水電站廠房開裂原因與防控處治

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本文作者：付鵬王穎作者單位：江西省峽江水利樞紐工程管理局

0引言

大體積混凝土出現(xiàn)裂縫是一個相當(dāng)普遍的現(xiàn)象，分析裂縫的成因，制定控制措施，實(shí)施處理方案，對于工程施工具有實(shí)際意義。江西省峽江水利樞紐工程是以防洪為主，兼有發(fā)電等綜合效益的大型水利工程（峽江水利樞紐平面布置圖見圖1），電站共安裝9臺單機(jī)容量40MW的水輪發(fā)電機(jī)組。廠房基礎(chǔ)底板總長（順?biāo)鞣较颍?11．8m、總寬91．7m，其中2＃～8＃機(jī)組單寬22．7m，1＃、9＃機(jī)組寬各26．45m。在混凝土基礎(chǔ)澆筑過程中，第一澆筑層出現(xiàn)了一些裂縫，經(jīng)分析裂縫均由溫度應(yīng)力引起。經(jīng)過處理，裂縫發(fā)展得到了抑制。

1廠房基礎(chǔ)混凝土裂縫情況

1．1澆筑條件

峽江水電站廠房基礎(chǔ)混凝土為C25，施工分層澆筑厚度為1～1．2m，最大澆筑倉面22．5m×26．45m，最小澆筑倉面14m×22．7m。電站廠房基礎(chǔ)混凝土澆筑于2011年5月4日開始，除9＃機(jī)外，其余機(jī)組段基礎(chǔ)混凝土第一澆筑層于8月10日澆筑完畢，建基面覆蓋。該層混凝土澆筑24h后，陸續(xù)發(fā)現(xiàn)多個倉面出現(xiàn)裂縫，且裂縫基本位于澆筑倉中部范圍的澆筑層表面，走向大多與混凝土澆筑推進(jìn)方向垂直。裂縫分布、規(guī)模以及混凝土澆筑時的條件見表1。

1．2裂縫類別

根據(jù)出現(xiàn)的裂縫縫寬、縫深和縫長，統(tǒng)計裂縫類別如下：（1）符合縫寬δ＜0.2mm、縫深h≤30cm和縫長L＜100cm限值中兩項的裂縫（Ⅰ類）有7條，此類裂縫對結(jié)構(gòu)應(yīng)力、耐久性和安全性基本無影響。（2）符合縫寬0.2mm≤δ＜0.3mm、縫深h＞30cm且不超過澆筑層厚度的1/3、縫長100cm≤L＜300cm限值中兩項的裂縫（Ⅱ類）有3條。（3）符合縫寬0.3mm≤δ＜0.4mm、縫深超過澆筑層厚度的1/3、縫長L＞300cm限值中兩項的裂縫（Ⅲ類）有8條。（4）符合縫寬δ≥0.4mm、縫深超過澆筑層厚度的1/2、縫長貫穿或基本貫穿整個倉面限值中兩項的裂縫（Ⅳ類）有2條。

2裂縫成因分析

大體積混凝土因它的表面系數(shù)比較小，水泥水化熱釋放集中，內(nèi)部溫升快，形成熱量積聚，遇外部混凝土散熱較快時，形成較大混凝土內(nèi)表溫差，當(dāng)溫度梯度超過一定值，且表面拉應(yīng)力超過混凝土的極限抗拉強(qiáng)度，混凝土溫度裂縫便產(chǎn)生，這是混凝土溫度裂縫產(chǎn)生的機(jī)理。峽江水電站廠房基礎(chǔ)混凝土的材料選取、結(jié)構(gòu)設(shè)計符合規(guī)范要求。分層澆筑厚度大于1m、單倉澆筑體積較大，從澆筑條件及裂縫發(fā)生狀況分析，已出現(xiàn)的混凝土裂縫均屬溫度裂縫。具體表現(xiàn)如下：（1）基礎(chǔ)底層混凝土于夏季高溫時澆筑，入倉溫度最低26℃、最高達(dá)39℃，加上水泥水化熱的釋放，混凝土澆筑溫度較高。（2）單倉澆筑歷時最長63．5h、溫度變化11℃，最短3h、溫度變化10℃，易形成過大的內(nèi)表溫度梯度。（3）澆筑后控制表面降溫速率的養(yǎng)護(hù)措施不力，表面出現(xiàn)較大拉應(yīng)力值。（4）澆筑層面間無鋼筋布置。

上述條件，致溫度應(yīng)力超過混凝土所能承受的范圍，而產(chǎn)生裂縫。以1－5－5和6－1－1裂縫最為典型。1＃機(jī)第5塊底層混凝土于2011年7月5日19：00開始從右向左澆筑，7日2：00時收倉，氣溫28℃～37℃。2011年7月15日發(fā)現(xiàn)裂縫，裂縫順?biāo)髯呦颍?月6日發(fā)展成上下游向貫通，裂縫編號1－5－5。6＃機(jī)第1塊底層混凝土于8月9日23：30時開始從下游向上游澆筑，11日2：30時收倉，氣溫25℃～36℃，裂縫垂直水流走向，8月12日裂縫發(fā)展成左右向貫通，裂縫編號6－1－1。總之，高溫季節(jié)澆筑混凝土，凌晨氣溫較低時收倉，以及養(yǎng)護(hù)和覆蓋不到位致水分蒸發(fā)、表面溫度下降過快等條件，致內(nèi)外溫差梯度較大，溫度應(yīng)力超過混凝土抗拉極限，溫度裂縫產(chǎn)生。

3處理措施

設(shè)計要求按以下原則處理裂縫：（1）Ⅰ類縫不作處理。（2）Ⅱ、Ⅲ類縫按鑿槽嵌縫以及布置騎縫鋼筋處理。（3）Ⅳ類縫按鑿槽嵌縫、布置騎縫鋼筋以及化灌補(bǔ)強(qiáng)處理。

3．1鑿槽嵌縫

沿裂縫鑿寬8cm、深5cm的U形槽，用M30微膨脹環(huán)氧砂漿材料嵌縫。有以下要求：（1）槽面清洗干凈，保持平整、干燥、堅固、密實(shí)，保持無油漬、無灰塵及其它污物。（2）表面涂刷一層環(huán)氧樹脂基液。（3）須間隔30～60min，使基液中氣泡消除，再充填環(huán)氧砂漿。

3．2騎縫鋼筋布置

在裂縫處布置騎縫鋼筋，防止已有裂縫進(jìn)一步擴(kuò)展。騎縫鋼筋長2m，垂直裂縫布置，縫兩側(cè)各長1.0m，混凝土保護(hù)層50mm。其中，Ⅱ類縫騎縫鋼筋為Φ18mm@150mm，分布鋼筋Φ14mm@250mm；Ⅲ類縫騎縫鋼筋為Φ20mm@150mm，分布鋼筋Φ14mm@250mm；Ⅳ類縫騎縫鋼筋為Φ22mm@150mm，分布鋼筋Φ16mm@250mm。裂縫密集帶騎縫鋼筋可適當(dāng)加長覆蓋。

3．3化灌補(bǔ)強(qiáng)

采用聚安脂（HW∶lW=7∶3）材料，采用打灌漿孔和無損貼嘴法灌漿工藝施工。

4防止混凝土溫度裂縫的有效措施

控制混凝土溫度升高和溫度變化速率，在一定范圍內(nèi)能避免溫度裂縫的出現(xiàn)。峽江水電站廠房基礎(chǔ)后續(xù)混凝土澆筑實(shí)施了溫度裂縫預(yù)防措施。

4.1嚴(yán)格控制混凝土澆筑溫度

（1）采取保證骨料堆高，搭設(shè)遮陽涼棚，控制骨料運(yùn)輸距離等措施，降低骨料溫度。（2）利用隔熱材料及構(gòu)筑物，圍護(hù)儲水罐、輸水管路；配置制冷設(shè)備，對拌合用水及骨料噴淋用水制冷，降低拌和水溫度。（3）避開高溫時段施工，加強(qiáng)各環(huán)節(jié)配合，嚴(yán)格控制混凝土的運(yùn)輸時間及平倉振搗速度，降低混凝土入倉溫度。（4）提高混凝土澆筑能力，減少暴露時間。

4.2加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)

混凝土初凝后，及時覆蓋塑料薄膜，并延長覆蓋時間進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，可有效地減少混凝土表面水分蒸發(fā)和溫度快速下降，防止裂縫的產(chǎn)生。

5結(jié)語

溫度應(yīng)力是導(dǎo)致大體積混凝土溫度裂縫的根本原因。控制混凝土澆筑溫度，采取有效的養(yǎng)護(hù)措施，是減小混凝土溫度應(yīng)力，防止裂縫產(chǎn)生和抑制裂縫發(fā)展的關(guān)鍵。峽江水電站廠房基礎(chǔ)混凝土澆筑初期出現(xiàn)裂縫后，在分析裂縫成因的基礎(chǔ)上，實(shí)施了有效的溫度裂縫處理方案，提出了防止溫度裂縫再次發(fā)生的控制措施，后續(xù)施工中，混凝土入倉溫度32℃以上無施工裂縫發(fā)生，工程質(zhì)量得到了保障，裂縫處理效果良好。