薄壁结构池体裂缝分析及处理

李 斌，怀洪臣

（中国机械设备工程股份有限公司，北京 100055）

1 工程概况

刚果共和国吉利饮用水处理二期新建项目位于刚果人民共和国首都布拉柴维尔市北部，距市中心区约25 km，建设规模12.6万t/d。刚果气候条件差，材料可选择性小，给工程施工带来很大掣肘。对外合同的技术条款限制了水泥的最低用量，混凝土强度等级比设计强度等级提高了一个等级，这些原因都给项目的混凝土施工带来很大不利。在建设过程中清水池池壁等部位出现纵向贯穿裂缝，通过对裂缝的综合分析和多方论证，积极改善可控因素，达到了对后续各单体工程裂缝有效控制的目的。本文就该项目裂缝的成因、控制，以及修复等方面进行分析，以期可为境外类似条件的项目施工提供参考。

2 裂缝性质分析

清水池池壁裂缝主要出现在池体长边侧壁上，裂缝为纵向裂缝，长度为从池壁顶部至底部，裂缝宽度为0.3～0.85 mm，沿截面高度呈上宽下窄，个别为下宽上窄。裂缝发现时间几乎全部在3 d以内拆模时。从而判定裂缝为温度裂缝。

3 裂缝成因分析

混凝土裂缝的产生是多方面原因造成的，材料质量不好，设计不合理，施工问题，施工环境恶劣等都可能造成裂缝。

3.1 材料因素

3.1.1水泥

受刚果当地条件所限，当地只有两种水泥可以选择，都属于早强型水泥，根据现场池体混凝土回弹发现，C35混凝土池壁1d强度达到16 MPa，3 d强度达到了30 MPa，达到了混凝土强度的86%，造成混凝土早期水化热过大，混凝土内部温度可达70～80℃，随混凝土温度的降低，降温差引起的变形和混凝土失水引起的体积收缩，内部拉应力过大。

3.1.2骨料

当地可采购到的碎石级配不合理，含泥量高，针片状物含量大。刚果当地无中粗河砂，搅拌混凝土只能采用人工砂或天然砂。当地的天然砂细度模数比较小，相应水泥用量需加大，砂石料为露天存放，在刚果强日照条件下，骨料的温度偏高。

3.2 设计因素

(1)混凝土强度偏高，该项目清水池池壁设计混凝土强度为C30，因合同技术条件试验标准分歧，提高到C35，水泥用量偏大，水化热大，收缩大。

(2)伸缩缝间距大，设计考虑的伸缩缝间距是按国内的一般情况考虑的，在刚果这个比较特别的气候等条件下，应该适当缩小伸缩缝的间距。

(3)清水池壁水平钢筋间距基本都是200 mm，偏大，不能有效抵抗混凝土的收缩应力，在变截面处未加设构造钢筋。

3.3 施工因素

3.3.1 混凝土拌合用水量控制不严

现场混凝土搅拌按照实验室配合比报告进行，刚果多雨，砂石料含水率没有及时检测，未能及时根据开盘鉴定数据进行调整。用水量基本依靠坍落度的形式控制，实际用水量与实验室配合比用水量偏差控制不严。

3.3.2 水泥、掺和料用量控制不严

水泥和粉煤灰由当地劳务人工添加，依据每袋水泥、粉煤灰重量大致计算，加入量不精确；混凝土浇筑时间偏长的时候，工人容易出现疲劳而发生失误。

3.3.3 混凝土浇筑控制不严

混凝土浇筑时存在振捣不到位，混凝土自由落料高度超过2 m，混凝土浇筑时分层高度偏高。

3.3.4 混凝土的养护因素

混凝土早期养护不及时，养护时未及时加以覆盖。

3.4 环境因素

刚果日照强烈，正午太阳直射条件下气温可达将近50℃，夜晚气温较低，约为23℃左右，昼夜温差大。

4 裂缝控制

混凝土裂缝的形成是很多原因造成的，任何一个方面的问题都可能使混凝土产生裂缝。吉利水厂项目主要通过以下几个方面实现了混凝土裂缝的有效控制。

4.1 材料控制

在当地既定的材料条件下，材料的控制主要体现在降低骨料的含泥量，改善骨料保水性，降低喂料时骨料温度，在混凝土搅拌前，使用混凝土拌合用水相同的冷水对碎石冲洗。对使用的含泥量较高的人工砂与天然沙更换为河沙，大大地降低了含泥量。

4.2 设计控制

进行设计优化。根据当地条件合理设置伸缩缝，在细长结构变截面处加配构造筋，增加混凝土结构抵抗内应力能力。遗憾的是因境外设计审批时限限制，吉利水厂项目无法进行更进一步的设计优化。

4.3 施工控制

4.3.1配合比控制

混凝土配合比根据现场实际情况进行优化，优化骨料级配，对不同粒径碎石进行合理搭配，使其堆积密度达到最大，使用河沙代替人工砂和天然砂，降低水泥使用量，降低水化热；在满足强度条件和合同技术条件要求的最低水泥用量条件下，尽可能增加掺合料数量，增加混凝土和易性，减少水泥用量，降低水化热，控制混凝土绝热温升，改善工作性能，增进后期强度，提高耐久性。添加高效缓凝减水剂，延长混凝土初凝、终凝时间，控制坍落度经时损失，使其较长时间保持良好的和易性，推迟放热峰值出现时间，提高混凝土的密实性，改善耐久性。

4.3.2 工艺控制

加细分仓，跳仓施工。根据刚果当地条件，分仓长度要远小于国内常规施工分仓长度，以12 m左右设置一分仓为宜，根据实际情况调整。分仓施工可以使混凝土应力得到有效释放，降低结构因地基沉降变形和内应力变形而产生裂缝的风险。

浇筑过程中，应不断观察模板、钢筋、支架、预埋件和预留孔洞情况，模板构造要合理，以防止模板间的变形不同而导致混凝土裂缝；模板和支架要有足够的刚度，防止施工荷载作用下，模板变形过大造成开裂，合理掌握拆模时机，拆模时间不能过早，应保证早龄期混凝土不损坏或不开裂，但也不能太晚，尽可能不要错过混凝土水化热峰值，即不要错过最佳养护时机。过程中如果发现有变形或位移时，立即停止浇筑，并在混凝土凝结前完成修整。

浇筑时另取3组混凝土试样，与结构同条件养护，根据混凝土试样强度发展情况了解其与产生裂缝的关系。

混凝土分层浇筑，严格按照规范要求执行；控制混凝土自由落料高度在2 m以下，防止混凝土发生离析；混凝土浇筑前在底部先填50 mm与混凝土成分相同的水泥砂浆；混凝土浇捣时，振捣棒要快插慢拔，根据不同的混凝土坍落度正确掌握振捣时间，避免过振或漏振，采用二次振捣、二次抹面技术，以排除混凝土内部的水分和气泡。

混凝土养护要跟进及时，工序紧凑，在二次抹压时要一边抹压，一边覆盖，避免太阳直射混凝土表面。对新浇混凝土的早期养护工作尤为重要，以保证混凝土在早期尽可能少产生收缩。主要是控制好构件的湿润养护，有条件时宜采用蓄水或流水养护。混凝土养护时间不少于14 d。当混凝土达到一定强度后，及时注水养护。

对于地下结构混凝土，尽早进行回填土，对减少裂缝有利。

4.3.3 施工管理控制

试验室和施工现场应联动控制。现场混凝土拌合严格按照实验室配比单进行；试验人员到现场观察混凝土搅拌站的喂料情况、每盘拌合时间不得少于90 s，对于胶凝材料和外加材料喂料不足、混凝土拌合时间等不符合规定的混凝土不得用于现场浇筑；严格控制混凝土拌合水用量，混凝土拌合用水量和实验室配合比用水量偏差不得超过5 kg；搅拌人员的指令源只能是试验人员，浇筑现场人员不得对搅拌人员做出任何更改混凝土配比的指令，浇筑混凝土配合比根据现场实际情况进行的微调指令只能由实验人员发出。重点控制第一罐混凝土坍落度与和易性。

混凝土运输、浇筑机具应准备充足，所有机具设备浇筑前进行试运转，并配有专业维修人员随时检修。浇筑前必须提前考虑到混凝土浇筑的备用设备和应急方案，以防混凝土浇筑过程中机械设备出现故障时不能完成一次连续浇筑而造成施工冷逢。

根据当地经验掌握天气变化情况，避免在雷雨或大风天气下进行混凝土浇筑施工，同时，避开高温时段开始混凝土浇筑为宜。保证混凝土浇筑的连续性，确保混凝土浇筑质量。

5 裂缝修复

5.1 裂缝的修复工序（见图1）

图1 裂缝修复工序流程图

5.2 施工步骤

（1）首先对各单体进行外观检查，查找出现裂纹的位置，然后对工艺设计需要盛水的水池进行满水检测，重点观察出现裂纹的位置渗水情况。对渗水和不渗水的裂纹分别标识，注意区分。

（2）对于满水检测不渗水的裂纹，顺裂纹方向，自上而下凿开宽3 cm，深2 cm的V型槽，成型后将V型槽内部清扫干净，然后用堵漏王对V型槽填充抹面，保证抹面外观质量。

（3）对于满水检测出现渗水的裂纹，在池壁内部首先顺裂纹方向，自上而下进行表面清理，接着自上而下每隔25 cm左右用直径为14 mm的钻头钻孔，孔深为池壁厚度的1/2，用泵压水入缝隙检查，然后进行高压注浆，注浆完毕后封嘴，再次满水实验合格后，将池外壁凿3 cm宽，2 cm深的V型槽，将槽内清理干净然后用堵漏王填充抹面。

灌浆法是利用灌机的持续高压，将胶结材料液灌注到混凝土内部缝隙中，并将缝中的水完全挤走，将缝隙完全注浆饱满，胶结材料硬化后，与混凝土形成一个整体，从而起到封堵的目的，胶结材料为聚氨酯灌浆料型号为DM-510/DM-510R。

灌浆堵漏施工顺序为：混凝土裂缝表面处理—布咀封闭—压水试漏—灌浆—封孔。

a.找出漏水点，把漏水部位清理干净。

b.钻孔：裂缝两端头直接在缝上钻孔，端头各一个，中间段裂缝使用电锤钻孔工具沿裂缝两边倾斜45°角左右交叉钻孔，钻头直径为14 mm，钻孔必须穿过裂缝，但不得将结构打穿，钻孔与裂缝之间的距离小于1/2结构厚度，孔间间距25 cm左右。

c.用DM-400抗渗1号将预埋好的灌浆嘴进行封闭。

d.用泵压水入缝隙，了解各孔之间串通情况和止封效果，若有漏水处则漏水处重新封闭，此处用水量可以作为注浆液的参考用量。

e.灌浆：使用电动注浆机将聚氨酯灌浆料从注浆咀中注入混凝土裂缝，立面灌浆顺序为由下向上，平面可从一端开始，单孔逐一连续进行。24 h后去掉灌浆咀，用抗渗1号进行封闭。

5.3 灌浆机及灌浆液的选用

根据现场实际情况，选用微型电动高压注浆机，它适用于操作不方便的场合，整机重量只有6.5 kg，灌浆流量为7 L/min。

灌浆液选用北京德美建筑材料工程有限公司生产的（疏水型）聚氨酯灌浆料（又名PU灌浆止漏胶）由聚醚多元醇、多异氰酸酯及多种助剂组成。

5.4 修复时间的把握

裂缝修复的时间不宜过早或过晚，应在裂缝发展趋于稳定后再行修复，控制在100 d左右为宜。

6 结语

裂缝是混凝土施工的一种质量通病。首先，要对混凝土配合比进行优化；同时，施工过程中对混凝土的振捣密实与养护到位也是有效的控制措施。对有蓄水要求的薄壁结构池体贯穿裂缝不仅影响到了其外观质量而且影响了其使用功能。随着我国经济发展，境外工程施工越来越多，对于工程条件有诸多限制的境外工程而言，综合考虑混凝土裂缝成因，对可控因素进行积极控制，可以降低裂缝出现数量甚至避免出现裂缝，提高工程质量，节约工程成本。

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