綜合管廊結(jié)構(gòu)混凝土裂縫成因分析及預防措施研究

王戰(zhàn)國

（寧波杭州灣新區(qū)開發(fā)建設(shè)有限公司，浙江 寧波 315336）

綜合管廊結(jié)構(gòu)混凝土裂縫成因分析及預防措施研究

王戰(zhàn)國

（寧波杭州灣新區(qū)開發(fā)建設(shè)有限公司，浙江 寧波 315336）

現(xiàn)澆綜合管廊混凝土易產(chǎn)生一些裂縫，其中一些裂縫對結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性產(chǎn)生不利的影響，必須采取有效的措施對其進行防治。結(jié)合綜合管廊施工中出現(xiàn)的裂縫進行分析，首先分析裂縫產(chǎn)生的原因，然后針對這些成因制定相應的措施，以預防裂縫的產(chǎn)生?？蔀樵O(shè)計和施工提供技術(shù)參考。

綜合管廊；現(xiàn)澆；裂縫

1 工程概況

某綜合管廊為單箱雙室矩形結(jié)構(gòu)。箱體凈高3.0 m，兩室凈寬分別為1.85 m和3.15 m，兩室間用300 mm寬混凝土隔板分隔，箱體側(cè)壁、頂板、底板厚度均為350 mm，見圖1。

縱向主筋直徑為20 mm，間距為150 mm。橫向主筋直徑為14 mm，間距200 mm，見圖2。

基礎(chǔ)位于②-1層砂質(zhì)粉土層，土層描述如下：灰色，土質(zhì)不均，局部夾粉砂，干強度低，韌性低，濕，中密，局部稍密，壓縮模量Ea=11.74 MPa，地基承載力fak=130 kPa。②-1層砂質(zhì)粉土層承載力較高、沿管廊方向分布比較均勻。對于避免綜合管廊出現(xiàn)沉降差較為有利，見圖3。

基坑井點降水后，放坡開挖施工，管廊具體施工流程如下：

（1）深井降水：深度12 m，縱向間距14 m，交叉布置在開挖溝槽基坑兩側(cè)，距離二級放坡平臺邊0.5 m左右。在基坑開挖前十天進行抽水，每天24 h派人現(xiàn)場值班。降水終止時間：待管廊結(jié)構(gòu)全部完成，混凝土強度達到100%，石屑、回填土回填至管廊頂部以上100 cm后；

（2）第一級放坡開挖，棄土（至槽底4 m深度以外，1∶1放坡）；

（3）第二級放坡開挖，（槽底預留10～20 cm人工清底）棄土（4 m以內(nèi)，1∶1放坡）；

（4）槽底基礎(chǔ)墊層以下50 cm厚宕渣+10 cm厚碎石找平層攤鋪、壓實，邊坡噴錨；

（5）基礎(chǔ)墊層、變形縫下型鋼處理、防水層施工；

（6）管廊底板扎筋、立模（施工縫設(shè)置在底板腋角頂以上30 cm處）；

（7）底板澆筑；

（8）內(nèi)支架搭設(shè)，立內(nèi)模；

（9）頂板、墻身扎筋；

（10）立外模，澆筑混凝土；

（11）混凝土養(yǎng)護。

2 設(shè)計標準

（1）防水混凝土強度等級：C45，抗?jié)B等級為P8。

（2）水泥宜選用強度等級不低于42.5的普通硅酸鹽水泥。

（3）管廊混凝土內(nèi)應根據(jù)氯離子腐蝕需要量摻入鋼筋阻銹劑，礦物摻和料耐腐蝕材料。

（4）管廊底板、井壁和頂板混凝土內(nèi)宜摻入高效抗裂防水劑?？?jié)B等級及限制膨脹率為0.02%～0.03%。

（5）施工養(yǎng)護要求：混凝土澆筑后立即覆蓋并加濕養(yǎng)護，養(yǎng)護現(xiàn)場混凝土的強度不低于28 d標準的50%，且不小于14 d。

3 裂縫情況

管廊頂板、側(cè)墻結(jié)構(gòu)混凝土在2016年4月采用木模澆筑了三節(jié)30 m+25 m+37 m，24～48 h后拆模，拆模后未發(fā)現(xiàn)墻面裂縫，至7～14 d后發(fā)現(xiàn)初始裂縫（2～6條）；2016年5月管廊分三個施工點同時大面積施工，采用木模共澆筑了21節(jié)頂板、側(cè)墻結(jié)構(gòu)，48～72 h后拆模，除局部分節(jié)長度小于25 m段外，其余分節(jié)長度在30 m的管廊段在拆模后外墻體表面即發(fā)現(xiàn)微傾斜的豎向裂縫，裂縫比較明顯，形式、規(guī)格基本一致，在二次澆筑施工縫（墻體根部）處開裂比較明顯，從二次澆筑施工縫（墻體根部）一直向上延伸到頂板下，目測及借助放大鏡觀察裂縫寬度在0.2～0.3 mm左右，常見部位位于變形縫以內(nèi)3～5 m處，其余在節(jié)段中間部位分布，見圖4。

圖1 綜合管廊標準斷面（單位：mm）

圖2 綜合管廊標準斷面配筋圖（單位：mm）

圖3 地質(zhì)剖面圖

圖4 綜合管廊裂縫現(xiàn)場照片

根據(jù)后期施工觀測，管廊內(nèi)側(cè)墻體基本在澆筑完成后15 d至一個月內(nèi)發(fā)現(xiàn)裂縫，同外墻從二次澆筑施工縫（墻體根部）一直向上延伸到頂板，為微傾斜的豎向裂縫，比較明顯，形式、規(guī)格基本一致，目前內(nèi)側(cè)裂縫數(shù)量已超過對應的外墻裂縫數(shù)量，且與外墻裂縫位置基本對稱。

分節(jié)長度在30 m及以上的管廊段南側(cè)外墻裂縫數(shù)量為7～17條，最小間距1.0 m，最大間距6.9 m；北側(cè)外墻裂縫數(shù)量為5～10條，最小間距1.0 m，最大間距7.9 m；

南側(cè)內(nèi)墻裂縫數(shù)量為8～20條，最小間距0.9m，最大間距2.8 m；北側(cè)內(nèi)墻裂縫數(shù)量為6～7條，最小間距1.2 m，最大間距4.8 m；內(nèi)部頂板已發(fā)現(xiàn)裂縫，與兩側(cè)墻體呈環(huán)向連接，環(huán)向裂縫占裂縫總數(shù)的60%～90%。

分節(jié)長度在25 m及以下的管廊段南側(cè)外墻裂縫數(shù)量為2～6條，最小間距2.85 m，最大間距7.15 m；北側(cè)外墻裂縫數(shù)量為0～6條，最小間距2.3 m，最大間距3.6 m；

南側(cè)內(nèi)墻裂縫數(shù)量為1～2條；北側(cè)內(nèi)墻裂縫數(shù)量為0～6條，最小間距1.6 m，最大間距3.5 m；內(nèi)部頂板部分發(fā)現(xiàn)裂縫，與兩側(cè)墻體呈環(huán)向連接，環(huán)向裂縫占裂縫總數(shù)的0%～50%。

對裂縫進行歸類后，詳見表1。

表1 裂縫間距

4 裂縫性質(zhì)

管廊墻體裂縫出現(xiàn)較早。即在混凝土澆灌初凝后不久就發(fā)生且基坑尚未回填，屬早期裂縫，它的出現(xiàn)與基礎(chǔ)沉降、上部荷載無關(guān)。裂縫現(xiàn)象分布較有規(guī)律，所有裂縫均顯垂直分布，裂縫長度基本與澆筑高度相同，裂縫寬度基本相同。由此判定為溫度收縮裂縫。裂縫根據(jù)上述裂縫歸類表，可見分節(jié)長度越長，裂縫間距越小。即分節(jié)長度越長溫度收縮產(chǎn)生的內(nèi)力越大，裂縫數(shù)量越多。

5 裂縫成因分析

5.1 混凝土自身的收縮性能

混凝土的收縮是一項很重要的性能指標，而影響混凝土收縮的因素很多，對于本工程來說，主要有以下因素：

（1）水泥漿的化學收縮

據(jù)有關(guān)資料記載[3]，對于硅酸鹽水泥來說，每100 g水泥的減縮總量約為7～9 ml。如果每立方米混凝土中水泥用量為250 kg，則體系中減縮量將達20 l/m3，占混凝土體積量的2%，可見混凝土的化學減縮值是相當大的。

（2）混凝土的失水收縮

混凝土在失水過程中，較大孔隙中的自由水失去所引起的干燥收縮值雖然不大，但因留下孔洞則必然降低混凝土的防水抗?jié)B能力。而較小的毛細管中水的失去時將因水的表面張力的增大而引起混凝土的收縮。失水收縮是混凝土產(chǎn)生裂縫的主要原因。一般混凝土的失水收縮在0.3～0.6 mm/m之間，遠大于因化學作用而引起的化學收縮。

（3）混凝土的熱脹冷縮

由于水泥水化時產(chǎn)生的水化熱將導致早期混凝土的熱脹，隨著時間的推移，水化熱將下降，溫度下降后的混凝土將產(chǎn)生冷縮，當冷縮應力大于混凝土的抗拉強度時，將造成混凝土開裂。水泥水化熱的大小與水泥品種、礦物組成、水泥用量有關(guān)。水泥用量越大水化熱越高。

5.2 設(shè)計缺陷

（1）泵送混凝土的采用和混凝土強度等級（C45）的過高是管廊墻板開裂的不利因素。

由于要保證混凝土的工作性能，既方便施工、又容易泵送，唯一的方法就是增加混凝土內(nèi)漿量的體積。作為混凝土內(nèi)主要組成材料的集料來講其隨溫度和濕度的體積變形是非常小的，它的存在使混凝土比單純的水泥漿具有更高的體積穩(wěn)定性和更好的耐久性。而漿量的體積增加，必然導致混凝土變形量的增加，相應的收縮也就增加。由于混凝土強度等級的提高，水泥用量也隨之增加，水泥的增加導致了水化熱的提高，增大了早期混凝土的熱脹，從而加大了混凝土溫度降低以后的冷縮。

（2）綜合管廊配筋不合理、伸縮縫間距過大是綜合管廊開裂的一個重要因素。

綜合管廊斷面縱橫向配筋間距及鋼筋直徑設(shè)置不合理，間距過大、鋼筋直徑過粗、配筋率過低，混凝土的干縮變形不均勻，鋼筋不能完全承擔混凝土的收縮應力，從而盡導致收縮應力過大而造成的混凝土開裂。

現(xiàn)澆混凝土綜合管廊結(jié)構(gòu)變形縫的最大間距應為30 m[2]，超過該值時，產(chǎn)生的溫度、收縮應力過大。

5.3 施工不合理

施工養(yǎng)護等措施不到位、混凝土過早失水，導致裂縫產(chǎn)生。

底板與頂板的二次澆筑間隔時間過長，混凝土的干縮嚴重，導致裂縫產(chǎn)生。

因市場膨脹劑品種繁多，在穩(wěn)定性無法控制，膨脹時間與混凝土干縮不能同步發(fā)生，導致裂縫無法得到有效控制。

6 預防對策

根據(jù)以上原因，采取預防裂縫的措施如下：

（1）混凝土由C45調(diào)整為C40，從而減少水泥用量，降低了混凝土的熱脹。適量摻入粉煤灰，粉煤灰的二次反應要在混凝土澆筑14 d以后才開始進行，從而可推遲水泥水化熱峰值的出現(xiàn)，以利于混凝土的養(yǎng)護工作。管廊外墻板混凝土粉煤灰的適宜摻量為水泥用量的15%～20%?；炷镣饧觿┲胁捎酶咝p水劑（內(nèi)含緩凝劑等），降低混凝土的單位用水量，減少混凝土水灰比，不僅可以減少單位用水量10%～20%，還可減少水泥用量8%～15%，從而起到提高混凝土強度和耐久性的作用，真正使混凝土的收縮值降到最低。另加聚丙烯腈纖維（1 kg/m3）來替代膨脹劑。加纖維可以減少裂縫產(chǎn)生。

（2）混凝土墻內(nèi)鋼筋，縱橫向間距由原設(shè)計@200調(diào)整為@150。從理論和工程實例的情況表明，外墻板應配置雙排分布鋼筋網(wǎng)，其最小配筋率宜為0.25%,水平方向橫向筋的間距宜為100～150 mm，直徑宜為10～14 mm。為增加管廊墻板鋼筋混凝土的抗拉強度[1]。

（3）管廊外墻長期暴露。管廊外墻結(jié)構(gòu)對溫度、濕度變化較敏感，常因附加的溫度收縮應力導致墻體開裂。建議管廊變形縫之間的分節(jié)長度控制在25 m左右。

（4）建議管廊結(jié)構(gòu)施工完成、條件具備后盡快回填，減少暴露時間。

（5）盡量縮短底板與頂板的二次澆筑間隔時間混凝土收縮。底板澆搗完成后，墻板、頂板在10 d內(nèi)完成混凝土澆搗。

（6）飽水養(yǎng)護最簡單的方法就是澆水養(yǎng)護，有條件可采用噴淋養(yǎng)護，澆水養(yǎng)護的時間原則上要大于14 d，如果條件允許，也可適當延長時間。

7 結(jié)論

本工程后期的綜合管廊節(jié)段均采用本文提出的預防措施進行施工，裂縫數(shù)量得到有效的控制，達到了預期的效果，可為類似工程提供一定的借鑒。主要結(jié)論如下：

（1）對于綜合管廊等長條型結(jié)構(gòu)，一般環(huán)境采用C35混凝土，特殊環(huán)境根據(jù)環(huán)境特點選用混凝土等級，原則上采用不大于C40混凝土。

（2）縱橫向鋼筋間距不宜過大，間距一般不大于150 mm。

（3）混凝土結(jié)構(gòu)養(yǎng)護必須按照要求加強養(yǎng)護、養(yǎng)護時間滿足要求。

[1]GB50010-2010,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S],

[2]GB 50838-2012,城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范[S].

[3]單海飛,高石磊.建筑結(jié)構(gòu)裂縫成因及防治探討[J].科技致富向?qū)?2010(11):136.

TU528.1

B

1009-7716（2017）10-0120-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.10.036

2017-05-16

王戰(zhàn)國（1981-），男，浙江寧波人，高級工程師，從事工程建設(shè)管理工作。