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、類型進行統(tǒng)計分析，得出寒潮和保溫失效是產(chǎn)生裂縫的主要原因，對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臺混流式機組和三個安裝間，總長644.7m。沿壩軸線方向從左至右依次為安Ⅰ、安Ⅱ、1號~6號機組、安Ⅲ、7號~14號機組，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。混凝土施工采取錯縫為主，結(jié)合直縫的方式。機組為一機一縫的分縫形式，單機沿軸線方向長38.3m（14號機組為41.2m），分成左右兩塊施工，分塊長度為18.2m和20.1m，錯縫搭接、搭接長度80cm。順?biāo)飨蚍殖伤膫€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縫搭接，搭接長度為80cm。Ⅲ、Ⅳ區(qū)之間為直縫相接?；炷链怪狈謱痈叨纫话阍?.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)良率達到85%以上。但在1999年下半年，在安Ⅲ~14號機組范圍內(nèi)均不同程度地出現(xiàn)了混凝土施工裂縫，本文針對這一不尋?，F(xiàn)象進行分析，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)工程施工總進度安排，土建及金結(jié)埋件工程按機組發(fā)電次序分批開工。1號~5號機作為第一批發(fā)電機組最先開始混凝土澆筑。6號~14號機組隨二期基坑開挖交面而陸續(xù)開工，一般較1號~5號機滯后半年到一年左右時間。由于機組大型埋件安裝和尾水管頂板封閉塊回填混凝土等強的影響，在混凝土上升到高程EL44m左右時，會有30天左右長時間停歇。1號~5號機于1998年11月至1999年2月份完成此部分混凝土的施工，只有個別機組少量裂縫產(chǎn)生。但第二批機組在99年下半年度完成時卻發(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~14號機組共發(fā)現(xiàn)18次裂縫。詳見表1。現(xiàn)按照以下幾個方面進行統(tǒng)計分析。 2.1  按分區(qū)統(tǒng)計 從產(chǎn)生裂縫倉號所在分區(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，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，在邊角及鋼筋根部難以蓋好，特別是在其下游有3個 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個倉面有5個倉面（除10號機Ⅲ14-1外）的裂縫中均有裂縫發(fā)生在門槽處，而且有4個裂縫發(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 依據(jù)《三峽工程混凝土裂縫評判和處理規(guī)定》（TGPSO11-1998）對裂縫類別的分類標(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。且如不及時采取措施，裂縫可能會繼續(xù)擴大。 2.3  按機組統(tǒng)計 從發(fā)生裂縫倉號所在機組段來看，安Ⅲ出現(xiàn)3次，占總數(shù)17%，而11號~14號機發(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，易產(chǎn)生裂縫，且6號機、7號機混凝土比安Ⅲ上升快，兩側(cè)機組排水流入安Ⅲ形成積水，降低保溫被的保溫效果。 2.3.2  11號~14號機 上游大壩在10號~11號機之間位置處分成兩個標(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號機~14號機比7號~10號機上升速度慢，共高度較低，且其上游排水量比其它機組較大，倉面積水最嚴重，并且由于施工布置的原因，在11號~14號機僅一臺mD900塔機供料，造成倉面間歇較長，以上因素都是造成11號~14號機產(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使用18T紅巖自卸車運輸，為保證混凝土的預(yù)冷效果，對紅巖車作了改裝，車廂體四周有保溫層，頂部采用遮陽布，從拌和系統(tǒng)到取料點僅1公里，混凝土溫升在2℃左右。 混凝土垂直運輸采用布置在尾水Ⅳ區(qū)EL30m平臺一線的門機。在EL30m 平臺布置4臺MQ2000門機，一臺MQ1260門機，一臺MD900塔機和幾臺小門機，由于1號~5號機機組埋件吊裝的原因，在11號~14號機僅靠一臺MD900塔機和一臺MQ540門機供料，造成吊運設(shè)備能力嚴重不足，導(dǎo)致混凝土倉面間隙較大，特別是Ⅰ區(qū)只能使用MD900塔機供料，對其影響程度更深。 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，門機吊3m3和6m3臥罐入倉。分點卸料，平倉、振搗，為防止外部熱量倒灌，夏季施工時，及時覆蓋保溫被。  3.3  倉面保溫 根據(jù)設(shè)計院對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)計算，當(dāng)覆蓋一層保溫被時混凝土表面放熱系數(shù)為β=2.0 W/（M2.℃），滿足設(shè)計要求。當(dāng)氣溫降低時在重要部位加蓋一層保溫被。對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，其抗拉強度僅為抗壓強度的1/8~1/10，雖然混凝土配筋會增加其抗拉能力，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，從控制混凝土入倉溫度入手來保證其澆筑溫度，并嚴格控制水灰比等參數(shù)，保證水化熱溫升控制在設(shè)計范圍內(nèi)。根據(jù)對所發(fā)生裂縫倉號澆筑溫度的統(tǒng)計，發(fā)生裂縫的倉號在各自的澆筑時段內(nèi)的澆筑溫度是基本滿足設(shè)計的溫控要求的。 4.2  寒潮造成混凝土表面裂縫 當(dāng)氣溫驟降時，混凝土表面溫度變化較快，溫度梯度較大，而其對內(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日的短期觀測結(jié)果來看，當(dāng)倉面無積水時，保溫被內(nèi)外溫差當(dāng)氣溫最高時為6~7℃，氣溫最低時為18~20℃。當(dāng)倉面有積水或泥漿時，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，在遇到低溫時其保溫效果降低10℃左右。 據(jù)統(tǒng)計，在99年9月~12月共發(fā)生寒潮6次，各次寒潮歷時及降溫幅度見表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)計要求對裂縫及時進行了處理，防止其進一步擴大。同時制定了相應(yīng)的補救措施，更換損壞的保溫被，，在重要部位加強了保溫，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，要從多方面進行控制。 5.2  寒潮會造成混凝土表面裂縫，應(yīng)加強表面保溫，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)計要求。