混凝土施工裂縫產(chǎn)生原因淺析

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內(nèi)容摘要：1999年下半年，在三峽左岸電站廠房工程中出現(xiàn)大面積混凝土施工裂縫，本文根據(jù)裂縫產(chǎn)生的部位、類型進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得出寒潮和保溫失效是產(chǎn)生裂縫的主要原因，對(duì)以后的混凝土施工管理將起到借鑒作用。

關(guān) 鍵 詞：混凝土   裂縫   溫度   應(yīng)力   保溫   寒潮   1  概述 三峽左岸電站廠房位于左岸廠房壩段下游，為壩后式廠房，共布置14臺(tái)混流式機(jī)組和三個(gè)安裝間，總長644.7m。沿壩軸線方向從左至右依次為安Ⅰ、安Ⅱ、1號(hào)~6號(hào)機(jī)組、安Ⅲ、7號(hào)~14號(hào)機(jī)組，右端與溢流壩段左導(dǎo)墻交界。順?biāo)鞣较虿贾蒙嫌胃睆S房、主廠房、下游副廠房和尾水渠。主廠房順流向長度68m。廠房建基面高程EL22m。 主廠房為混凝土框架結(jié)構(gòu)，下部為尾水管大體積混凝土。廠房混凝土除尾水管過流面為50cm厚350#抗沖耐磨混凝土外，其余均為R28250#混凝土?；炷潦┕げ扇″e(cuò)縫為主，結(jié)合直縫的方式。機(jī)組為一機(jī)一縫的分縫形式，單機(jī)沿軸線方向長38.3m（14號(hào)機(jī)組為41.2m），分成左右兩塊施工，分塊長度為18.2m和20.1m，錯(cuò)縫搭接、搭接長度80cm。順?biāo)飨蚍殖伤膫€(gè)區(qū)施工。其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ區(qū)長度為18~20m。Ⅳ區(qū)為 11.65m。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ區(qū)之間為兩條豎向施工縫錯(cuò)縫搭接，搭接長度為80cm。Ⅲ、Ⅳ區(qū)之間為直縫相接。混凝土垂直分層高度一般在1.8m~2.5m之間。  自1997年10月份左岸電站廠房工程開工以來，從1997年到1999年上半年，共澆筑35萬多方混凝土，混凝土數(shù)控、量控優(yōu)良率達(dá)到85%以上。但在1999年下半年，在安Ⅲ~14號(hào)機(jī)組范圍內(nèi)均不同程度地出現(xiàn)了混凝土施工裂縫，本文針對(duì)這一不尋常現(xiàn)象進(jìn)行分析，以求找出產(chǎn)生裂縫的原因，制定有效的解決辦法。     2  混凝土施工裂縫歸類分析 根據(jù)工程施工總進(jìn)度安排，土建及金結(jié)埋件工程按機(jī)組發(fā)電次序分批開工。1號(hào)~5號(hào)機(jī)作為第一批發(fā)電機(jī)組最先開始混凝土澆筑。6號(hào)~14號(hào)機(jī)組隨二期基坑開挖交面而陸續(xù)開工，一般較1號(hào)~5號(hào)機(jī)滯后半年到一年左右時(shí)間。由于機(jī)組大型埋件安裝和尾水管頂板封閉塊回填混凝土等強(qiáng)的影響，在混凝土上升到高程EL44m左右時(shí)，會(huì)有30天左右長時(shí)間停歇。1號(hào)~5號(hào)機(jī)于1998年11月至1999年2月份完成此部分混凝土的施工，只有個(gè)別機(jī)組少量裂縫產(chǎn)生。但第二批機(jī)組在99年下半年度完成時(shí)卻發(fā)生了大面積的施工裂縫。從1999年10月3日~1999年12月27日，在安Ⅲ、7號(hào)~14號(hào)機(jī)組共發(fā)現(xiàn)18次裂縫。詳見表1?，F(xiàn)按照以下幾個(gè)方面進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。 2.1  按分區(qū)統(tǒng)計(jì) 從產(chǎn)生裂縫倉號(hào)所在分區(qū)來看：Ⅰ區(qū)出現(xiàn)9次，占總數(shù)50%，Ⅱ區(qū)出現(xiàn)3次，占總數(shù)17%，Ⅲ區(qū)出現(xiàn)6次，占總數(shù)33%。 由于地勢(shì)的原因，從Ⅰ區(qū)至Ⅳ區(qū)，其基礎(chǔ)約束區(qū)頂部高程依次降低，另外由于上游大壩標(biāo)段混凝土上升速度較快，且由于其施工管理原因，造成大量施工排水流入本標(biāo)段。在Ⅰ、Ⅱ區(qū)倉面形成積水，造成保溫被被水浸泡。Ⅰ、Ⅱ區(qū)均為大體積混凝土，其倉面較大，一般在20×20m左右，鋼筋量少，含鋼量約為20~40Kg/m3，而Ⅲ區(qū)由于其上部為下游副廠房，孔洞較多，且豎向上升鋼筋較多，造成倉面保溫被難以鋪設(shè)蓋嚴(yán)，保溫效果較差。由于以上幾種原因，造成裂縫數(shù)量在分區(qū)上有所不同。但從產(chǎn)生裂縫的高程和位置來看，裂縫的產(chǎn)生主要與保溫效果有關(guān)。具體分析如下： 2.1.1  Ⅰ區(qū) 由于其直接與上游標(biāo)段相鄰，倉面受其排水影響最大，故保溫效果最差。 2.1.2  Ⅱ區(qū) 由于Ⅰ區(qū)的阻擋，流入其倉面排水較少，對(duì)保溫被影響較小。 2.1.3  Ⅲ區(qū) 雖然Ⅲ區(qū)受排水影響最小，但其倉面鋼筋較多，保溫被鋪設(shè)時(shí)，在邊角及鋼筋根部難以蓋好，特別是在其下游有3個(gè) 3×9m的尾水閘門孔洞，其從尾水管頂部一直上升到現(xiàn)施工倉面，形成較大的穿堂風(fēng)，對(duì)混凝土的保溫造成較大影響。從Ⅲ區(qū)發(fā)生裂縫的倉面內(nèi)裂縫位置來看，6個(gè)倉面有5個(gè)倉面（除10號(hào)機(jī)Ⅲ14-1外）的裂縫中均有裂縫發(fā)生在門槽處，而且有4個(gè)裂縫發(fā)生在通氣管處。故可說明混凝土保溫效果是產(chǎn)生裂縫的主要原因。通氣孔距門槽較近，形成薄弱部位，更加劇了裂縫的形成。 2.2  按分類統(tǒng)計(jì) 依據(jù)《三峽工程混凝土裂縫評(píng)判和處理規(guī)定》（TGPSO11-1998）對(duì)裂縫類別的分類標(biāo)準(zhǔn)，Ⅰ類裂縫2次，Ⅱ類裂縫2次，各占總數(shù)11%，Ⅲ類裂縫14次，占總數(shù)78%，從產(chǎn)生裂縫的成因來看，其主要原因是每次寒潮來臨，會(huì)在倉面產(chǎn)生淺層裂縫，且由于保溫效果較差，造成裂縫展開較快。且如不及時(shí)采取措施，裂縫可能會(huì)繼續(xù)擴(kuò)大。 2.3  按機(jī)組統(tǒng)計(jì) 從發(fā)生裂縫倉號(hào)所在機(jī)組段來看，安Ⅲ出現(xiàn)3次，占總數(shù)17%，而11號(hào)~14號(hào)機(jī)發(fā)生11次，占總數(shù)61%，現(xiàn)分別作如下分析： 2.3.1  安Ⅲ 安Ⅲ建基面高程為EL42m，混凝土受基礎(chǔ)約束力較強(qiáng)，易產(chǎn)生裂縫，且6號(hào)機(jī)、7號(hào)機(jī)混凝土比安Ⅲ上升快，兩側(cè)機(jī)組排水流入安Ⅲ形成積水，降低保溫被的保溫效果。 2.3.2  11號(hào)~14號(hào)機(jī) 上游大壩在10號(hào)~11號(hào)機(jī)之間位置處分成兩個(gè)標(biāo)段，由于上游為兩家單位施工，造成排入下游的水量不同，11號(hào)機(jī)~14號(hào)機(jī)比7號(hào)~10號(hào)機(jī)上升速度慢，共高度較低，且其上游排水量比其它機(jī)組較大，倉面積水最嚴(yán)重，并且由于施工布置的原因，在11號(hào)~14號(hào)機(jī)僅一臺(tái)mD900塔機(jī)供料，造成倉面間歇較長，以上因素都是造成11號(hào)~14號(hào)機(jī)產(chǎn)生裂縫較多的原因。   3  現(xiàn)有施工條件 3.1  混凝土生產(chǎn)、運(yùn)輸 本標(biāo)段混凝土采用左岸EL82m混凝土拌和系統(tǒng)生產(chǎn)的成品混凝土，該拌和系統(tǒng)拌和全部采用微機(jī)控制，混凝土拌和質(zhì)量穩(wěn)定。 從拌和樓至倉面附近取料點(diǎn)使用18T紅巖自卸車運(yùn)輸，為保證混凝土的預(yù)冷效果，對(duì)紅巖車作了改裝，車廂體四周有保溫層，頂部采用遮陽布，從拌和系統(tǒng)到取料點(diǎn)僅1公里，混凝土溫升在2℃左右。 混凝土垂直運(yùn)輸采用布置在尾水Ⅳ區(qū)EL30m平臺(tái)一線的門機(jī)。在EL30m 平臺(tái)布置4臺(tái)MQ2000門機(jī)，一臺(tái)MQ1260門機(jī)，一臺(tái)MD900塔機(jī)和幾臺(tái)小門機(jī)，由于1號(hào)~5號(hào)機(jī)機(jī)組埋件吊裝的原因，在11號(hào)~14號(hào)機(jī)僅靠一臺(tái)MD900塔機(jī)和一臺(tái)MQ540門機(jī)供料，造成吊運(yùn)設(shè)備能力嚴(yán)重不足，導(dǎo)致混凝土倉面間隙較大，特別是Ⅰ區(qū)只能使用MD900塔機(jī)供料，對(duì)其影響程度更深。 3.2  混凝土施工工藝 受倉面條件制約，采用人工方式平倉振搗，門機(jī)吊3m3和6m3臥罐入倉。分點(diǎn)卸料，平倉、振搗，為防止外部熱量倒灌，夏季施工時(shí)，及時(shí)覆蓋保溫被。  3.3  倉面保溫 根據(jù)設(shè)計(jì)院對(duì)混凝土表面保溫的要求，大體積混凝土表面放熱系數(shù)β≤2.0~3.0 W/（M2.℃）,結(jié)構(gòu)混凝土為β≤1.5~2.0 W/（M2.℃），我們采用人工縫制的保溫被。被芯為2層1cm厚聚乙烯泡沫塑料片，被面為彩條布。單塊尺寸2m×1.5m。根據(jù)計(jì)算，當(dāng)覆蓋一層保溫被時(shí)混凝土表面放熱系數(shù)為β=2.0 W/（M2.℃），滿足設(shè)計(jì)要求。當(dāng)氣溫降低時(shí)在重要部位加蓋一層保溫被。對(duì)于有長間歇的倉面則在倉面先覆蓋50cm厚風(fēng)化砂，然后在蓋兩層保溫被。在尾水管上下口及孔洞部位掛彩條布，防止形成穿堂風(fēng)。   4  混凝土裂縫理論分析 混凝土施工期產(chǎn)生裂縫大致有以下幾種原因。 4.1內(nèi)部水化熱溫升 混凝土澆筑初期水化熱升使其內(nèi)部溫度升高，產(chǎn)生較大壓應(yīng)力，表面散熱較快，溫升較小，產(chǎn)生應(yīng)力較小，且混凝土彈性模量早期較低，隨著水化熱的結(jié)束，溫度降低，會(huì)產(chǎn)生抗應(yīng)力，且由于后期彈性模量較前期大，徐變度較前期小，造成混凝土內(nèi)表現(xiàn)為抗應(yīng)力狀態(tài)，而混凝土為一種脆性材料，其抗拉強(qiáng)度僅為抗壓強(qiáng)度的1/8~1/10，雖然混凝土配筋會(huì)增加其抗拉能力，但不能阻止裂縫的發(fā)生，僅能限制裂縫的發(fā)展。 在施工期，為控制混凝土內(nèi)產(chǎn)生較大溫升，一般采取控制澆筑溫度和最高溫升來保證混凝土內(nèi)部溫度，施工時(shí)，從控制混凝土入倉溫度入手來保證其澆筑溫度，并嚴(yán)格控制水灰比等參數(shù)，保證水化熱溫升控制在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。根據(jù)對(duì)所發(fā)生裂縫倉號(hào)澆筑溫度的統(tǒng)計(jì)，發(fā)生裂縫的倉號(hào)在各自的澆筑時(shí)段內(nèi)的澆筑溫度是基本滿足設(shè)計(jì)的溫控要求的。 4.2  寒潮造成混凝土表面裂縫 當(dāng)氣溫驟降時(shí)，混凝土表面溫度變化較快，溫度梯度較大，而其對(duì)內(nèi)部的影響較小，一般為20~30Cm左右，因此溫度變形完全受到約束，引起較大應(yīng)力。如果此時(shí)保溫效果不好，則其發(fā)生裂縫的可能性較大。從1999年12月8日至12月18日的短期觀測(cè)結(jié)果來看，當(dāng)倉面無積水時(shí)，保溫被內(nèi)外溫差當(dāng)氣溫最高時(shí)為6~7℃，氣溫最低時(shí)為18~20℃。當(dāng)倉面有積水或泥漿時(shí)，保溫被內(nèi)外溫差相應(yīng)為0~3℃和6~10℃。由此可見，當(dāng)保溫被被水浸泡后，在遇到低溫時(shí)其保溫效果降低10℃左右。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，在99年9月~12月共發(fā)生寒潮6次，各次寒潮歷時(shí)及降溫幅度見表2 綜上所述，寒潮是產(chǎn)生裂縫的客觀原因，而混凝土保溫失效則是產(chǎn)生裂縫的主觀因素。   5 結(jié)束語     根據(jù)以上分析，我們按照設(shè)計(jì)要求對(duì)裂縫及時(shí)進(jìn)行了處理，防止其進(jìn)一步擴(kuò)大。同時(shí)制定了相應(yīng)的補(bǔ)救措施，更換損壞的保溫被，，在重要部位加強(qiáng)了保溫，有效的遏止了裂縫的產(chǎn)生。 5.1  混凝土施工裂縫的產(chǎn)生因素較多，要從多方面進(jìn)行控制。 5.2  寒潮會(huì)造成混凝土表面裂縫，應(yīng)加強(qiáng)表面保溫，以降低裂縫的產(chǎn)生。 5.3  合理安排施工，可以降低裂縫的產(chǎn)生。應(yīng)科學(xué)組織施工，做到連續(xù)快速連續(xù)上升。 5.4  避免產(chǎn)生較大的間歇期，從所列數(shù)據(jù)看，在發(fā)生裂縫的倉面中，50 %以上倉面間歇期都在28天以上。94%以上倉面間歇期超過11天的設(shè)計(jì)要求。