预制双扭工字透水框架裂缝防治

张庆文，张新军，姜立志

预制双扭工字透水框架裂缝防治

张庆文，张新军*，姜立志

（中交一航局第二工程有限公司，山东青岛266071）

长江南京以下12.5 m深水航道二期工程和畅洲标段HL1、HL2潜堤堤身下游护底范围内消能结构采用双扭工字型透水框架结构。双扭工字透水框架在预制的过程中出现影响使用功能的裂缝，文章结合工程实例，介绍双扭工字透水框架模板改进过程、构件出现裂缝的原因和防治措施，为后续预制透水框架和其他小型预制构件的裂缝防治提供参考。

双扭工字透水框架；常见裂缝；模板改进；防裂措施

0 引言

混凝土裂缝产生的原因很多，有变形引起的裂缝：如温度变化、收缩、膨胀、不均匀沉陷等；有外荷载作用引起的裂缝；有养护环境不当和化学作用引起的裂缝等[1-3]。双扭工字透水框架作为小型预制构件，设计含筋量少，一旦出现裂缝，构件在运输、组装、抛投过程中易发展为通长裂缝，进而可能出现断肢现象。所以在预制过程中严格控制透水框架裂缝的产生尤为重要。预制过程中透水框架主要裂缝为模板外力荷载产生裂缝、塑性收缩裂缝和干缩裂缝，本文根据现场实际情况研究、分析了透水框架裂缝产生原因，并提出相应的预防措施。

1 工程概况

中交一航局承建的和畅洲标段工程位于江苏镇江与扬州之间的镇扬水道，施工区域距离上游南京市约95 km。本工程施工内容包括新建2道长度分别为1 817 m和1 919 m的潜堤及5段总长度为12.29 km的专项护岸工程。

潜堤护底结构采用混凝土压载联锁块结构，并在HL1、HL2潜堤堤身下游护底范围内设置双扭工字透水框架消能结构，减弱越堤流和强紊动水流对下游的冲刷作用，保护护底排体的稳定。透水框架共抛投2层，每道宽20~30 m。HL1潜堤抛投4道，间距60 m；HL2潜堤抛投5道，间距70 m。透水框架抛投面积260 300 m2，合计52.06万架。

透水框架为钢筋混凝土构件，分为上、下工字形构件制作，单个构件通过模具整体预制，采用C30混凝土，杆件尺寸为800 mm×100 mm× 100 mm，翼缘与腹板间设置倒角，构件之间采用螺接连接（见图1）。

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

2 预制双扭工字透水框架常见裂缝及预防

2.1 透水框架模板原因（外力荷载）导致裂缝

传统透水框架模板采用三面钢模（见图2），混凝土底胎，场地内平行布设生产线，混凝土浇筑、支拆模板、倒运形成流水线生产。模板从工字型腹板中间纵向分为两部分，使用卡扣组装，两翼缘中间焊接2根直径4 cm钢管作为脱模把手，同时起到防止模板变形的作用。上工字形构件在腹板两侧沿轴线留有2个卡槽，宽度100 mm，预埋螺接钢板。下工字形构件在腹板一侧沿轴线方向留有2个圆孔，孔间距为148 mm，孔径为12 mm，预埋螺栓。

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

混凝土由装载机装料，传料机分料，然后在振捣平台上振捣，施工速度快，平均浇筑3个/min。但在试验生产过程中发现脱模周期较长，需要24h，且脱模时需要工人从两侧用力向外拉动脱模，少数需用铁锤向外敲打模板把手方可脱模，脱模过程过于复杂，费时、费力，易导致透水框架在两肢处出现通长裂缝，裂缝出现率达10%。

后更换施工工艺，采用二代透水框架预制模板（见图3）。在传统模板设计的基础上将模板底部镂空，在地坪上浇筑长120 m，宽0.9 m，高8 cm的通长混凝土平台作为预制底胎，铺设塑料薄膜作为隔离层。此工艺避免了三面钢模脱模时产生的通长裂缝，表面裂缝发生率也得到有效控，浇筑4~5 h即可脱模，较传统模板脱模时间大大缩短，提高了模板周转率，生产工效大幅提高。

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

用二代透水框架预制模板在周转90次左右后，个别模板出现不同程度的变形，翼缘朝一侧偏离，形成平行四边形状。脱模时，因翼缘混凝土强度较低，模板作用在构件上导致构件倒角处出现裂缝（见图4），严重情况下个别构件出现通长裂缝。

图4 倒角处裂缝Fig.4Chamfer crack

经分析，模板翼缘和腹板之间缺少支撑，单边模板为四边形，在外力作用下易产生变形，需对模板进行改进。三代透水框架预制模板分为四部分组成，模板翼缘和腹板之间增加支撑使其构成三角形状，避免变形；左右两侧两块带肋钢板插入中间骨架预留凹槽中，用木楔定位加固。新型透水框架模板（见图5）脱模方便，模板周转率高，避免了前两种因模板缺点造成裂缝。

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

2.2 透水框架塑性收缩产生裂缝

透水框架塑性收缩（见图6）主要表现为混凝土凝结之前，表面因不均匀失水较快而产生的收缩。现场跟踪记录发现，塑性收缩裂缝一般在干热或大风天气出现，裂缝多呈中间宽、两端细，且长短不一，互不连贯状态。其产生的主要原因为：混凝土在终凝前几乎没有强度或强度很小，或者混凝土刚刚终凝而强度很小时，受高温或较大风的影响，混凝土表面不均匀失水，造成毛细管中产生较大的负压而使局部区域混凝土体积急剧收缩，而此时混凝土的强度又无法抵抗其本身收缩，因此产生龟裂[4-6]。

图6 塑性收缩裂缝Fig.6Plastic shrinkage crack

透水框架预制厂分别建设在靖江和横沙岛临江区域，受江风影响较大，做好初期养护工作十分重要，在预制场对薄膜覆盖养护、覆盖潮湿的草垫养护、覆盖湿润土工布养护分别进行了试验。试验结果发现：塑料薄膜覆盖受风影响很大，自身容易破损，过程繁琐，且易造成白色垃圾污染；覆盖草垫耐久性差，且成本较高。经过比选后，采用覆盖土工布潮湿养护，具体措施如下：

1）浇筑混凝土之前，将基层和模板浇水均匀湿透。

2）混凝土终凝后及时覆盖土工布，保持表面湿润。土工布吸水性好，能长时间保湿易于养护工作进行，养护效果比较好。

2.3 透水框架干缩裂缝及预防

干缩裂缝多出现在透水框架养护结束后一段时间或是透水框架浇筑完毕后的1周左右。水泥浆中水分的蒸发会产生干缩，且这种收缩是不可逆的。干缩裂缝的产生主要是由于混凝土内外水分蒸发程度不同而导致变形不同的结果：混凝土受外部条件的影响，表面水分损失过快，变形较大，内部湿度变化较小，变形较小，较大的表面干缩变形受到混凝土内部约束，产生较大拉应力而产生裂缝[4]。相对湿度越低，水泥浆体干缩越大，干缩裂缝越易产生。干缩裂缝多为表面性的平行线状或网状浅细裂缝，宽度多在0.05~0.2 mm之间，多出现于透水框架腹板的侧面处。干缩裂缝影响混凝土的抗渗性，引起钢筋的锈蚀，影响透水框架的耐久性。混凝土干缩主要和混凝土的水灰比、水泥成分、水泥用量、集料性质和用量、外加剂用量等有关。采取的主要预防措施如下。

1）选用收缩量较小的普通硅酸盐水泥。虽然粉煤灰水泥的干缩值较低，但考虑粉煤灰水泥混凝土泌水较快，容易引起失水裂缝，故不考虑，而采用普通硅酸盐水泥。

2）加强混凝土的早期养护，潮湿养护10 d以上，保证充足养护时间。

在连续1周生产的透水框架中选取采取预防措施和未采取预防措施的各1 000个进行裂缝观察，有裂缝的构件数量见表1，可见采取的主要预防措施对减少裂缝出现有较好效果。

表1 存在裂缝的构件数量Table 1The number of components with cracks

3 结语

本文介绍了双扭工字透水框架生产过程中常见的三种裂缝（模板外力荷载产生裂缝、塑性收缩裂缝和干缩裂缝）以及对应的防治措施。裂缝防治着重从模板改进和养护两个方面入手，结合机理分析与现场试验统计数据，选择了较为合理的方案，很好地解决了透水框架生产过程中产生裂缝的问题，大大提高了预制质量，保证了预制工效，可为其他小型预制构件模板设计和裂缝防治提供参考。

[1]李永平.浅谈混凝土常见裂缝的预防措施[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]阮晖，王彦军，杨建军，等.蒙内铁路混凝土结构裂缝问题分析[J].中国港湾建设，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]朱耀台，詹树林.混凝土裂缝成因与防治措施研究[J].材料科学与工程学报，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]盛连玉.混凝土裂缝的预防和处理[J].科技信息：科学教研，2007（11）：348. SHENG Lian-yu.Prevention and treatment of concrete cracks[J]. Science Information:Scientific Research,2007(11):348.

[5]王新刚，孙业发，徐鸿玉.港珠澳大桥预制桥墩裂缝控制技术[J].中国港湾建设，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]杨长辉，王川，吴芳.水灰比对混凝土塑性收缩裂缝的影响[J].重庆建筑大学学报，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

张庆文（1969—），男，山东青岛人，高级工程师，副总经理，港口与航道工程专业。

*通讯作者：张新军，E-mail：592075148@qq.com