新建睢宁泵站工程裂缝成因分析及处治研究

张 诚 张丹青 许 宁

（1.江苏淮阴水利建设有限公司，江苏 淮安 223005；2.南京市水利建筑工程有限公司，江苏 南京 210001；3.淮阴工学院建筑工程学院，江苏 淮安 223001）

1 裂缝成因分析

1.1 可能产生裂缝的原因

混凝土结构裂缝产生的原因主要有三种：①是由外荷载引起的；②是结构次应力引起的裂缝；③由变形变化引起的裂缝，这是由温度（水化热、气温、生产热、太阳辐射等）、湿度（自生收缩、失水干缩、碳化收缩、塑性收缩等）、地基变形（膨胀地基、湿陷地基、地基不均匀沉降等）因素引起的结构变形。当变形受到约束时便产生应力，当此应力超过同龄期混凝土抗拉强度时就产生裂缝。

不论是哪类荷载作用于混凝土，只要拉应力超过混凝土极限强度，或者应变超过极限应变混凝土都将开裂。工程中以变形变化引起的结构物裂缝为主，主要可以概括为：

（1）基岩及老混凝土约束。受坚硬基岩及老混凝土约束是大体积混凝土产生严重开裂的主要原因。

（2）施工阶段产生的温度裂缝。大体积混凝土施工阶段产生的温度裂缝，是其内部矛盾发展的结果。一方面是混凝土由于内外温差产生应力和应变，另一方面是结构的外约束和混凝土各质点的约束阻止了这种应变，一旦温度应力超过混凝土能承受的极限抗拉强度，就会产生不同程度的裂缝。包括水化热、“内约束”、外界气温变化的影响。

①水化热的影响。正常情况下为有效控制裂缝的产生，多采用低发热水泥，严格控制胶含量中的水泥用量。浇筑初期混凝土的弹性模量和强度都很低，对水泥水化热急剧温升引起的变形约束不大，相应的温度应力比较小，不会产生温度裂缝。随着混凝土龄期的增长，其弹性模量和强度相应不断提高，对混凝土降温收缩变形的约束也愈来愈强，以至产生很大拉应力。当同龄期混凝土抗拉强度不足以抵抗此拉应力时，便出现温度裂缝。

②“内约束”的影响。一个物体或一个构件本身各质点之间的相互约束作用，称为“内约束”。沿着一个构件截面各点可能有不同的温度和收缩变形，引起连续介质各点间的内约束应力。结构物的裂缝中，非贯穿的表面裂缝占60%～70%。其开裂原因主要是变形变化引起的自约束应力。当各种大体积混凝土厚度大于或等于500mm时，就可能由于水化热的不均匀降温和不均匀收缩引起的显著的自约束应力，导致表面开裂。

③外界气温变化的影响。大体积混凝土结构在施工阶段，外界气温的变化对防止大体积混凝土开裂有着重大影响。因为外界气温愈高，混凝土的浇筑温度也愈高；而如果外界温度下降，又增加混凝土的降温幅度，特别是气温骤降，会大大增加外层混凝土与内部混凝土的温度梯度，因而会造成过度的温度应力，易使大体积混凝土出现裂缝。混凝土的内部温度是由水化热的绝热温升、浇筑温度和结构物的散热温度等各种温度的叠加之和组成，而温度应力则是由温差所引起的温度变形造成的；温差愈大，温度应力也愈大。同时，在高温条件下，大体积混凝土由于厚度大，不易散热，混凝土内部的最高温度一般可达60～65℃，并且有较长的持续时间。

（3）干缩裂缝。混凝土表面层水分散失、体积收缩所产生的裂缝为干缩裂缝，一般呈龟裂状。混凝土的干缩收水泥品种、集料品种、配合比及环境等因素的影响。

（4）结构裂缝。结构物应力突变处（如空洞、牛腿等处）易产生裂缝。

（5）基础不平整及不均匀沉降。部分混凝土裂缝与基础不平整及基础不均匀沉降有关。基础受混凝土自重和荷载的作用将产生沉降，若基础不均匀，易产生裂缝。

（6）塑性裂缝。塑性裂缝是指混凝土浇灌以后硬化初期尚处于一定的塑性状态时，由于沉降动力、失水、毛细管压力、早期化学收缩以及自收缩等引起的体积变化而产生的裂缝。

1.2 本工程裂缝成因分析

从泵站进水流道3条裂缝的分布和走势，其形成原因大致应为温度裂缝、模板干缩与结构裂缝共同作用的结果。泵站进水流道浇筑于二月份，天气温度变化为-2℃～5℃之间，气温较低且砼浇筑后的7天内有一次低温寒潮。根据对砼内部温度的监控记录第三天时砼内部的温度一度达到42℃，相应的温度应力比较大但其弹性模量和强度已不断提高，对混凝土降温收缩变形的约束也愈来愈强，以至产生很大拉应力。①外界气温骤降，夜晚气温大致为-5℃大大增加外层混凝土与内部混凝土的温度梯度，从而造成过度的温度应力，所以低温及混凝土自身的大的水化热是导致进水流道裂缝的一个主要原因；②裂缝形成在流道的截面突变处，应力应变在结构的变化处释放，也是其形成的另一个重要原因。

节制闸8条裂缝从其分布和走势，其形成原因大致应为温度裂缝与老混凝土约束共同作用和结果。闸底板于三月份完毕，而闸墩于五月份完成，其间隔时间相距57天时间。闸底板的收缩变形早已稳定，而闸底板顺水流方向的长度为30米长度比较长，底板必然约束闸墩的收缩变形，故闸底板的约束是闸墩形成裂缝的主要原因。同时闸墩厚：中墩为1.2m，临站侧边墩为0.9m，临岸侧边墩为0.9～1.8m。墩顶高程为22.4m，体积较大其温度裂缝的影响也是裂缝形成的一个重要原因。

站侧下游第一节翼墙2条裂缝从其分布和走势，其形成原因大致应为基础不平整与老混凝土约束共同作用和结果。站下游第一节翼墙于三月份浇筑完成，底板长22米，顺水流方向底板面高程从▽8.7m（底板底高程▽7.7m）变化至▽10.0m（底板底高程▽9.0m）高差为1.3米，故分块长度大是其形成裂缝的主要原因。站下游第一节翼墙墙身于四月份浇筑完毕，与底板完成相差20天，底板的约束也是其形成裂缝的重要原因。

另外，本工程砼浇筑多采用泵送，水泥用量加大，坍落度也较大（一般为13～15cm），这也是产生砼裂缝的一个原因。

2 裂缝修补方案

本工程拟采用SHO-BOND公司的BICS（壁可）法修补裂缝，该施工方法操作方便，并且可靠性好，已在大中型水利工程上多次使用，效果很好。

2.1 表面处理

工具：钢丝刷、抹布、钢钎、锤子。施工工序：用钢丝刷沿裂缝走向清理宽约5厘米范围内的混凝土表面，仔细清除水泥翻沫、苔藓、灰尘。混凝土表面质量不良、缝两侧有较多细微龟裂的部位，应清理至8～10厘米宽。用锤子和钢钎凿除缝两侧疏松的混凝土块和砂粒，露出坚实的混凝土表面。用略潮湿的抹布清除表面的浮尘并彻底晾干。混凝土表面的油污要用抹布蘸丙酮擦净。如果缝内潮湿，要等其充分干燥，必要时可用喷灯烘干。

2.2 粘结注入座和密封裂缝

材料：封口胶（#101）。包装形式：一个红罐（主剂）和一个蓝罐（硬化剂）。拌合后的可使用时间：70分钟（20℃）、40分钟（30℃）。工具：抹刀（扁铲，5cm宽）、托灰板、注入座、秤（精确到10克）、螺丝刀。

（1）注入座的粘结。①用两把洁净干燥的抹刀分别取封口胶的两种成分，放到托灰板上。一次能用完一套整包装的量时不必称量，全部混合即可；用量较少时要分别称量两种成分，按规定配比配合（#101的主剂、硬化剂重量比为7：3）。留在罐内的两种成分不得相互接触，以免发生反应造成变质，并且注意盖严罐盖。②用抹刀反复混合搅拌胶的两种成分，使其呈现均匀一致的灰色。③用抹刀取少许胶，刮在注入座底面的四边，每边以8mm宽、5mm厚为度。将注入孔对正裂缝中心，稍加力按压，使胶从底面的四个小孔中挤出。注意注入孔不要被胶堵塞，胶不要粘到注入座颈部的小突起和橡胶圈上，粘好后不要再移动注入座。④一手按住注入座的顶端，防止其移位，另一只手用抹刀取胶将底板的各边包覆。包覆部分的内缘至盖住4个小孔，外缘扩展至直径8～10厘米的圆形范围。完成以后，注入座的蓝色底边应完全被遮盖。混凝土表面质量不良、缝两侧有较多细微龟裂的部位，应加以特别注意。⑤注入座的布置，应掌握以下原则：沿缝的走向，每米约布置3个；裂缝分岔处的交叉点应设注入座；选混凝土表面平整处设置，避开剥落部位；对墙体的贯通缝，可在一侧布置注入座，另一侧完全封闭；缝宽度较大且内部通畅时，可以按每米2个注入座的密度来布置。

（2）裂缝密封。在沿裂缝走向5厘米宽的范围内用抹刀刮抹封口胶，厚度2毫米左右，尽量一次完成，避免反复涂抹。缝两侧有较多细微龟裂的部位，应抹至8～10厘米宽，并按压胶的边缘，消除卷边。混凝土剥落处要填充密实，与注入座衔接的地方要特别注意。封口胶的用量为每延米裂缝200克左右。

2.3 裂缝修补各工序检验标准及保证措施

2.3.1 各工序检验标准

（1）表面处理。沿裂缝走向宽5厘米的范围内无水泥翻沫、灰尘、油污、疏松的混凝土块、不牢固的砂粒，混凝土表面和缝内干燥。

（2）注入座的粘结。注入座布置正确。封口胶呈均匀一致的灰色。底板的四个小孔中均有胶挤出，底板下无空洞、蜂窝等缺陷。注入孔畅通，注入座颈部的小突起和橡胶圈上没有附着的胶。

（3）裂缝密封。密封的宽度、厚度大致均匀，无空洞、蜂窝。

（4）注入。各注入座不残不断，黄油枪及管路密封良好。注入过程中封口胶密封的部分不渗漏，各注入器均能保持膨胀状态。

（5）清洗工具。清洗后的黄油枪活塞、阀门运转灵活，螺纹配合良好，管路通畅。

2.3.2 保证措施

（1）保温措施。当施工温度在5～15℃时，密封胶#101及注入胶BL-GROUT应选用W型（冬季用）。原则上应在5℃以上施工。如遇特殊情况需在0～5℃施工时，应采取保温措施，比如：在工点搭设施工棚，取暖保温。注意：在0℃以下，不能施工。

（2）劳动保护措施。确认各材料的使用方法、保管方法、管理方法后再施工。进行注入工作时应戴防护眼镜，如果材料误入眼内，要立即用水冲洗。用丙酮清洗工具时要在通风良好的场所进行，戴橡胶手套，或用毛刷等间接清洗。

3 结论

（1）经过与会专家从裂缝的发现时间和裂缝形状分析，认为所发现的裂缝均为温度收缩裂缝，根据观测资料，裂缝宽度和长度均没有发生变化，采用“壁可法”进行修补处理。

（2）严格按要求对裂缝进行处理，完成后继续进行观测,至今无异常。监理单位对裂缝处理过程进行跟踪控制并及时验收。采用缺陷补救措施，实现安全、质量、工期及成本的有效控制。

［1］SL319-2005混凝土重力坝设计规范[S].

［2］DLT5144-2001水工混凝土施工规范[S].

［3］刘泽俊，张占，李延安，高以宁，黄承运，庄林翠.南水北调东线睢宁二站流道混凝土温控防裂措施[J].南水北调与水利科技,2012(5)：166-169.