水电站厂房开裂原因与防控处治

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本文作者：付鹏王颖作者单位：江西省峡江水利枢纽工程管理局

0引言

大体积混凝土出现裂缝是一个相当普遍的现象，分析裂缝的成因，制定控制措施，实施处理方案，对于工程施工具有实际意义。江西省峡江水利枢纽工程是以防洪为主，兼有发电等综合效益的大型水利工程（峡江水利枢纽平面布置图见图1），电站共安装9台单机容量40MW的水轮发电机组。厂房基础底板总长（顺水流方向）211．8m、总宽91．7m，其中2＃～8＃机组单宽22．7m，1＃、9＃机组宽各26．45m。在混凝土基础浇筑过程中，第一浇筑层出现了一些裂缝，经分析裂缝均由温度应力引起。经过处理，裂缝发展得到了抑制。

1厂房基础混凝土裂缝情况

1．1浇筑条件

峡江水电站厂房基础混凝土为C25，施工分层浇筑厚度为1～1．2m，最大浇筑仓面22．5m×26．45m，最小浇筑仓面14m×22．7m。电站厂房基础混凝土浇筑于2011年5月4日开始，除9＃机外，其余机组段基础混凝土第一浇筑层于8月10日浇筑完毕，建基面覆盖。该层混凝土浇筑24h后，陆续发现多个仓面出现裂缝，且裂缝基本位于浇筑仓中部范围的浇筑层表面，走向大多与混凝土浇筑推进方向垂直。裂缝分布、规模以及混凝土浇筑时的条件见表1。

1．2裂缝类别

根据出现的裂缝缝宽、缝深和缝长，统计裂缝类别如下：（1）符合缝宽δ＜0.2mm、缝深h≤30cm和缝长L＜100cm限值中两项的裂缝（Ⅰ类）有7条，此类裂缝对结构应力、耐久性和安全性基本无影响。（2）符合缝宽0.2mm≤δ＜0.3mm、缝深h＞30cm且不超过浇筑层厚度的1/3、缝长100cm≤L＜300cm限值中两项的裂缝（Ⅱ类）有3条。（3）符合缝宽0.3mm≤δ＜0.4mm、缝深超过浇筑层厚度的1/3、缝长L＞300cm限值中两项的裂缝（Ⅲ类）有8条。（4）符合缝宽δ≥0.4mm、缝深超过浇筑层厚度的1/2、缝长贯穿或基本贯穿整个仓面限值中两项的裂缝（Ⅳ类）有2条。

2裂缝成因分析

大体积混凝土因它的表面系数比较小，水泥水化热释放集中，内部温升快，形成热量积聚，遇外部混凝土散热较快时，形成较大混凝土内表温差，当温度梯度超过一定值，且表面拉应力超过混凝土的极限抗拉强度，混凝土温度裂缝便产生，这是混凝土温度裂缝产生的机理。峡江水电站厂房基础混凝土的材料选取、结构设计符合规范要求。分层浇筑厚度大于1m、单仓浇筑体积较大，从浇筑条件及裂缝发生状况分析，已出现的混凝土裂缝均属温度裂缝。具体表现如下：（1）基础底层混凝土于夏季高温时浇筑，入仓温度最低26℃、最高达39℃，加上水泥水化热的释放，混凝土浇筑温度较高。（2）单仓浇筑历时最长63．5h、温度变化11℃，最短3h、温度变化10℃，易形成过大的内表温度梯度。（3）浇筑后控制表面降温速率的养护措施不力，表面出现较大拉应力值。（4）浇筑层面间无钢筋布置。

上述条件，致温度应力超过混凝土所能承受的范围，而产生裂缝。以1－5－5和6－1－1裂缝最为典型。1＃机第5块底层混凝土于2011年7月5日19：00开始从右向左浇筑，7日2：00时收仓，气温28℃～37℃。2011年7月15日发现裂缝，裂缝顺水流走向，8月6日发展成上下游向贯通，裂缝编号1－5－5。6＃机第1块底层混凝土于8月9日23：30时开始从下游向上游浇筑，11日2：30时收仓，气温25℃～36℃，裂缝垂直水流走向，8月12日裂缝发展成左右向贯通，裂缝编号6－1－1。总之，高温季节浇筑混凝土，凌晨气温较低时收仓，以及养护和覆盖不到位致水分蒸发、表面温度下降过快等条件，致内外温差梯度较大，温度应力超过混凝土抗拉极限，温度裂缝产生。

3处理措施

设计要求按以下原则处理裂缝：（1）Ⅰ类缝不作处理。（2）Ⅱ、Ⅲ类缝按凿槽嵌缝以及布置骑缝钢筋处理。（3）Ⅳ类缝按凿槽嵌缝、布置骑缝钢筋以及化灌补强处理。

3．1凿槽嵌缝

沿裂缝凿宽8cm、深5cm的U形槽，用M30微膨胀环氧砂浆材料嵌缝。有以下要求：（1）槽面清洗干净，保持平整、干燥、坚固、密实，保持无油渍、无灰尘及其它污物。（2）表面涂刷一层环氧树脂基液。（3）须间隔30～60min，使基液中气泡消除，再充填环氧砂浆。

3．2骑缝钢筋布置

在裂缝处布置骑缝钢筋，防止已有裂缝进一步扩展。骑缝钢筋长2m，垂直裂缝布置，缝两侧各长1.0m，混凝土保护层50mm。其中，Ⅱ类缝骑缝钢筋为Φ18mm@150mm，分布钢筋Φ14mm@250mm；Ⅲ类缝骑缝钢筋为Φ20mm@150mm，分布钢筋Φ14mm@250mm；Ⅳ类缝骑缝钢筋为Φ22mm@150mm，分布钢筋Φ16mm@250mm。裂缝密集带骑缝钢筋可适当加长覆盖。

3．3化灌补强

采用聚安脂（HW∶lW=7∶3）材料，采用打灌浆孔和无损贴嘴法灌浆工艺施工。

4防止混凝土温度裂缝的有效措施

控制混凝土温度升高和温度变化速率，在一定范围内能避免温度裂缝的出现。峡江水电站厂房基础后续混凝土浇筑实施了温度裂缝预防措施。

4.1严格控制混凝土浇筑温度

（1）采取保证骨料堆高，搭设遮阳凉棚，控制骨料运输距离等措施，降低骨料温度。（2）利用隔热材料及构筑物，围护储水罐、输水管路；配置制冷设备，对拌合用水及骨料喷淋用水制冷，降低拌和水温度。（3）避开高温时段施工，加强各环节配合，严格控制混凝土的运输时间及平仓振捣速度，降低混凝土入仓温度。（4）提高混凝土浇筑能力，减少暴露时间。

4.2加强养护

混凝土初凝后，及时覆盖塑料薄膜，并延长覆盖时间进行养护，可有效地减少混凝土表面水分蒸发和温度快速下降，防止裂缝的产生。

5结语

温度应力是导致大体积混凝土温度裂缝的根本原因。控制混凝土浇筑温度，采取有效的养护措施，是减小混凝土温度应力，防止裂缝产生和抑制裂缝发展的关键。峡江水电站厂房基础混凝土浇筑初期出现裂缝后，在分析裂缝成因的基础上，实施了有效的温度裂缝处理方案，提出了防止温度裂缝再次发生的控制措施，后续施工中，混凝土入仓温度32℃以上无施工裂缝发生，工程质量得到了保障，裂缝处理效果良好。