核電廠大體積混凝土取水管廊裂縫原因及控制措施

黃衛(wèi)兵

摘 要：本文以某核電廠地下大體積混凝土結(jié)構(gòu)取水管廊為研究對象，探討大體積混凝土澆筑后產(chǎn)生裂縫的原因，并對其進(jìn)行修復(fù)處理，研究總結(jié)了施工工序控制措施。結(jié)果表明，裂縫是施工過程中溫度變化、施工工藝等各類因素綜合作用的結(jié)果。為此，在混凝土澆筑、養(yǎng)護(hù)、拆模、溫度監(jiān)測等施工工序中，要采取合理的控制措施，以有效控制裂縫的產(chǎn)生，保證工程質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：大體積混凝土;裂縫;取水管廊

中圖分類號：TU758.1文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2021）08-0105-04

The Causes and Treatment Methods of Cracks in Mass Concrete

Intake Pipe Gallery of Nuclear Power Plant

HUANG Weibing

（Shanghai Nuclear Engineering Research & Design Institute Co.， Ltd.，Shanghai 200233）

Abstract： Taking the underground water intake pipe gallery with mass concrete structure of a nuclear power plant as the research object， this paper discussed the causes of cracks after the mass concrete pouring， and carried out the repair treatment， and studied and summarized the construction process control measures. The results show that the crack is the result of the comprehensive effect of various factors such as temperature change， construction technology and so on. Therefore， in the construction process of concrete pouring， curing， formwork removal and temperature monitoring， reasonable control measures should be taken to effectively control the generation of cracks and ensure the quality of the project.

Keywords： mass concrete;cracks;intake gallery

核電廠循環(huán)水系統(tǒng)的主要功能是向常規(guī)島汽輪機(jī)凝汽器及其輔助設(shè)備提供冷卻水，并向核島廠用水系統(tǒng)提供冷卻服務(wù)。因此，循環(huán)水取水管廊施工質(zhì)量的好壞直接影響核電廠運(yùn)行期間的安全。目前，國內(nèi)核電施工企業(yè)對于類似循環(huán)水取水管廊等結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的大體積混凝土有著比較豐富的施工經(jīng)驗(yàn)，但是，施工是結(jié)構(gòu)體系、荷載、溫度、時(shí)間、邊界條件都不斷變化的過程，原材料、配合比、施工方法、建筑物結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)等各種因素都會影響施工階段的質(zhì)量和使用階段的性能。本文通過對某核電廠地下大體積混凝土結(jié)構(gòu)取水管廊澆筑后產(chǎn)生裂縫的原因進(jìn)行分析，得出裂縫主要是由溫度變化及施工工藝不合理等導(dǎo)致的。同時(shí)，提出了裂縫修復(fù)處理措施。

1 案例介紹

管廊設(shè)計(jì)及施工情況：該管廊為外方內(nèi)圓的現(xiàn)澆鋼筋混凝土管，內(nèi)圓直徑為3.8 m，管壁厚度為600 mm;采用C40混凝土防水險(xiǎn)，抗?jié)B標(biāo)號為W12，抗凍標(biāo)號為F300，標(biāo)準(zhǔn)段長為25 m;相鄰段之間設(shè)伸縮縫，縫寬為2 cm;取水管工作壓力為0.14 MPa，運(yùn)行時(shí)管內(nèi)流體為海水。管廊分兩次澆筑，在夏季施工，間隔時(shí)間在15～25 d。

在澆筑完成養(yǎng)護(hù)后，人們發(fā)現(xiàn)陰水性裂縫12條，其中1條為滲水性裂縫，細(xì)小表層淺裂紋有6條。裂縫分布有一定的規(guī)律，主要集中在管廊中間1/3范圍內(nèi)，裂縫呈豎向分布。

2 原因分析及修復(fù)處理意見

2.1 原因分析

從混凝土裂縫分析報(bào)告及現(xiàn)場觀察可知，裂縫分布具有一定規(guī)律，主要集中在管廊中間1/3范圍內(nèi)，裂縫呈豎向分布。裂縫產(chǎn)生原因主要為溫度變化，是混凝土初期微裂縫在外界因素綜合作用的結(jié)果。

管廊分兩次澆筑，間隔時(shí)間為15～25 d，且在夏季施工，第一次澆筑對第二次澆筑有一定的約束作用。這是裂縫多發(fā)生在施工縫附近的主要原因。

2.2 修復(fù)處理意見

對于寬度不小于0.2 mm的裂縫，須全部進(jìn)行壓漿修復(fù);對于寬度小于0.2 mm的裂縫，要對外觀進(jìn)行修復(fù)。

3 修復(fù)處理方法

3.1 參數(shù)試驗(yàn)

檢查裂縫、縫寬及其連通情況，確定封閉方式及范圍。在處理裂縫之前，必須做裂縫處理的工藝試驗(yàn)，在回填區(qū)選擇一條試驗(yàn)縫，以確定處理過程中的具體參數(shù)，如注膠壓力、鉆孔間距等[1]。

3.2 回填區(qū)域管廊裂縫的處理方法

縫寬≥0.2 mm或滲水裂縫，采取壓力灌注環(huán)氧樹脂漿液進(jìn)行處理，裂縫位置示意圖如圖1所示。處理步驟包括基面處理、涂刷混凝土防腐劑、封縫、安裝出膠以及灌縫，之后，采用灌縫膠對所鉆注漿孔洞進(jìn)行封堵。

基面處理：混凝土表面要求無污物、干凈、堅(jiān)固，因此，要用角磨機(jī)清理縫周圍5 cm范圍的表面;除去所有的污物、灰塵、油脂等和其他能妨礙良好粘接的異物，再用棉絲沽丙酣擦拭混凝土表面，晾干。

涂刷混凝土防腐劑：用毛刷涂刷混凝土防腐劑，涂刷兩遍為宜，每一遍涂刷不得漏刷。

封縫：首先將封縫膠按配比攪拌均勻，拌勻后必須在可使用時(shí)間內(nèi)（15～20 min）用完。用封縫膠沿縫封堵，封口膠截面尺寸寬為3～5 cm，厚為2～4 mm，要求裂縫封閉完全，避免灌膠過程中環(huán)氧樹脂外流。預(yù)留出安裝注膠底座的位置。

安裝出膠底座：出膠底座間距為20～40 cm，出膠口宜選在裂縫較寬或裂縫分叉處，用封縫膠將出膠嘴粘于未被封堵的裂縫上，要求出膠孔對準(zhǔn)裂縫，并避免出膠嘴上的封縫膠堵住出膠孔部位的裂縫，如圖2所示。

出膠底座埋設(shè)過程中，在裂縫兩側(cè)斜向鉆入直徑約10 mm、深度約400 mm的斜孔，埋入注膠嘴后，待封縫膠凝固（封口1 d后），用電動壓力注漿器灌注環(huán)氧樹脂灌縫膠進(jìn)行封縫，灌注前，應(yīng)先按配比將灌縫膠混合均勻，灌注順序?yàn)閺南峦?。待裂縫內(nèi)部的膠滿了以后，隨著壓力的增加，膠液會從裂縫封口膠未封堵的出膠嘴部位流出，此時(shí)應(yīng)及時(shí)封堵出膠嘴，防止膠液浪費(fèi)和污染內(nèi)壁表面，觀察到膠體不再減少時(shí)說明裂縫已被注滿。斜孔封堵示意圖如圖3所示。

灌縫完畢后，要對所鉆注漿孔洞采用灌縫膠進(jìn)行封堵，一天后用角磨機(jī)清除其表面封口膠，使混凝土恢復(fù)原有表面狀態(tài)。對于隱蔽工程，可以不清除表面的封口膠。

3.3 非回填區(qū)域管廊裂縫的處理方法

對于非回填區(qū)域裂縫處理方法：對于非回填區(qū)域裂縫寬度≥0.2 mm，采取壓力灌注環(huán)氧樹脂漿液的方式進(jìn)行處理。

對于滲水裂縫，用封口膠把管廊內(nèi)側(cè)及外側(cè)裂縫全部用封口膠封閉，然后按施工工藝流程進(jìn)行注膠。

3.4 小于0.2 mm的裂縫處理方法

考慮到管廊主體施工完成后，管廊內(nèi)壁將進(jìn)行全面打磨并進(jìn)行硅燒防水涂層的施工，故暫不進(jìn)行處理，待硅炕防水涂層施工時(shí)統(tǒng)一進(jìn)行表面封閉處理。

4 施工工序控制措施

4.1 澆筑

澆筑時(shí)，采用斜向分層澆筑，分層澆筑平面、刨面示意圖如圖4和圖5所示。每層均從管廊兩側(cè)墻體遞進(jìn)澆筑，澆筑速度不能過快，要求在下層混凝土初凝前有一定穩(wěn)定性時(shí)再往上澆筑，同時(shí)澆筑混凝土?xí)r，兩側(cè)的高差不得大于30 cm[2]。在澆筑墻體混凝土?xí)r，混凝土的澆筑厚度保持在每層300 mm，每層之間保持適當(dāng)?shù)臅r(shí)間間隔。需要注意的是，在該過程中，必須保證混凝土的有效澆筑高度。工程常用的做法是將混凝土泵管深入鋼筋籠中，使每次澆筑高度控制2 m左右，以保證混凝土不會離析。

澆筑混凝土前，先在200 mm墊層上灑水濕潤，并澆筑一層同強(qiáng)度水泥砂漿，砂漿厚20～30 mm，然后從一端開始澆筑混凝土。在澆筑頂板過程中，應(yīng)在澆筑完墻體后停歇一段時(shí)間，使混凝土充分下滲后，再開始澆筑頂板。管廊兩端頭設(shè)有兩層止水帶，止水帶一半寬度約170 mm澆筑進(jìn)混凝土，且伸縮縫處鋼筋密集。因此，為了保證澆筑混凝土?xí)r內(nèi)圓模板、墻體不移位和伸縮縫處出現(xiàn)空洞，在伸縮縫位置處采用斜面分層澆筑，在600 mm厚底板混凝土填充完后，墻體部分澆筑采用并行澆筑的方法，以保證管廊截面位置準(zhǔn)確[3]。

4.2 振搗

澆筑時(shí)，圓底部混凝土容易出現(xiàn)漏振的情況。為了避免此類情況的發(fā)生，可在內(nèi)圓底模橫向開三個(gè)澆筑孔（孔徑100 mm、縱向中心間距900 mm），澆筑混凝土?xí)r隨振隨封?；炷琳駬v采用直徑為30 mm和50 mm的插入式振動棒。根據(jù)混凝土泵送時(shí)自然形成的流淌坡度，沿坡度布設(shè)2道振動棒：第1道振動棒布設(shè)在混凝土卸料處，負(fù)責(zé)出管混凝土振搗密實(shí);第2道布設(shè)在坡腳處，確保下部混凝土密實(shí)。振搗時(shí)，嚴(yán)格控制振動棒移動的距離、振搗時(shí)間、作用半徑、插入深度等。

4.3 表面處理

澆筑底板混凝土?xí)r，為了避免底板面因圓弧模板產(chǎn)生的氣泡，在初凝后，將圓弧模板拆除吊走，用刮杠按設(shè)計(jì)標(biāo)高和圓孔直徑找平底板面，用木抹子抹壓并且終凝前再用木抹子抹壓一遍，使混凝土表面更密實(shí)，避免產(chǎn)生收縮裂縫。

4.4 養(yǎng)護(hù)

加強(qiáng)混凝土養(yǎng)護(hù)，特別是混凝土的初期養(yǎng)護(hù)，控制混凝土內(nèi)外溫差，減少干縮裂紋，并保證混凝土澆筑后人工養(yǎng)護(hù)時(shí)間不得小于14 d。同時(shí)，由混凝土養(yǎng)護(hù)專職人員填寫好混凝土養(yǎng)護(hù)記錄表，前3 d混凝土養(yǎng)護(hù)采用不透水、不透氣的塑料薄膜養(yǎng)護(hù)，將混凝土表面露出部分全部嚴(yán)密覆蓋，并加蓋一層草袋，養(yǎng)護(hù)時(shí)保持薄膜布內(nèi)有凝結(jié)水，使混凝土在不失水的情況下得到充分養(yǎng)護(hù)。后面11 d，對混凝土進(jìn)行養(yǎng)護(hù)時(shí)，鋪一層革袋并澆水養(yǎng)護(hù)，派專人養(yǎng)護(hù)，保證混凝土的濕度和溫度，但當(dāng)日平均氣溫低于5 ℃時(shí)，不得澆水。整覆材料蓋齊鋪設(shè)，層壓密鋪，不得有遺漏、翹角。當(dāng)氣溫有明顯變化時(shí)，加蓋塑料薄膜，利用草袋保溫性，提高新澆筑混凝土表面和四周溫度，減少混凝土的內(nèi)外溫差，利用塑料薄膜的封閉性，封閉混凝土中多余的拌和水，以實(shí)現(xiàn)混凝土的自養(yǎng)護(hù)[4]。

管溝側(cè)墻的養(yǎng)護(hù)方法與其他部位的養(yǎng)護(hù)類似，但考慮到側(cè)墻養(yǎng)護(hù)材料無法緊貼混凝土表面，對混凝土養(yǎng)護(hù)保溫保濕不利，故應(yīng)對側(cè)墻養(yǎng)護(hù)材料加以斜撐，使其緊貼混凝土表面。在混凝土澆水養(yǎng)護(hù)過程中，若發(fā)現(xiàn)遮蓋不好，澆水不足，以致混凝土表面泛白或出現(xiàn)干縮細(xì)小裂縫時(shí)，要立即仔細(xì)加以遮蓋，加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，充分澆水，并延長澆水日期。在已澆筑的混凝土強(qiáng)度達(dá)到1.2 MPa以后，如非冬季施工，在澆筑混凝土24 h后，其強(qiáng)度將達(dá)到1.2 MPa，且人踩不出現(xiàn)腳印，才允許人員在其上走動并開展其他施工工序。混凝土養(yǎng)護(hù)示意圖如圖6所示。

4.5 拆模

底部圓弧模板在混凝土初凝后終凝前拆除，頂部內(nèi)圓弧模板拆除時(shí)間按照同條件試塊強(qiáng)度試驗(yàn)情況來安排，但頂板內(nèi)圓弧拆模時(shí)間不得小于7 d，并滿足拆模的相關(guān)要求及規(guī)定，同時(shí)做好拆模后混凝土表面驗(yàn)收記錄，拆模時(shí)必須避免振動和損壞混凝土。墻體模板拆除后，應(yīng)對錐孔和可以立即修補(bǔ)的小缺陷進(jìn)行修補(bǔ)，修補(bǔ)所用砂漿的用料應(yīng)與混凝土的用料相同且配比一致，以保證修補(bǔ)后的顏色與周圍混凝土的顏色相同。對于非一般的缺陷或可能存在的結(jié)構(gòu)性問題，經(jīng)制定特殊施工程序后方可進(jìn)行修補(bǔ)?？刂颇０宀鸪龝r(shí)間，減少水化熱造成的應(yīng)力裂紋影響，加強(qiáng)對拆模后混凝土的外觀檢查，做好檢查記錄[5]。

4.6 測溫

混凝土齡期為7 d時(shí)，每隔4 h測溫一次，后7 d，每隔6 h測溫1次，由施工隊(duì)安排專人采集好數(shù)據(jù)，做好溫度記錄。全部測溫孔均應(yīng)編號，并繪制布置圖。測溫孔應(yīng)設(shè)在有代表性的結(jié)構(gòu)部位和溫度變化大易冷卻的部位，孔深宜為10～15 cm，也可為板厚的1/2或墻厚的1/20。測溫時(shí)，應(yīng)將溫度計(jì)與外界氣溫做妥善隔離，可在孔口四周用保溫材料塞住，溫度計(jì)在測溫孔內(nèi)留置3 min以上，方可讀數(shù)。應(yīng)對澆筑的混凝土進(jìn)行連續(xù)測溫，保證混凝土的內(nèi)外溫差不超過25 ℃，直至溫差變小，趨于穩(wěn)定。測溫時(shí)間原則上不小于14 d，可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整?；炷帘砻鏈囟扰c環(huán)境最大溫差小于20 ℃，保溫覆蓋層可全部拆除。循環(huán)水管廊按管廊類型及施工溫度不同進(jìn)行測溫，測溫時(shí)分別設(shè)1～2個(gè)測溫點(diǎn)，位于管廊1/2和1/4處，每一個(gè)測溫點(diǎn)設(shè)上、中、下3個(gè)探頭，分別在頂下100 mm、混凝土中心和管廊內(nèi)壁外100 mm。另在段草袋內(nèi)和空中各設(shè)一個(gè)探頭，以便測量混凝土表面溫度和環(huán)境溫度。測溫示意圖如圖7所示。

4.7 成品保護(hù)

混凝土澆筑完成后，要注意成品保護(hù)，特別是還處于養(yǎng)護(hù)初期的混凝土非常脆弱。在頂板混凝土養(yǎng)護(hù)期間，禁止在頂板上堆放大量重物或行駛大型機(jī)械，在管廊周邊，應(yīng)盡量避免近距離的爆破施工，從而減小對混凝土的擾動和影響。根據(jù)季節(jié)和氣候變化，在不影響施工的前提下，應(yīng)使用塑料薄膜對管廊兩端洞口端頭處進(jìn)行有效封堵。由于施工區(qū)域位于海邊且長期有大風(fēng)，管廊中容易形成較強(qiáng)的空氣對流，在溫度較低（特別是夜間）的情況下，極易帶走大量的熱量，使混凝土內(nèi)外溫差過大，從而造成裂縫，故對管廊端頭進(jìn)行封堵能有效避免類似“穿堂風(fēng)”的影響。對于管廊回填，要嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范進(jìn)行施工。

4.8 其他施工環(huán)節(jié)

第二次澆筑：考慮到同段管廊的底板與頂板澆筑時(shí)間間隔在15～25 d，而第一次澆筑對第二次澆筑有一定的約束作用，為減輕這種原因?qū)炷恋挠绊?，在保證質(zhì)量的前提下，加快頂板各道工序的施工，盡量縮短上下層澆筑間歇時(shí)間。

隔離層施工：隔離層采用設(shè)計(jì)要求的改性瀝青;施工過程中，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行施工，并進(jìn)行檢查驗(yàn)收，保證施工質(zhì)量。

伸縮縫留設(shè)：按照設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行施工，包括滑動傳力桿安裝，縫隙尺寸控制、止水帶構(gòu)造鋼筋設(shè)置等。

鋼筋接頭：縱向鋼筋多采用綁扎連接，應(yīng)嚴(yán)格控制接頭數(shù)量，避免縱向鋼筋綁扎接頭數(shù)量過多[6]。加強(qiáng)現(xiàn)場技術(shù)交底，使操作工人充分了解各項(xiàng)施工過程的流程和關(guān)鍵點(diǎn)，并且要求技術(shù)人員跟蹤各項(xiàng)施工的開展情況。

5 結(jié)語

對于大體積混凝土裂縫，應(yīng)以預(yù)防為主。通過精心組織施工，綜合考慮各種因素，并采取可靠的、有針對性的控制措施，以取得良好的效果。本文對縱向鋼筋間距及伸縮縫構(gòu)造等設(shè)計(jì)參數(shù)、原材料、配合比設(shè)計(jì)等因素對裂縫的影響未做深入的研究，建議行業(yè)工作者加強(qiáng)對上述領(lǐng)域的研究，從本質(zhì)或源頭上找到杜絕大體積混凝土裂縫的手段，控制裂縫危害的產(chǎn)生，減少施工成本。

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