1、浅谈刘家峡排沙洞混凝土裂缝的成因及预防摘要：混凝土的裂缝问题是一个普遍存在的工程质量问题，提高混凝土质量，及时解决裂缝问题尤为重要和突出，必须十分重视混凝土裂缝成因的分析及预防，本文对刘家峡洮河口排沙洞混凝土在浇筑过程中产生的裂缝成因进行了探讨分析，并有针对性地提出了一些预防措施，对后期混凝土防裂提供了技术保证。 关键词：刘家峡排沙洞混凝土裂缝成因及预防 中图分类号：TU375 文献标识码：A 1.概述 黄河刘家峡水电站位于甘肃省永靖县的黄河干流上，洮河口排沙洞工程位于刘家峡水电站左岸。排沙洞混凝土主要包括排沙洞洞身段衬砌（0-018.6001+273.33 m，含进、出口闸门井） 、发电岔洞
2、(引 0-273.00m 以前)衬砌，出口泄槽、挑流鼻坎、闸室地面建筑等混凝土。在施工过程中，由于混凝土的施工和本身变形、约束等一系列因素，均产生大量的表面裂缝和贯穿性裂缝。因为裂缝的存在和发展，会影响到主体建筑物的结构受力状况与质量要求，给建筑物结构的运行带来不确定性，而且易导致建筑物内部钢筋锈蚀，降低建筑物结构的耐久性，甚至会引起渗透变形，危及排沙洞建筑物的稳定性和正常运行。由此可见，分析裂缝的成因，探讨防治措施，对混凝土建筑物的应用有着极其重要的意义。 2.混凝土裂缝的成因 混凝土裂缝产生的形式和种类很多，有设计方面的原因，但更多的是施工过程的各种因素组合产生的，要根本解决混凝土中裂缝问
3、题，还是需要从混凝土裂缝的形成原因人手。正确判断和分析混凝土裂缝的成因是有效地控制和减少混凝土裂缝产生的最有效的途径。混凝土是由水泥、砂、石、空气、水组成的多相结合体，由于混凝土的组成材料、微观构造以及所受外界影响的不同，混凝土裂缝产生的原因也有很多种：大体积混凝土水化时产生的大量水化热得不到散发，会形成裂缝；混凝土在硬化的过程中由于干缩引起的体积变形受到约束会形成裂缝；当有约束时，混凝土热胀冷缩所产生的体积胀缩因为受到约束力的限制，从而形成裂缝；在炎热或大风天气、构件承受荷载、当结构的基础出现不均匀沉降时、当钢筋混凝土构件处于不利的环境中，等等情况下均有可能形成裂缝。 在刘家峡排沙洞混凝土衬
4、砌过程中，对7884（0+902.820+985.95）段共计 83.13m 范围的裂缝进行了普查与分析，普查结果如下 排沙洞 0+902.820+985.95 段裂缝普查结果表 位置桩号 裂缝名称 裂缝宽度及长度 裂缝深度、 溶出物 混凝土浇筑时间 0+902.82 0+913.95（78 仓） 78-1-a 78-1-b 78-2-a 78-2-b 0.3mm0.1mm、2.6m 0.4mm0.1mm、6.8m 0.4mm0.1mm、0.9m 0.5mm0.1mm、0.85m 浅层裂缝、 无 浅层裂缝、 无 贯穿裂缝、泛碱 浅层裂缝、 无 2008 年 7 月 27 日28 日 2008
5、年 12 月 5 日7 日 0+913.95 0+925.95（79 仓） 79-1-a 79-1-b 79-1-c 0.3mm0.1mm、2.9m 0.4mm0.1mm、3.4m 0.2mm0.1mm、2.5m 贯穿裂缝、渗水 浅层裂缝、 无 浅层裂缝、 无 2008 年 7 月 2 日3 日 0+925.95 0+937.95（80 仓） 80-1-a 80-2-a 80-2-b 0.5mm0.2mm、 8.2m 0.5mm0.2mm、 6m 0.4mm0.1mm、1.9m 浅层裂缝、 无 浅层裂缝、无 浅层裂缝、无 2008 年 6 月 29 日30 日 2008 年 10 月 14 日
6、16 日 0+937.95 0+945.95（81 仓） 80-1-a 0.4mm0.2mm、2.95m 浅层裂缝、 无 2008 年 6 月 26 日27 日 0+945.95 0+961.95（82 仓） 82-1-a 82-1-b 82-1-c 82-2-a 0.3mm0.1mm、3.5m 0.4mm0.1mm、4.6m 0.4mm0.1mm、4.1m 0.5mm0.2mm、 2.5m 贯穿裂缝、渗水 浅层裂缝、 无 贯穿裂缝、泛碱 贯穿裂缝、泛碱 2008 年 6 月 29 日30 日 2008 年 10 月 4 日6 日 0+961.95 0+973.95（83 仓） 83-1-a
7、83-1-b 83-2-a 0.3mm0.1mm、3.2m 0.4mm0.1mm、3.4m 0.4mm0.2mm、 7.2m 浅层裂缝、 无 浅层裂缝、 无 贯穿裂缝、泛碱 2008 年 6 月 12 日13 日 2008 年 9 月 28 日30 日 0+973.95 0+985.95（84 仓） 84-1-a 0.5mm0.1mm、3.8m 浅层裂缝、 无 2008 年 6 月 1 日2 日 排沙洞 0+902.820+985.95 段混凝土施工经历了夏季、冬季具有一定的代表性，通过检查共发现裂缝 19 条，底拱范围裂缝较多共计 13 条（圆心 60范围） ，均在夏季施工；边顶拱 6 条，
8、均在冬季施工。底拱13 条裂缝有 12 条为浅层表面裂缝，3 条贯穿渗水 1 条有白色溶出物，5条环向 8 条纵向。顶拱 6 条裂缝有 3 条为浅层表面裂缝，3 条贯穿渗水，且有白色溶出物，4 条环向 2 条纵向。通过对裂缝的分析，认为底拱大多为浅层表面裂缝，顶拱主要为贯穿的深层裂缝（混凝土衬砌厚度为60cm、80cm） 。大部份裂缝是由非荷载因素引起的，如温度变化、混凝土收缩、基础不均匀或突变等。 2.1 温度变化引起的裂缝 根据分析气温的剧烈变化是引起混凝土表面裂缝的主要原因，裂缝的形成主要为混凝土的温度变形受到约束而产生的，约束主要有两种，一种是混凝土浇筑初期的水化热升温，产生膨胀即通常
9、所说的热胀冷缩，当变形受到约束（基础岩石）时，便产生了裂缝，约束的程度越大，裂缝就越宽。另一种为混凝土浇筑初期暴露面遇到外界气温的聚降，混凝土内部的膨胀约束了表层剧冷混凝土的收缩变形，出现表面裂缝。 刘家峡洮河口排沙洞 0+902.820+985.95 段混凝土底拱在夏季施工，边顶拱部分在冬季施工，2008 年夏季刘家峡地区最高温度达到 38，拌和楼混凝土机口温度最高达到 24，洞内基本处于恒温保持在 15左右，混凝土从拌和楼到施工现场约 5km，采用混凝土搅拌车运输（运输过程混凝土本身在升温状态） ，浇筑温度最高达到 27。为此，温度的变化使混凝土表面发生大量的裂缝。是由于混凝土在硬化过程中
10、，水泥和水起化学反应，产生大量的水化热引起混凝土的温度上升，混凝土内部和外部温差过大，就将产生温度应力，致使结构内部受压，外部受拉。混凝土在硬化初期，只有很低的抗拉强度，由内外温度差引起的拉应力超过混凝土早期抗拉强度时，混凝土就要产生裂缝。 2.2 混凝土收缩引起的裂缝 混凝土在空气中结硬时，体积要缩小，产生收缩变形，当受到约束时，就可能导致裂缝的产生。底拱 13 条裂缝中，有 5 条为环向裂缝，均分布在靠近仓号的两个断头部位，距仓号分缝约 1.5m2.5m 范围内。经过分析得出结论为混凝土收缩产生裂缝。排沙洞分仓长度按 12m 控制，且浇筑在夏季，混凝土收缩变形速度快，但分仓长度过大约束了混
11、凝土的自由收缩，产生了裂缝。 同时，在 84 仓混凝土浇筑完成后，发现混凝土表面产生了多条细小龟裂（0.05mm 以下未做统计） ，经过判断可能是混凝土在凝结之前，闸门井通风影响混凝土表面因失水较快而产生了塑性收缩（84 仓距出口闸门井 30m） 。混凝土表面失水过快，造成毛细管中产生较大的负压而使混凝土体积急剧收缩，而此时混凝土的强度又无法抵抗其本身收缩，因此产生龟裂。 2.3 基础不均匀或突变引起的裂缝 排沙洞在底拱开挖时，水平预裂爆破控制不好，造成了大量的超挖，超挖体型不一多为“坑”状，最大超挖坑达 2.3m 深，在后期混凝土浇筑时，出现了混凝土厚度相差过大，在 0+916 处 3m2
12、范围内混凝土厚度有最厚 1.85m 最薄 0.6m，如此大的变化，在混凝土内部升温发生变化时，薄层处提前遇到基岩，受到基础约束，而相邻混凝土还没有受到约束或约束小，造成混凝土裂缝。同时在 82 仓（0+945.950+961.95）遇到两类岩石，类围岩和类围岩同时存在，开挖半径有所变化，衬砌厚度类为 80cm、类为 120cm，开挖按 90坡比衔接，在混凝土浇筑完成后，此部位出现了一道深层贯穿裂缝 82-1-c，通过分析认为是基础体型突变引发裂缝。 2.4 冻胀引起的裂缝 刘家峡洮河口排沙洞 0+902.820+985.95 段混凝土边顶拱部分在冬季施工，2008 年刘家峡气温低于零度，混凝土
13、中膨胀力加大，混凝土强度降低，导致裂缝出现。尤其是混凝土初凝时受冻最严重，成龄后混凝土强度损失可达 30%50%。 3.混凝土裂缝的预防 混凝土裂缝的有效预防是保证混凝土质量的前提。为此，根据混凝土裂缝成因，采取适当措施进行预防要比事后补救有效的多。也就是说采取事前预防的控制方法，归纳起来，可以从以下几个方面着手： 3.1 温度变化引起裂缝的预防 防止混凝土表面裂缝主要应控制混凝土的自身温度和外界温度的温差，防止气温聚降在混凝土表面引起剧烈的温度下降，具体方法有：合理选用水泥，尽量选用低热或中热水泥；掺加粉煤灰或高效减少水剂等来减少水泥用量，将水泥用量尽量控制在 300kg/m3 左右，降低水
14、化热；降低水灰比，一般混凝土的水灰比控制在 0.50 以下；在混凝土运输过程中，做到夏季隔热冬季保温；在混凝土中掺加一定量的具有减水、增塑、缓凝等作用的外加剂，改善混凝土拌和物的流动性、保水性，降低水热化，推迟热峰出现的时间；合理安排施工工序，分层、分块浇筑，以利于散热，减小约束；加强混凝土早期保护，在 2-5 天日平均气温下降 7以上的，就及时进行混凝土表面保温；合理控制混凝土浇筑温度，尽可能降低混凝土表层与周围气温的差值，夏季浇筑的拆模后及时进行洒水养护、寒冷季节浇筑的拆模后立即进行保温； 3.2 混凝土收缩引起裂缝的预防 防止和减少收缩裂缝的措施：通过试验确定理想的分仓长度，合理设置收缩
15、缝；改善混凝土性能，降低水灰比，减少水泥用量；加强混凝土夏季的养护和冬季的保温，并适应当延长混凝土保温覆盖时间。3.3 基础不均匀或突变引起裂缝的预防 此类裂缝的形成与设计有一定的原因，施工工艺及工程控制不好是造成裂缝发生的主要原因，为此防止和减少裂缝的措施：设计合理的体型变化坡度，一般基础设计 1：1 衔接，同时最好在体型突变处预留沉降缝；加强施工工艺，强化质量控制，尽可能使基础开挖面平整；对一些超挖严重的部位采取提前回填混凝土至设计开挖线，回填混凝土的强度与基础岩石强度近似为宜。 3.4 冻胀引起裂缝的预防 温度低于零度和混凝土吸水饱和是发生冻胀破坏的必要条件。冬季施工时，采用电气加热法、
16、暖棚法、地下蓄热法、蒸汽加热法养护以及在混凝土拌和水中掺入防冻剂（但氯盐不宜使用） ，可保证混凝土在低温或负温条件下硬化。 4.结束语 通过对排沙洞 7884（0+902.820+985.95）段共计 83.13m 范围的裂缝的分析结果，制定了防裂措施并在后续混凝土施工中得以应用，有效防止了混凝土裂缝的发生，对混凝土防裂取得了较好效果，截止 2010 年6 月刘家峡洮河口排沙洞混凝土已经全部施工完成，其施工质量满足设计要求。 参考文献 1、中华人民共和国住房和城乡建设部混凝土结构设计规范【S】 2002 年 4 月 1 日 2、中国建筑科学研究院 混凝土结构工程施工规范【S】2008 年 2 月 3、长江勘测规划设计研究院 水工混凝土结构设计规范【S】2009年 2 月 10 日
