小時取較大值，反之取較小值；無冷卻水管取0。表2-2 不同尺寸構件的溫升折減系數澆筑層最小邊尺寸（m）0.51.

8、01.52.02.53.03.54.04.55.0溫升折減系數0.280.460.550.620.680.740.800.850.900.952.0.3 自約束應力分析混凝土自約束應力是指構件內部質點相互約束產生的應力，一般是內表溫差導致的約束應力，各階段自約束應力按式2-3計算。 （2-3）式中：混凝土自約束應力（MPa）；混凝土的線膨脹系數，取1.010-5；與內表溫差相對應齡期t時，混凝土的彈性模量（MPa），按計算，E0按表2-3取值；混凝土澆筑后各階段的內表溫差（），通過有限元模擬分析或現場監測得到。表2-3 混凝土在標準養護條件下齡期為28天時的彈性模量混凝土強度等級混凝土彈性模量

9、(N/mm2)C252.80104C303.00104C353.15104C403.251042.0.4 外約束應力分析外約束拉應力構件的變形受到底部、端部或側面的約束而產生的拉應力，可按式2-4計算： （2-4）式中：齡期為t天時，因綜合降溫差導致的收縮，在外約束條件下產生的拉應力(MPa)；混凝土的線膨脹系數，取1.010-5；混凝土的泊松比，取0.17；齡期t時，混凝土的彈性模量（MPa）；H(t,30)在齡期為t(d)時產生的約束應力延續至30天時的松弛系數，可按表2-4取值。在第t天內，混凝土澆筑體綜合降溫差的增量（），包括中心溫度降溫量和收縮當量溫度增量，由式2-5計算；T(t)齡

10、期t(d)時澆筑塊體的中心溫度，可通過有限元模擬或現場溫度監測獲得；M素混凝土結構取1.0，鋼筋混凝土結構取0.76，可通過實際監測數據修正；在標準試驗狀態下混凝土最終收縮的相對變形值，取3.2410-4。 （2-5）齡期為t天時，外約束的約束系數，按式2-6計算，式中：L混凝土澆筑體的長度(mm)；H混凝土澆筑體高度，當H0.2L時，取0.2L(mm)；Cx外約束介質的基礎水平阻尼系數（MPa/mm），一般可按表2-5取值。 （2-6）表2-4 齡期為t天時產生的約束應力延續至30天時的松弛系數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 不同外約束介質下Cx取值（MPa/mm）外約束介質軟粘土砂質粘土硬粘土風化巖、低強度等級素混凝土C10級以上配筋混凝土Cx0.010.030.030.060.060.100.601.001.001.50備注：在沉箱上澆筑胸墻時Cx宜取0.6；在素混凝土方塊上澆筑胸墻，Cx宜取1.0；在鋼筋混凝土上澆筑胸墻，Cx宜

12、取1.5。2.0.5 混凝土抗拉強度混凝土抗拉強度可按式2-7計算： （2-7）式中：ftk(t)混凝土齡期為t(d)時的抗拉強度標準值（N/mm2）；ftk混凝土抗拉強度標準值（N/mm2），通過試驗確定，或按表2-6取值。表2-6 混凝土抗拉強度標準值(N/mm2)符號混凝土強度等級C25C30C35C40ftk1.782.012.202.392.0.6 混凝土構件抗裂安全系數可按式2-8和式2-9進行判斷，自約束應力抗裂安全系數Kz和外約束應力抗裂安全系數Kw均應大于1.15。 （2-8） （2-9）2.0.7 自約束應力抗裂安全系數Kz不滿足要求時，應采取4.2節推薦的措施控制混凝土裂

13、縫，并根據調整后的參數重新驗算自約束應力抗裂安全系數；外約束應力抗裂安全系數Kw不滿足要求時，應采取4.1節推薦的措施控制混凝土裂縫，并根據調整后的參數重新驗算外約束應力抗裂安全系數。第三章 胸墻混凝土控裂的一般要求3.1 混凝土原材料要求3.1.1 混凝土原材料選擇與控制包括以下幾個方面內容：（1）綜合考慮原產地、生產工藝、儲備運輸等因素，做到原材料性能穩定；（2）嚴格控制水泥，粉煤灰、礦渣粉等膠凝材料的品質；（3）在滿足澆筑工藝要求的前提下，盡量采用大粒徑的碎石集料；（4）選用與水泥等膠凝材料適應性較好的外加劑；（5）嚴禁選擇堿活性骨料或風化巖石。3.1.2 混凝土宜采用普通硅酸鹽水泥或硅

14、酸鹽水泥，不宜采用早強水泥。生產普通硅酸鹽水泥和硅酸鹽水泥的熟料中鋁酸三鈣含量不宜大于8%。3.1.3 水泥比表面積不應超過400m2/kg。3.1.4 胸墻混凝土應采用級或級粉煤灰，粉煤灰中CaO含量不得大于10%，大于5%時，經試驗證明安定性合格方可使用。3.1.5 胸墻混凝土宜采用S95級磨細粒化高爐礦渣粉。3.1.6 胸墻混凝土不宜單獨使用硅灰作為活性摻合料，宜與粉煤灰、磨細?；郀t礦渣粉混摻使用。3.1.7 胸墻混凝土宜采用級配穩定的中砂，嚴禁使用堿活性細骨料，并嚴格控制含泥量符合表3-1的規定。機制砂或混合砂應檢驗其石粉含量，并符合水運工程混凝土質量控制標準(JTS 202-2)的

15、相關規定。表3-1 細骨料雜質含量限值項 目有抗凍性要求無抗凍性要求C40C40C55C20總含泥量(按質量計，%)2.03.03.0其中泥塊含量(按質量計，%)0.51.03.1.8 胸墻混凝土所用粗骨料嚴禁采用堿活性骨料，宜選用線膨脹系數小的碎石，并嚴格控制粗骨料的雜質含量限值符合表3-2的規定。表3-2 粗骨料雜質含量限值雜質名稱有抗凍要求無抗凍要求總含泥量（按質量計，%)C40C40C55C200.50.71.0泥塊含量（按質量計，%)0.20.53.1.9 胸墻混凝土采用吊罐或胎帶機澆筑工藝時，且胸墻為素混凝土結構時，可采用最大粒徑為63mm或80mm的骨料。當胸墻為鋼筋混凝土結構時

16、，在滿足相關規范要求的情況下，應盡量采用粒徑較大的骨料，骨料粒徑一般不宜大于40mm。3.1.10 胸墻混凝土宜采用緩凝型高性能減水劑，其28d收縮率比不大于90%，緩凝時間應根據使用環境、施工條件、原材料性能通過試驗確定。3.2 混凝土配合比設計3.2.1 胸墻混凝土配合比設計時，當胸墻配筋率較低，且現場作業條件允許時，優先選擇吊罐或皮帶澆筑工藝。選用吊罐或胎帶機澆筑工藝時，混凝土坍落度宜控制在6080cm。3.2.2 根據大體積混凝土施工規范（GB 50496），胸墻大體積混凝土可采用60d或90d的強度作為混凝土配合比設計、混凝土強度評定及工程驗收的依據。3.2.3 胸墻混凝土性能應符合

17、設計和施工要求，還應具有良好的抗裂性能，采用抗裂性試驗對混凝土抗裂能力進行評估優化，混凝土抗裂能力優化主要包括以下幾個原則：（1）混凝土配制強度不可富余太多；（2）優化集料組合搭配，形成最小堆積空隙率；（3）水膠比適當；（4）水泥用量與膠凝材料用量最小化原則；（5）在滿足施工要求的前提下，盡量降低混凝土坍落度，混凝土坍落度和擴展度的比值控制在0.4左右；（6）根據國家標準普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法（GBT50082）中“早期抗裂試驗方法”評定混凝土抗裂性能。3.2.4 在滿足混凝土強度、工作性、耐久性要求的前提下，降低膠凝材料用量，提高混凝土體積穩定性，最大膠凝材料用量不宜超過420

18、kg/m3。3.2.5 降低水泥在膠凝材料中所占比例，使用大摻量粉煤灰、磨細粒化高爐礦渣粉等礦物摻合料，單摻粉煤灰時摻量宜控制在膠凝材料總量的20%50%，單摻磨細?；郀t礦渣粉是摻量宜控制在膠凝材料總量的30%70%，混合摻入粉煤灰與磨細?；郀t礦渣粉時摻量宜不超過70%。3.2.6 降低混凝土中漿體比率，提高混凝土的體積穩定性，膠凝材料漿體體積不宜大于混凝土體積的35%。3.2.7 在滿足施工工藝要求的條件下，選擇較小的坍落度及合適的砂率，混凝土砂率宜控制在35%42%范圍。3.2.8 使用與膠凝材料匹配的優質高效緩凝型減水劑來降低混凝土升溫速率及混凝土的單方用水量。3.3 必要的設計優化

19、3.3.1 根據水運工程混凝土結構設計規范（JTS 151），重力式碼頭胸墻一般屬于配置了構造鋼筋的素混凝土結構，在滿足承載力要求的前提下，其混凝土強度等級可優化至C25。3.3.2 胸墻混凝土結構配置鋼筋為構造鋼筋，可適當降低混凝土保護層厚度以提高保護層混凝土的抗裂能力，其構造鋼筋最小保護層厚度在海水環境中不小于40mm，且不小于2.5倍構造鋼筋直徑，在淡水環境中不小于30mm。3.3.3 胸墻混凝土澆筑前，應按相關規范及設計要求進行基礎預壓，防止不均勻沉降導致的混凝土裂縫，胸墻伸縮縫應盡量設置在基礎接縫位置。3.3.4 采用分層澆筑的胸墻，若混凝土膠凝材料用量超過420kg/m3或混凝土強

20、度等級超過C40，為了減少上層混凝土的裂縫，宜在分層截面以上1m范圍內側面配置12mm100mm的構造鋼筋。3.4.5 對于帶有管廊溝的胸墻，且管廊側墻與底板分層澆筑時，管廊溝兩側宜配置構造筋，以提高混凝土抗拉能力。管廊溝四周及倒角部位可布置16mm150mm或14mm120mm的螺紋鋼，混凝土保護層厚度不宜大于50mm，管廊溝兩側水平鋼筋應配置在外層，配筋示意圖如圖3-1所示。圖3-1 胸墻管廊溝配筋示意圖3.4 混凝土溫度控制指標未進行胸墻混凝土開裂風險評估時，可按照下列指標控制混凝土溫度：（1）混凝土澆筑溫度不宜高于30，不宜低于5；（2）混凝土內表溫差不宜大于25；（3）混凝土內部最高

21、溫度不宜高于70。第四章 胸墻混凝土裂縫專項控制措施4.1 溫度收縮裂縫專項控制措施溫度收縮裂縫主要由外約束應力導致，根據第2.0.4節，控制混凝土溫度收縮裂縫應從構造措施（包括：降低基礎阻尼系數Cx、合理選擇分段長度、合理選擇澆筑層高度）、控制混凝土降溫收縮、控制混凝土干燥收縮等方面開展。溫度收縮裂縫的控制應優先采用第4.1.1節構造措施，施工前應根據優化的構造參數重新進行開裂風險評估，并滿足本作業指導書的要求。4.1.1 構造措施4.1.1.1 降低基礎阻尼系數Cx的措施（1）分層澆筑的胸墻，上下層的澆筑間隔時間應盡量控制在7d內；（2）澆筑間隔超過7d的胸墻，在澆筑新混凝土時，可先澆筑一

22、層50cm厚混凝土，經23d后澆筑上部混凝土可顯著降低約束應力的產生。也可先澆筑一層厚度約為5cm的砂漿層后，再澆筑上部混凝土。備注：采用先澆筑50cm厚混凝土的控裂方法，先澆筑的50cm混凝土開裂風險較大，應做好防裂措施，可根據現場條件和需求綜合考慮是否采取該措施。4.1.1.2 根據外約束應力合理選擇胸墻分段長度，分段長度宜小于15m，并盡量控制單段胸墻澆筑長寬比不超過2:1。4.1.1.3 根據外約束應力合理選擇胸墻澆筑體高度H，澆筑層高度越高，約束應力越小，單層高度不宜小于1m。4.1.2 控制混凝土降溫收縮的措施4.1.2.1 入模溫度控制措施（1）混凝土入模溫度的控制應根據第二章開

23、裂風險評估結果確定，對于開裂風險高的構件，應重點控制入模溫度，對于開裂風險較低的構件，可適當放寬入模溫度的控制要求；（2）利用溫度較低時段施工；（3）膠凝材料溫度不高于55；（4）粗細骨料堆場應設置良好的排水系統及搭設遮陽棚；當骨料溫度高時，應在澆筑混凝土前一晚灑水降溫；（5）必要時使用地下水、制冷水或冰水等低溫水拌和混凝土。加冰使水溫保持在25范圍內；（6）提高混凝土澆筑能力，縮短混凝土拌合后的暴露時間；縮短混凝土運輸時間，減少轉運次數；對混凝土運輸設備進行遮陽、隔熱、降溫；熱天進行倉面噴霧；（7）使用碎冰替代部分拌合水拌制混凝土，出機溫度可按照式4-1計算： （4-1）式中：Ps、Pg分別

24、為砂、石的含水率(%)；Ws、Wg、Wc、Ww、Wi每立方米混凝土中砂、石、膠凝材料、拌和用水及碎冰的重量（kg）；Ts、Tg、Tc、Tw攪拌前砂、石、膠凝材料及拌合用水的溫度（）。4.1.2.2內部最高溫度控制（1）采用冷卻水管降溫，冷卻水管采用內徑為2550mm的金屬或塑料水管，水管間距宜為0.51.2m，單根水管長度不超過100m。澆筑前冷卻水管應進行壓水試驗，管道系統不得漏水；混凝土覆蓋冷卻水管后應立即開始通水冷卻，水流方向從高溫區流向低溫區，管內冷水流速不宜小于0.6m/s，冷卻水的溫度與混凝土內部溫度之差不超過25，根據降溫速率確定通水時間，一般控制為510d。（2）埋設塊石降溫，

25、塊石形狀應大致正方，最長邊與最短邊之比不應大于2，無顯著風化跡象、夾泥砂層、片狀等，強度不得低于粗骨料強度指標。4.1.3 控制混凝土干燥收縮的措施（1）胸墻混凝土澆筑完畢后，立即采用塑料薄膜和保濕材料覆蓋暴露的混凝土表面進行保濕養護。養護期間應保證混凝土表面一直處于濕潤狀態，混凝土潮濕養護時間不少于14d。（2）胸墻混凝土終凝后，頂面推薦采用覆蓋土工布+蓄水的方式進行養護，也可以采用覆蓋塑料薄膜+雙層潮濕土工布+灑水的方式進行養護。（3）拆模后，胸墻四周外露面混凝土推薦采用覆蓋塑料薄膜+雙層潮濕土工布+噴霧的方式進行養護，也可采用噴涂養護劑+覆蓋雙層土工布的方式進行養護。（4）養護結束后，及時回填土，減少胸墻側面暴露在自然環境中的時間。4.2 溫差裂縫專項控制措施溫差裂縫主要原因是混凝土內表溫差過大，在自約束應力的作用