薄壁結構池體裂縫分析及處理

李 斌，懷洪臣

（中國機械設備工程股份有限公司，北京 100055）

1 工程概況

剛果共和國吉利飲用水處理二期新建項目位于剛果人民共和國首都布拉柴維爾市北部，距市中心區(qū)約25 km，建設規(guī)模12.6萬t/d。剛果氣候條件差，材料可選擇性小，給工程施工帶來很大掣肘。對外合同的技術條款限制了水泥的最低用量，混凝土強度等級比設計強度等級提高了一個等級，這些原因都給項目的混凝土施工帶來很大不利。在建設過程中清水池池壁等部位出現(xiàn)縱向貫穿裂縫，通過對裂縫的綜合分析和多方論證，積極改善可控因素，達到了對后續(xù)各單體工程裂縫有效控制的目的。本文就該項目裂縫的成因、控制，以及修復等方面進行分析，以期可為境外類似條件的項目施工提供參考。

2 裂縫性質分析

清水池池壁裂縫主要出現(xiàn)在池體長邊側壁上，裂縫為縱向裂縫，長度為從池壁頂部至底部，裂縫寬度為0.3～0.85 mm，沿截面高度呈上寬下窄，個別為下寬上窄。裂縫發(fā)現(xiàn)時間幾乎全部在3 d以內拆模時。從而判定裂縫為溫度裂縫。

3 裂縫成因分析

混凝土裂縫的產(chǎn)生是多方面原因造成的，材料質量不好，設計不合理，施工問題，施工環(huán)境惡劣等都可能造成裂縫。

3.1 材料因素

3.1.1水泥

受剛果當?shù)貤l件所限，當?shù)刂挥袃煞N水泥可以選擇，都屬于早強型水泥，根據(jù)現(xiàn)場池體混凝土回彈發(fā)現(xiàn)，C35混凝土池壁1d強度達到16 MPa，3 d強度達到了30 MPa，達到了混凝土強度的86%，造成混凝土早期水化熱過大，混凝土內部溫度可達70～80℃，隨混凝土溫度的降低，降溫差引起的變形和混凝土失水引起的體積收縮，內部拉應力過大。

3.1.2骨料

當?shù)乜刹少彽降乃槭壟洳缓侠?，含泥量高，針片狀物含量大。剛果當?shù)責o中粗河砂，攪拌混凝土只能采用人工砂或天然砂。當?shù)氐奶烊簧凹毝饶?shù)比較小，相應水泥用量需加大，砂石料為露天存放，在剛果強日照條件下，骨料的溫度偏高。

3.2 設計因素

(1)混凝土強度偏高，該項目清水池池壁設計混凝土強度為C30，因合同技術條件試驗標準分歧，提高到C35，水泥用量偏大，水化熱大，收縮大。

(2)伸縮縫間距大，設計考慮的伸縮縫間距是按國內的一般情況考慮的，在剛果這個比較特別的氣候等條件下，應該適當縮小伸縮縫的間距。

(3)清水池壁水平鋼筋間距基本都是200 mm，偏大，不能有效抵抗混凝土的收縮應力，在變截面處未加設構造鋼筋。

3.3 施工因素

3.3.1 混凝土拌合用水量控制不嚴

現(xiàn)場混凝土攪拌按照實驗室配合比報告進行，剛果多雨，砂石料含水率沒有及時檢測，未能及時根據(jù)開盤鑒定數(shù)據(jù)進行調整。用水量基本依靠坍落度的形式控制，實際用水量與實驗室配合比用水量偏差控制不嚴。

3.3.2 水泥、摻和料用量控制不嚴

水泥和粉煤灰由當?shù)貏趧杖斯ぬ砑?，依?jù)每袋水泥、粉煤灰重量大致計算，加入量不精確；混凝土澆筑時間偏長的時候，工人容易出現(xiàn)疲勞而發(fā)生失誤。

3.3.3 混凝土澆筑控制不嚴

混凝土澆筑時存在振搗不到位，混凝土自由落料高度超過2 m，混凝土澆筑時分層高度偏高。

3.3.4 混凝土的養(yǎng)護因素

混凝土早期養(yǎng)護不及時，養(yǎng)護時未及時加以覆蓋。

3.4 環(huán)境因素

剛果日照強烈，正午太陽直射條件下氣溫可達將近50℃，夜晚氣溫較低，約為23℃左右，晝夜溫差大。

4 裂縫控制

混凝土裂縫的形成是很多原因造成的，任何一個方面的問題都可能使混凝土產(chǎn)生裂縫。吉利水廠項目主要通過以下幾個方面實現(xiàn)了混凝土裂縫的有效控制。

4.1 材料控制

在當?shù)丶榷ǖ牟牧蠗l件下，材料的控制主要體現(xiàn)在降低骨料的含泥量，改善骨料保水性，降低喂料時骨料溫度，在混凝土攪拌前，使用混凝土拌合用水相同的冷水對碎石沖洗。對使用的含泥量較高的人工砂與天然沙更換為河沙，大大地降低了含泥量。

4.2 設計控制

進行設計優(yōu)化。根據(jù)當?shù)貤l件合理設置伸縮縫，在細長結構變截面處加配構造筋，增加混凝土結構抵抗內應力能力。遺憾的是因境外設計審批時限限制，吉利水廠項目無法進行更進一步的設計優(yōu)化。

4.3 施工控制

4.3.1配合比控制

混凝土配合比根據(jù)現(xiàn)場實際情況進行優(yōu)化，優(yōu)化骨料級配，對不同粒徑碎石進行合理搭配，使其堆積密度達到最大，使用河沙代替人工砂和天然砂，降低水泥使用量，降低水化熱；在滿足強度條件和合同技術條件要求的最低水泥用量條件下，盡可能增加摻合料數(shù)量，增加混凝土和易性，減少水泥用量，降低水化熱，控制混凝土絕熱溫升，改善工作性能，增進后期強度，提高耐久性。添加高效緩凝減水劑，延長混凝土初凝、終凝時間，控制坍落度經(jīng)時損失，使其較長時間保持良好的和易性，推遲放熱峰值出現(xiàn)時間，提高混凝土的密實性，改善耐久性。

4.3.2 工藝控制

加細分倉，跳倉施工。根據(jù)剛果當?shù)貤l件，分倉長度要遠小于國內常規(guī)施工分倉長度，以12 m左右設置一分倉為宜，根據(jù)實際情況調整。分倉施工可以使混凝土應力得到有效釋放，降低結構因地基沉降變形和內應力變形而產(chǎn)生裂縫的風險。

澆筑過程中，應不斷觀察模板、鋼筋、支架、預埋件和預留孔洞情況，模板構造要合理，以防止模板間的變形不同而導致混凝土裂縫；模板和支架要有足夠的剛度，防止施工荷載作用下，模板變形過大造成開裂，合理掌握拆模時機，拆模時間不能過早，應保證早齡期混凝土不損壞或不開裂，但也不能太晚，盡可能不要錯過混凝土水化熱峰值，即不要錯過最佳養(yǎng)護時機。過程中如果發(fā)現(xiàn)有變形或位移時，立即停止?jié)仓⒃诨炷聊Y前完成修整。

澆筑時另取3組混凝土試樣，與結構同條件養(yǎng)護，根據(jù)混凝土試樣強度發(fā)展情況了解其與產(chǎn)生裂縫的關系。

混凝土分層澆筑，嚴格按照規(guī)范要求執(zhí)行；控制混凝土自由落料高度在2 m以下，防止混凝土發(fā)生離析；混凝土澆筑前在底部先填50 mm與混凝土成分相同的水泥砂漿；混凝土澆搗時，振搗棒要快插慢拔，根據(jù)不同的混凝土坍落度正確掌握振搗時間，避免過振或漏振，采用二次振搗、二次抹面技術，以排除混凝土內部的水分和氣泡。

混凝土養(yǎng)護要跟進及時，工序緊湊，在二次抹壓時要一邊抹壓，一邊覆蓋，避免太陽直射混凝土表面。對新澆混凝土的早期養(yǎng)護工作尤為重要，以保證混凝土在早期盡可能少產(chǎn)生收縮。主要是控制好構件的濕潤養(yǎng)護，有條件時宜采用蓄水或流水養(yǎng)護?；炷琉B(yǎng)護時間不少于14 d。當混凝土達到一定強度后，及時注水養(yǎng)護。

對于地下結構混凝土，盡早進行回填土，對減少裂縫有利。

4.3.3 施工管理控制

試驗室和施工現(xiàn)場應聯(lián)動控制。現(xiàn)場混凝土拌合嚴格按照實驗室配比單進行；試驗人員到現(xiàn)場觀察混凝土攪拌站的喂料情況、每盤拌合時間不得少于90 s，對于膠凝材料和外加材料喂料不足、混凝土拌合時間等不符合規(guī)定的混凝土不得用于現(xiàn)場澆筑；嚴格控制混凝土拌合水用量，混凝土拌合用水量和實驗室配合比用水量偏差不得超過5 kg；攪拌人員的指令源只能是試驗人員，澆筑現(xiàn)場人員不得對攪拌人員做出任何更改混凝土配比的指令，澆筑混凝土配合比根據(jù)現(xiàn)場實際情況進行的微調指令只能由實驗人員發(fā)出。重點控制第一罐混凝土坍落度與和易性。

混凝土運輸、澆筑機具應準備充足，所有機具設備澆筑前進行試運轉，并配有專業(yè)維修人員隨時檢修。澆筑前必須提前考慮到混凝土澆筑的備用設備和應急方案，以防混凝土澆筑過程中機械設備出現(xiàn)故障時不能完成一次連續(xù)澆筑而造成施工冷逢。

根據(jù)當?shù)亟?jīng)驗掌握天氣變化情況，避免在雷雨或大風天氣下進行混凝土澆筑施工，同時，避開高溫時段開始混凝土澆筑為宜。保證混凝土澆筑的連續(xù)性，確?；炷翝仓|量。

5 裂縫修復

5.1 裂縫的修復工序（見圖1）

圖1 裂縫修復工序流程圖

5.2 施工步驟

（1）首先對各單體進行外觀檢查，查找出現(xiàn)裂紋的位置，然后對工藝設計需要盛水的水池進行滿水檢測，重點觀察出現(xiàn)裂紋的位置滲水情況。對滲水和不滲水的裂紋分別標識，注意區(qū)分。

（2）對于滿水檢測不滲水的裂紋，順裂紋方向，自上而下鑿開寬3 cm，深2 cm的V型槽，成型后將V型槽內部清掃干凈，然后用堵漏王對V型槽填充抹面，保證抹面外觀質量。

（3）對于滿水檢測出現(xiàn)滲水的裂紋，在池壁內部首先順裂紋方向，自上而下進行表面清理，接著自上而下每隔25 cm左右用直徑為14 mm的鉆頭鉆孔，孔深為池壁厚度的1/2，用泵壓水入縫隙檢查，然后進行高壓注漿，注漿完畢后封嘴，再次滿水實驗合格后，將池外壁鑿3 cm寬，2 cm深的V型槽，將槽內清理干凈然后用堵漏王填充抹面。

灌漿法是利用灌機的持續(xù)高壓，將膠結材料液灌注到混凝土內部縫隙中，并將縫中的水完全擠走，將縫隙完全注漿飽滿，膠結材料硬化后，與混凝土形成一個整體，從而起到封堵的目的，膠結材料為聚氨酯灌漿料型號為DM-510/DM-510R。

灌漿堵漏施工順序為：混凝土裂縫表面處理—布咀封閉—壓水試漏—灌漿—封孔。

a.找出漏水點，把漏水部位清理干凈。

b.鉆孔：裂縫兩端頭直接在縫上鉆孔，端頭各一個，中間段裂縫使用電錘鉆孔工具沿裂縫兩邊傾斜45°角左右交叉鉆孔，鉆頭直徑為14 mm，鉆孔必須穿過裂縫，但不得將結構打穿，鉆孔與裂縫之間的距離小于1/2結構厚度，孔間間距25 cm左右。

c.用DM-400抗?jié)B1號將預埋好的灌漿嘴進行封閉。

d.用泵壓水入縫隙，了解各孔之間串通情況和止封效果，若有漏水處則漏水處重新封閉，此處用水量可以作為注漿液的參考用量。

e.灌漿：使用電動注漿機將聚氨酯灌漿料從注漿咀中注入混凝土裂縫，立面灌漿順序為由下向上，平面可從一端開始，單孔逐一連續(xù)進行。24 h后去掉灌漿咀，用抗?jié)B1號進行封閉。

5.3 灌漿機及灌漿液的選用

根據(jù)現(xiàn)場實際情況，選用微型電動高壓注漿機，它適用于操作不方便的場合，整機重量只有6.5 kg，灌漿流量為7 L/min。

灌漿液選用北京德美建筑材料工程有限公司生產(chǎn)的（疏水型）聚氨酯灌漿料（又名PU灌漿止漏膠）由聚醚多元醇、多異氰酸酯及多種助劑組成。

5.4 修復時間的把握

裂縫修復的時間不宜過早或過晚，應在裂縫發(fā)展趨于穩(wěn)定后再行修復，控制在100 d左右為宜。

6 結語

裂縫是混凝土施工的一種質量通病。首先，要對混凝土配合比進行優(yōu)化；同時，施工過程中對混凝土的振搗密實與養(yǎng)護到位也是有效的控制措施。對有蓄水要求的薄壁結構池體貫穿裂縫不僅影響到了其外觀質量而且影響了其使用功能。隨著我國經(jīng)濟發(fā)展，境外工程施工越來越多，對于工程條件有諸多限制的境外工程而言，綜合考慮混凝土裂縫成因，對可控因素進行積極控制，可以降低裂縫出現(xiàn)數(shù)量甚至避免出現(xiàn)裂縫，提高工程質量，節(jié)約工程成本。

[1]GB50204-2002，混凝土結構工程施工質量驗收規(guī)范[S].

[2]王鐵夢.工程結構裂縫控制[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1997.

[3]王祁青，等.常用建筑材料[Z].合肥：安徽省建筑工程質量監(jiān)督監(jiān)測站，2008.

[4]王壽華，等.建筑施工手冊(第四版)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2003.