建筑工程大體積混凝土裂縫防治技術

方 波 青， 王 平， 鐘 波

(中國水利水電第七工程局有限公司 第一分局，四川 彭山 620860)

1 概 述

大體積混凝土施工和裂縫是兩個相互關聯的話題。提及大體積混凝土施工，首先想到的就是如何防止裂縫的產生。大體積混凝土裂縫的預防是重點，也是難點，一旦出現裂縫，不僅影響工期，裂縫處理的投入亦非常巨大，而且影響企業聲譽。通過多年從事混凝土施工的經歷，總結出很多大體積混凝土施工經驗，現通過兩個典型大體積混凝土施工失敗的案例，闡述了大體積混凝土防裂的關鍵及出現裂縫后應采取的處理方法。

2 兩個大體積混凝土施工案例

2.1 某橋梁工程基礎混凝土澆筑及開裂情況

某大橋基礎采用C35混凝土擴大基礎，基礎共分為三個臺階，單個臺階高3 m，由下至上三個臺階的平面尺寸分別為： 58 m×25 m、55 m×20.5 m、52 m×16 m?；A下設15 cm厚C20混凝土墊層，基礎內部不設置結構鋼筋，僅在外露表面布置一層φ12 mm@100 mm×100 mm防裂鋼筋網，鋼筋保護層厚度為3 cm。大橋基礎混凝土澆筑按3 m高臺階分為三層(不分塊)進行施工，大橋基礎立面示意圖見圖1。

圖1 大橋基礎立面示意圖

該工程地處四川省成都市，大橋基礎于9月施工。成都市年平均氣溫為15.6 ℃～16.9 ℃，秋季氣溫為16.3 ℃～17.6 ℃，冬季平均氣溫為6.2 ℃～7.7 ℃，最熱的月份出現在7月，月平均溫度達25 ℃～26.3 ℃,最冷的月份出現在1月，平均溫度為5 ℃～6.2 ℃。成都市年平均降水量為759.1～1 155 mm，降水量最多的月份出現在8月，秋季降水量為135.9～286.2 mm，占全年降水量的17%～25%；冬季降水量為21.4～52.8 mm，占全年降水量的4%左右。成都市秋冬季節相對濕度在80%以上。

大橋基礎第一層(倉面平面尺寸為58 m×25 m、澆筑高度為3 m)施工時，布置了兩排冷卻水管，分別布置在靠底面75 cm和靠頂面75 cm處，冷卻水管間距2 m。澆筑時氣溫為19 ℃～27 ℃，購買商品混凝土，混凝土入倉；澆筑后及時灑水養護，利用預埋的冷卻水管通常溫水冷卻。澆筑完成后第7 d發現倉面中部位置出現裂紋；澆筑完成后的第8 d，該裂紋形成貫穿性裂縫；澆筑完成后的第12 d，倉面一側新增加了一條未貫穿裂縫。大橋基礎第一層澆筑后共發生兩處裂縫，最大縫寬約3 mm。

受第一層澆筑后出現裂縫的影響，大橋基礎第二層(倉面平面尺寸為55 m×20.5 m，高3 m)澆筑時從平面上分成3塊(兩側各一塊、中間作為后澆塊)進行澆筑，塊與塊之間布置構造拉筋。先依次澆筑兩側的塊體(兩塊的尺寸均為20.5 m×23 m，高3 m)，再澆筑中間的后澆塊(分塊尺寸為20.5 m×9 m，高3 m)。構造拉筋騎縫設置的φ28 mm拉筋長度為2 m，間排距為0.5 m。冷卻水管的布置、澆筑方法、養護同第一層，澆筑時氣溫為15 ℃～22 ℃。兩側塊體澆筑完成8 d后先澆筑的兩側塊體出現2條貫穿裂縫和1條非貫穿裂縫，最大的裂縫寬度約為3 mm。

大橋基礎第三層澆筑時，總結了第一、二層施工的教訓，將第三層的層高3 m分為兩層澆筑，即為基礎的第三層和第四層，每一層澆筑厚度為1.5 m。第三層和第四層澆筑時，平面上再分為6大塊作為先澆塊進行澆筑，并設3 m寬后澆帶。第三層和第四層的橫向、縱向施工縫相互錯開。后澆帶在先澆塊澆筑完成至少7 d后澆筑。第三層和第四層澆筑平面的分塊情況見圖2、3。第三層和第四層澆筑后，混凝土未發生裂縫。

圖2 第三層分塊平面示意圖

圖3 第四層分塊平面示意圖

2.2 閘室底板混凝土的澆筑及開裂情況

某C25水工混凝土閘室底板為駝峰堰型，堰高5 m，閘室底板寬22 m，長43 m，底板上、下游各設置了一處齒槽。閘室底板混凝土施工不分塊，高度方向分為四層澆筑，分層高度以2 m為主，閘室底板結構縱剖面示意圖見圖4。

圖4 閘室底板縱剖面示意圖

該工程地處四川省成都市，閘室底板于11月施工，氣候氣象條件同大橋基礎。

閘室底板第一層混凝土塊體小，澆筑后混凝土未出現裂縫。閘室底板第二層(倉面平面尺寸為43 m×22 m、澆筑高度為2 m)混凝土于晚上20∶00開始澆筑，次日凌晨3∶10澆筑完成，澆筑時平均氣溫為10 ℃。采用混凝土泵入倉，臺階法澆筑，人工平倉，混凝土澆筑坯層厚度為30～40 cm。混凝土澆筑完成后安排專人進行灑水養護，保持混凝土面濕潤并利用預埋的灌漿管(間排距3 m×3 m)通常溫水冷卻。澆筑完成10 d時，在閘室底板第二層倉面中部發現1條裂縫，裂縫走向為垂直水流軸線方向，長度約22 m，縫寬約為0.5～1.8 mm；澆筑完成12 d時，發現第2條裂縫，裂縫走向與水流軸線斜向相交，長度約22.6 m，縫寬約為0.1～1.5 mm。

受第二層混凝土開裂影響，閘室底板第三層(倉面平面尺寸為43 m×22 m、澆筑高度為2 m)混凝土澆筑，從平面上分為兩塊進行施工，即將平面尺寸為43×22 m的倉面分成兩塊尺寸為21.5 m×22 m的倉面進行澆筑，在分縫位置設置鍵槽，分層高度為2 m不變，并在倉面底部按2 m間排距埋設冷卻水管。閘室底板第三層混凝土于晚上開始澆筑，次日凌晨澆筑完成，澆筑時平均氣溫約為9 ℃，澆筑后的養護、通常溫水冷卻同第二層。第三層混凝土澆筑后未發生裂縫。

3 針對大體積混凝土裂縫進行普查及原因分析

3.1 裂縫普查

(1)針對裂縫實施鉆孔取芯。對大橋基礎和閘室底板的裂縫部位進行鉆孔取芯，垂直裂縫騎縫鉆孔取芯6組[1]，孔徑為11 cm，鉆孔深度為100 cm，芯樣裂縫出露深度約50～70 cm。在裂縫兩旁各5 cm處取芯4組，鉆孔深度為100 cm，均未發現裂縫。

(2)超聲波檢測。利用超聲波檢測儀對裂縫深度進行復查[2]，復查結果基本與鉆孔一致。

(3)監測裂縫縫寬。對大橋基礎和閘室底板的裂縫各選擇2條安裝測縫計，持續監測至裂縫穩定，監測數據表明：裂縫寬度為1.5～1.9 mm,累積裂縫變化為0.12～0.15 mm。

(4)溫度監測。大橋基礎和閘室底板裂縫形成后，立即對混凝土進行保溫養護，保溫措施主要采取土工布+保溫被進行保濕保溫養護[3]，并派專人利用預埋在混凝土中的溫度計監測混凝土內部和表面的溫度，其中內部溫度監測部位為深入混凝土1 m位置，表層溫度監測部位為距混凝土外表面50 mm處的溫度，記錄內外溫度監測數據。監測數據表明：大橋基礎和閘室底板的混凝土內外溫差均不超過20 ℃，混凝土降溫速率及內外溫差均在正常范圍內[4]。

3.2 裂縫產生的原因分析

大橋基礎和溢洪道閘室底板混凝土出現裂縫后，項目部立即組織參建各方及省內水工結構、地質、材料、水工混凝土方面的專家對大體積混凝土裂縫產生的原因、處理措施及后期大體積混凝土澆筑改進措施等進行了咨詢。參建各方及專家一致認為：裂縫產生的主要原因是澆筑倉面過大，施工期混凝土水化熱產生的溫度應力造成的溫度裂縫；基礎約束是造成裂縫的次要原因。

4 大體積混凝土裂縫的處理

4.1 大體積混凝土裂縫的處理與預防

對大體積混凝土裂縫的處理主要采取化學灌漿封閉并增設限裂鋼筋網的方案，主要施工工藝流程為：裂縫表面浮漿、雜物清理→灌漿孔施工→埋灌漿管→縫面止封→灌漿→鋪設限裂鋼筋網片。

(1)化學灌漿施工的技術要點：

①孔位布置：化學灌漿開孔位置在裂縫兩側0.2 m處，孔距0.5 m，梅花型布置，孔徑為15 mm，鉆孔角度為40°～50°。根據裂縫深度，布孔時需保證鉆孔與裂縫相交位置位于裂縫下部的三分之一縫深處[5]。

②埋灌漿管：埋灌漿嘴，接上灌漿管。

③縫面止封：縫面直接用高強度水泥砂漿止封，并間隔縫面1～1.5 m鉆直徑為10 mm的排氣孔，用于灌漿過程中的排氣。

④配漿：按廠方提供的參考配比A∶B=9∶1將A組份和B組份混合均勻，將漿液溫度控制在30 ℃以下。

⑤灌漿：灌漿壓力選取0.3～0.5 MPa，豎直裂縫從最低處開灌，逐漸向上，使漿液充滿整個縫隙。

(2)限裂鋼筋網的布置要點。裂縫化學灌漿完成后，沿裂縫方向布設限裂鋼筋網。沿裂縫面設置直徑為28 mm的騎縫鋼筋，鋼筋間距20 cm、長度為3 m，布置在裂縫兩側各1.5 m處；縱向分布筋為φ16 mm、間距20 cm,沿裂縫設置。

4.2 大體積混凝土的裂縫預防

為避免大體積混凝土開裂帶來的工期和經濟損失，通過多年積累的施工經驗，總結出大體積混凝土施工時需要注意的幾個要點：

(1)加強混凝土澆筑完成后的內部溫度監測工作，有針對性地進行混凝土養護。在混凝土內部安裝溫度傳感器，實時監測混凝土溫度變化，根據內外溫差情況有針對性地采取養護措施——在升溫期采取表面噴淋或蓄水降溫，在降溫期根據混凝土內部溫度降低的時機、速率適時、適當地采取保溫措施，以延緩混凝土的降溫速率。

(2)對大體積混凝土的分倉、澆筑厚度、入倉方式、混凝土原材料及配合比進行適當優化。對于大體積混凝土，應盡可能地采取直接入倉的方式進行澆筑，在滿足設計要求的前提下降低混凝土配合比中的水泥用量，以降低水化熱。

(3)增設抗裂鋼筋。為保證上層混凝土的施工質量、防止產生新的裂縫，在潛在開裂風險較高的部位布設了一層抗裂鋼筋網片(φ12 mm螺紋鋼、間排距為10 cm、保護層厚5 cm)，以盡可能地避免產生表面裂縫并限制其向下發展。

5 結 語

在建筑工程施工過程中，大體積混凝土的澆筑不可避免且大體積混凝土一般處于建筑物的基礎部位，因此，大體積混凝土的質量直接影響到建筑物的安全，至關重要。大體積混凝土裂縫是影響大體積混凝土質量的常見因素之一，裂縫的處理可謂是耗工耗時。由此可見，在大體積混凝土施工前做到統籌安排、科學規劃、防患于未然非常重要。通過文中列舉的兩個大體積混凝土工程實例，對裂縫的產生和處理過程進行了闡述，總結出大體積混凝土裂縫的預防要點，可供工程施工技術人員學習和類似工程借鑒。