電廠工程建設(shè)中混凝土板墻裂縫的原因及預(yù)防

魏安穩(wěn)

摘要：火力發(fā)電廠工程有許多板墻，這些板墻由于施工工藝原因，其熱脹冷縮和混凝土自然收縮會(huì)受到約束，約束會(huì)產(chǎn)生約束力，約束力大于混凝土抗裂強(qiáng)度時(shí)，板墻發(fā)生斷裂。對(duì)于水工混凝土而言，斷裂會(huì)導(dǎo)致漏水、會(huì)嚴(yán)重影響板墻壽命。本文旨在分析板墻發(fā)生裂縫的機(jī)理，制定預(yù)防裂縫的施工措施。

關(guān)鍵詞：火力發(fā)電廠，混凝土板墻，混凝土水化熱，混凝土收縮，混凝土徐變，約束，約束應(yīng)力，裂縫，裂縫預(yù)防。

某電廠（4×300MW燃煤電廠）土建工程施工過(guò)程中，先后發(fā)現(xiàn)循環(huán)水管道、#9輸煤隧道、主廠房電纜隧道、循環(huán)水進(jìn)水管溝和灰渣泵坑的混凝土板墻發(fā)生了許多豎向（垂直）裂縫。許多裂縫處有明顯的滲水痕跡。這些裂縫對(duì)于結(jié)構(gòu)的耐久性和電廠運(yùn)行的安全性是潛在的威脅，應(yīng)該引起工程師們的重視并予以修補(bǔ)和預(yù)防。

一、裂縫現(xiàn)象

下述板墻混凝土均用#525硅酸鹽水泥生產(chǎn)，水灰比為0.5-0.6，塌落度為10cm-14cm，單位體積水泥用量為320kg-330kg。

1、循環(huán)水排水管溝

循環(huán)水排水管溝為并排四孔方型封閉管溝，凈空寬×高=3200mm×1800mm，板厚400mm，伸縮縫間距12000mm。

施工時(shí)，先澆筑底板及500mm高側(cè)板，過(guò)一段時(shí)間（10天左右），澆筑上部側(cè)板和頂板。其裂縫多發(fā)生在內(nèi)部隔板上，外側(cè)板及頂板較少甚至沒(méi)有裂縫。裂縫間距一般為3000mm左右。

2、循環(huán)水進(jìn)水管溝

循環(huán)水進(jìn)水管溝為并排雙孔圓型封閉管道，凈空直徑為2400mm，壁厚為400mm，伸縮縫間距11200mm-15900mm。

施工方法類同循環(huán)水排水-先施工底板，后施工上部結(jié)構(gòu)。裂縫間距一般為3000mm-4000mm左右。

3、#9輸煤隧道

#9輸煤隧道為方孔型斷面，凈空寬×高=6300mm×2550mm，除底板厚為500mm，其它面板厚400mm。施工方法同循環(huán)水排水管溝-先施工底板，后施工上部結(jié)構(gòu)。裂縫間距不等，小的一般為2000mm左右。

4、灰渣泵坑坑壁

灰渣泵坑是一座24000mm×15000mm的池子，四側(cè)壁板高度不等，均坐于先期施工的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上。發(fā)現(xiàn)西側(cè)板墻上裂縫，南北側(cè)未發(fā)現(xiàn)，東側(cè)當(dāng)時(shí)未施工。發(fā)生裂縫的板墻厚240mm，1800mm高，26700mm長(zhǎng)，嵌于間距為6000mm的六根柱子內(nèi)。裂縫間距一般為3000mm-4000mm左右。

5、主廠房電終隧道

主廠房電纜隧道為方型斷面，凈空寬×高=1800mm×2000mm，壁厚為200mm，伸縮縫間距為250000mm。施工方案類同-先施工底板，后施工上部結(jié)構(gòu)。

電纜隧道上的裂縫較少，間距較大。

二、裂縫特征

綜合分析五種構(gòu)筑物混凝土板墻裂縫，大致有下列特征：

1、發(fā)生裂縫的板墻都是先施工底部混凝土板或者基礎(chǔ)，一段時(shí)間后施工上部板墻。

2、發(fā)生裂縫的都要是較長(zhǎng)的薄壁板墻。

3、同樣的板墻，如#9輸煤隧道東西兩側(cè)板墻，面向西邊的，產(chǎn)生的裂縫較多；同一板墻，西面裂縫較東面裂縫多。

4、側(cè)立墻比頂板裂縫多。

5、對(duì)于并排管溝，內(nèi)部隔墻比外部環(huán)境兩側(cè)板墻的裂縫多。

6、裸露時(shí)間較長(zhǎng)的板墻裂縫較多。

7、四月份以前施工的板墻裂縫較少，五月以后施工的板墻裂縫較我。

8、裂縫不是同時(shí)出現(xiàn)的，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而增多增長(zhǎng)；有的在28天齡期以前，有的在此后。

9、裂縫均發(fā)生在施工縫以上的板墻上，距離施工約100mm-200mm之間。

10、裂縫發(fā)生在距伸縮縫、后澆帶較遠(yuǎn)的地方，即伸縮縫和后澆帶附近沒(méi)有裂縫。

11、裂縫間距一般在3000mm左右，個(gè)別更大或者更??；裂縫寬度并不很寬；裂縫底部較寬，上部變細(xì)，許多裂縫向上發(fā)展過(guò)程中消失；裂縫是連續(xù)的、貫通的。

三、混凝土（構(gòu)件）裂縫機(jī)理分析

根據(jù)導(dǎo)致混凝土發(fā)生裂縫的原因特點(diǎn)，其裂縫大致有下列幾種：

1、受力裂縫

當(dāng)荷載產(chǎn)生的應(yīng)力超過(guò)混凝土構(gòu)件極限承載能力時(shí)，混凝土發(fā)生裂縫，包括受拉裂縫、受壓裂縫、受剪裂縫等。

2、不均勻沉降裂縫

不均勻沉降使混凝土構(gòu)件產(chǎn)生設(shè)計(jì)院未考慮的額外應(yīng)力，從而使結(jié)構(gòu)應(yīng)力超過(guò)其極限強(qiáng)度而產(chǎn)生裂縫。

3、凍融循環(huán)裂縫

4、水泥安定性不良引起的裂縫

如果水泥熟料中含游離氧化鈣太多時(shí)，在不泥水化過(guò)程中發(fā)生較大的體積膨脹而產(chǎn)生的裂縫。

5、外力裂縫

如地震或者爆炸引起的裂縫。

6、收縮裂縫

混凝土在凝結(jié)硬化過(guò)程有收縮特性。當(dāng)這些收縮受到約束時(shí)，在混凝土中會(huì)產(chǎn)生約束應(yīng)力，約束應(yīng)力有壓力，有拉力。約束壓力一般小于混凝土壓強(qiáng)度，不會(huì)導(dǎo)致混凝土發(fā)生裂縫。約束拉力在到一定程度時(shí)，大于混凝土抗拉強(qiáng)度，導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂縫。

經(jīng)過(guò)分析對(duì)比，可以確定，某電廠工程中發(fā)生的混凝土板墻裂縫，是收縮裂縫。

如圖一（自然收縮圖），板墻ABCD在自由狀態(tài)（無(wú)約束狀態(tài)）下，由于其收縮特性，在某個(gè)時(shí)間將收縮成A1B1C1D1。假設(shè)CD為受約束面并且為完全約束，AB面自由，板墻在約束和收縮共同作用下變成A2B2CD，如圖二（約束收縮圖）。換句話說(shuō)，自由狀態(tài)下的板墻A1B1C1D1在約束力作用下，被剪拉成了A2B2CD，即，板墻底部發(fā)生了水平約束應(yīng)變?chǔ)?，板墻頂端發(fā)生了水平約束應(yīng)變?chǔ)?。

ε1 =（L-L0）/L0 （1）

ε2 =（L1-L0）/L0 （2）

發(fā)生上述應(yīng)變后，板墻任意橫斷面上的任意一點(diǎn)都發(fā)生了應(yīng)變，且從下到上應(yīng)變值由ε1談到ε2。當(dāng)某點(diǎn)的應(yīng)變值超過(guò)此點(diǎn)的混凝土當(dāng)時(shí)（某個(gè)齡期）的極限應(yīng)變值時(shí)，此點(diǎn)斷裂。這些斷裂點(diǎn)連成一條線，就成為裂縫。

由于CD面為約束面，可以判斷，ε1>ε2，所以，板墻裂縫先從板墻底部開(kāi)始發(fā)生，向上發(fā)展，直到某點(diǎn)應(yīng)變值小于該點(diǎn)混凝土的極限應(yīng)變值時(shí)，裂縫終止；而當(dāng)全部斷面的應(yīng)變均大于混凝土的極限應(yīng)變值時(shí)，板墻裂縫變成從下到上的通縫。

對(duì)于板墻而言，CD面上的約束是剪力約束（見(jiàn)后文中的圖三），這種剪力需要靠板墻斷面上的拉力平衡（見(jiàn)后文中圖四），所以在板墻斷面上發(fā)生了水平拉應(yīng)變，該水平拉應(yīng)力大于板墻混凝土抗裂強(qiáng)度，使板墻發(fā)生拉裂現(xiàn)象。

工程實(shí)踐中，板墻根部的混凝土基礎(chǔ)或者根部結(jié)構(gòu)的混凝土先澆筑，齡期長(zhǎng)，強(qiáng)度大，收縮變形完成了許多甚至全部完成，它就成為后澆筑的板墻混凝土的約束體（面）。