泵站工程混凝土裂縫實(shí)例分析及處理

（江蘇省水利建設(shè)工程有限公司，225002，揚(yáng)州）

泵站的主要材料是鋼筋混凝土，但混凝土抗拉強(qiáng)度較低、抗變形能力較差，容易形成裂縫。裂縫并不可怕，并且要完全杜絕裂縫幾乎是不可能的。事實(shí)上，鋼筋混凝土構(gòu)件基本上都是帶裂縫工作的，只不過(guò)是有些裂縫很細(xì)，甚至肉眼看不見(jiàn)(縫寬＜0.05 mm)。大中型泵站運(yùn)行時(shí)一般水頭差有10 m甚至更高，裂縫滲水不但影響結(jié)構(gòu)壽命，而且影響運(yùn)行安全，一旦泵坑自動(dòng)排水系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題，嚴(yán)重時(shí)會(huì)淹沒(méi)泵坑、機(jī)泵、油路、電路等，所以要高度重視裂縫的預(yù)防工作，盡可能減少裂縫數(shù)量、減小裂縫寬度和長(zhǎng)度。出現(xiàn)裂縫后，要認(rèn)真觀察分析，用最適合的方法、最適宜的材料進(jìn)行處理，最終達(dá)到最理想的修補(bǔ)效果。

一、泵站混凝土裂縫的分類(lèi)及成因

混凝土裂縫成因很多，一般來(lái)說(shuō)有如下10余種分類(lèi)：按混凝土自身原因，裂縫可以分為物理裂縫（如收縮裂縫、溫度裂縫、應(yīng)力裂縫）和化學(xué)裂縫（如脹裂縫、鋼筋銹蝕裂縫、堿骨料反應(yīng)裂縫）；按裂縫的大小不同，可以分為微觀裂縫和宏觀裂縫；按裂縫出現(xiàn)的時(shí)間早晚，可以分為早期裂縫和后期裂縫；按裂縫的危害程度，可以分為有害裂縫和無(wú)害裂縫；按裂縫運(yùn)動(dòng)（開(kāi)度）情況，可以分為愈合裂縫、閉合裂縫、運(yùn)動(dòng)裂縫、穩(wěn)定裂縫（俗稱(chēng)死縫）和不穩(wěn)定裂縫（俗稱(chēng)活縫）；按裂縫深度情況，可以分為表面裂縫、深層裂縫、貫穿裂縫；按裂縫走向，可以分為水平裂縫、垂直裂縫、橫向裂縫、縱向裂縫、斜向裂縫、放射狀裂縫、網(wǎng)狀裂縫等；按產(chǎn)生裂縫的外力作用不同，可以分為地基不實(shí)或不均勻引起裂縫、地震裂縫、撞擊裂縫、過(guò)載裂縫、約束裂縫等；另外還有混凝土結(jié)構(gòu)性應(yīng)力裂縫（如配筋不足、混凝土截面偏小、跨度偏大等）、施工工藝原因裂縫（如施工縫、冷縫）、環(huán)境因素裂縫、混凝土與不同介質(zhì)之間的微裂縫（如泵站混凝土與鋼座環(huán)、塑料管線(xiàn)、止水銅片、橡膠止水帶等之間的縫隙）；裂縫按形成時(shí)間還可以分為施工過(guò)程中裂縫、使用過(guò)程中裂縫等。

就泵站而言，按形成裂縫的部位，可分為泵站底板裂縫、流道裂縫，泵站墩墻、邊墻、翼墻裂縫，泵站有芯墻的部位裂縫，泵站預(yù)埋管線(xiàn)集中部位的裂縫，泵站門(mén)洞頂部裂縫等。本文以某泵站工程混凝土裂縫為實(shí)例，介紹相關(guān)問(wèn)題分析和處理方法。

二、某泵站工程混凝土裂縫實(shí)例分析

某泵站安裝5臺(tái)套電動(dòng)燈泡貫流泵，水泵葉輪直徑3.35 m，配套電機(jī)功率2 200 kW，單機(jī)流量37.5 m3/s，總流量187.50 m3/s。水泵、電機(jī)、進(jìn)出水流道在同一層上。

泵房?jī)?nèi)5臺(tái)機(jī)組呈一列式布置于二塊底板上，底板順?biāo)鏖L(zhǎng)33.5 m，寬度48.2 m，其中三聯(lián)孔底板寬28.6 m，二聯(lián)孔底板寬19.4 m，泵坑位置底板厚1.8 m，進(jìn)出水流道位置底板厚1.5 m。

該底板呈馬蹄形，為防止混凝土底板裂縫，也為了施工方便，底板施工中分三塊（三次）澆筑，先澆筑泵坑部位，在▽-3.5 m處澆平，然后再澆筑左右兩塊進(jìn)出水流道部位，接縫處按施工縫進(jìn)行鑿毛處理。這樣的設(shè)計(jì)施工方案實(shí)際上是設(shè)置了后澆塊，也可以說(shuō)是預(yù)留了滑動(dòng)層，雖然結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但通過(guò)合理分塊形成了簡(jiǎn)單構(gòu)件的組合，對(duì)方便施工和防止混凝土裂縫都起到了很好的作用。由于設(shè)計(jì)及施工合理，泵站底板沒(méi)有發(fā)現(xiàn)裂縫。

通過(guò)仔細(xì)查找，該泵站工程其他部位混凝土裂縫情況如下。

1.泵站流道（特別是心墻砌體部位）發(fā)現(xiàn)4條裂縫

該泵站進(jìn)水流道高5.75 m，隔墻內(nèi)有七塊心墻砌體；出水流道高6.19m，隔墻內(nèi)有三塊心墻砌體。泵站流道是整個(gè)泵站工程的核心部分，結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，具有大體積、多變截面、各種異形、不同材質(zhì)（心墻、混凝土、預(yù)埋鋼座環(huán)、二期特殊混凝土）等特點(diǎn)，并且上游設(shè)置了工作門(mén)、事故門(mén)，下游設(shè)置了檢修門(mén)等，三道門(mén)槽位置的混凝土墻厚薄不一。

該泵站流道最大厚度在進(jìn)出水流道中墩部位，約5.0 m，屬大體積混凝土，心墻斷面一般根據(jù)所在位置的墩墻斷面確定，在砌筑了心墻之后，保證外裹混凝土厚度一般不小于1 m，該工程心墻厚2 m，對(duì)應(yīng)墩墻厚4.5～5.0 m，心墻外包混凝土厚度為1.25～1.50 m。心墻使用材料及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度從理論上講并無(wú)特殊要求，一般在計(jì)算流道墩墻結(jié)構(gòu)受力時(shí)不考慮心墻受力。心墻砌筑材料以塊石為好，塊石吸水率低，比較堅(jiān)固，但場(chǎng)內(nèi)搬運(yùn)、砌筑比較困難。

該泵站流道施工中采取了內(nèi)設(shè)冷卻水管和外包塑料薄膜加草袋覆蓋保溫保濕等多項(xiàng)溫控防裂措施。有效降低了混凝土的內(nèi)外溫差，減少了因內(nèi)外溫差過(guò)大而引起的混凝土溫度裂縫。但由于流道結(jié)構(gòu)異常復(fù)雜，各部位尺寸變化很大，并且由于施工周期較長(zhǎng)，此時(shí)鋼筋混凝土底板已澆筑了相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間，新老混凝土之間收縮系數(shù)差異很大，加之天氣、風(fēng)力、養(yǎng)護(hù)等多種因素，最后流道部位還是出現(xiàn)了4條裂縫，寬度為0.12～0.32 mm，長(zhǎng)度為1.2～2.25 m。

2.泵站邊墻部位發(fā)現(xiàn)2條裂縫

泵房邊墩(墻)部位高15.6 m，長(zhǎng)33.50 m，下部厚1.5 m，上部厚1.0 m。外側(cè)布置岸墻，內(nèi)側(cè)布置樓梯。

由于高度大、長(zhǎng)度大、面積大，比較容易發(fā)生裂縫，而且正常情況下肉眼較難觀測(cè)到其裂縫情況，該泵站在南北邊墻各發(fā)現(xiàn)一條裂縫，裂縫最大寬度為0.42 mm，長(zhǎng)度為3.62 m。

3.墩墻拱形門(mén)洞頂部發(fā)現(xiàn)6條裂縫

水泵房不同層面在墩墻部位均設(shè)置拱形門(mén)洞，其作用主要用作通道。該泵站流道層和水泵井處的隔墻門(mén)洞頂部均發(fā)現(xiàn)有裂縫，總計(jì)6條，寬0.14～0.18 mm，長(zhǎng)0.6～1.5 m。

4.預(yù)埋管道集中部位發(fā)現(xiàn)15條裂縫

泵房在很多部位都埋有各種管道，用于通風(fēng)、布置線(xiàn)路等，有些部位可能還會(huì)有比較集中的預(yù)埋管線(xiàn)，造成局部混凝土有效斷面減弱，或者由于管道在澆筑過(guò)程中移位或偏向某一側(cè)，很容易造成有規(guī)律的裂縫。

該泵站在▽4.195 m～▽9.8 m層出水側(cè)擋水墻預(yù)埋通風(fēng)管對(duì)應(yīng)位置出現(xiàn)了裂縫，總計(jì)8條，裂縫寬度0.2 mm，縫長(zhǎng)1 m以?xún)?nèi)。再往上，擋水墻升高時(shí)，▽9.8 m～▽13.8 m層出水側(cè)擋水墻預(yù)埋通風(fēng)管對(duì)應(yīng)位置同樣出現(xiàn)了裂縫，總計(jì)7條，裂縫寬度0.2 mm，縫長(zhǎng)1 m以?xún)?nèi)。

以上裂縫全部出現(xiàn)在管壁側(cè)面。

5.翼墻部位裂縫得到有效預(yù)防

該泵站翼墻有4個(gè)“螃蟹爪子”，每個(gè)“爪子”有5節(jié)翼墻，其中#1翼墻為直線(xiàn)墻，高13.9 m、厚60 cm、長(zhǎng)18.3 m；#2為圓弧翼墻，高13.9 m、厚60 cm、弧長(zhǎng)34.0 m，超過(guò)一般30 m長(zhǎng)度極限。

#1翼墻施工結(jié)束后均未發(fā)生裂縫。這緣于先期施工的上游左、下游左、下游右3節(jié)#2圓弧翼墻全部發(fā)生了裂縫（共6條，寬度0.27～0.31 mm，長(zhǎng)度2.40～2.55 m），引起了設(shè)計(jì)、施工等單位的高度警覺(jué)，在上游右側(cè)#2翼墻及#1翼墻施工時(shí)采取了設(shè)置垂直后澆帶方案，取得了非常好的效果，因此后期未發(fā)生任何裂縫。

6.混凝土與不同材料（如鋼材）之間界面存在細(xì)微裂縫

泵站工程有大量的預(yù)埋件，比如泵座環(huán)、進(jìn)人孔、透氣孔等等。特別是泵座環(huán)尺寸很大，有的直徑可達(dá)10多m，加之加工、運(yùn)輸、安裝等過(guò)程中的變形、連接材料的受力變形等，或者由于鋼材與混凝土的彈性模量差異較大，極易產(chǎn)生界面間的細(xì)微裂縫，有的甚至沿泵座環(huán)形成板肋裂縫。這類(lèi)縫隙很細(xì)，肉眼一般難以發(fā)現(xiàn)，一直要等到放水后在一定水頭差壓力下發(fā)現(xiàn)有窨潮現(xiàn)象時(shí)才能知道裂縫的存在。并且由于裂縫很小，找不到壓漿的走向，不容易進(jìn)行充盈縫隙的處理方式。該泵站工程同樣存在這些細(xì)微裂縫。

三、泵站工程的裂縫處理方案

針對(duì)上述各泵站部位形成的裂縫情況，采取的處理方案是：

1.先進(jìn)行裂縫分類(lèi)

圖1 某泵站底板斷面圖

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)普查和壓水試驗(yàn)、定期觀測(cè)等，按裂縫寬度及運(yùn)行期與水接觸條件，將發(fā)現(xiàn)的裂縫分為三大類(lèi)進(jìn)行處理：

A類(lèi)裂縫（干縫）：泵站拆壩放水前看不出滲水現(xiàn)象的裂縫，如進(jìn)出水流道墩墻、墻后未回填土?xí)r上下游翼墻、泵坑內(nèi)部擋水墻、泵站內(nèi)門(mén)洞上的各種應(yīng)力裂縫。

B類(lèi)裂縫(濕縫)：泵站拆壩放水前已看出滲水現(xiàn)象的裂縫，如墻后已回填土的邊墻和翼墻上的裂縫等。

其他裂縫：如表面龜裂縫、施工縫(冷縫、混凝土接合面處理欠缺縫等)、混凝土與不同材料（如鋼材、止水片）之間的界面細(xì)微裂縫。

2.確定裂縫修補(bǔ)的總體原則

混凝土裂縫修補(bǔ)一般不外乎內(nèi)“注”外“敷”，其關(guān)鍵是處理時(shí)明確縫隙中是否含水、是否有水壓力、適宜注入什么合適材料等。

3.處理方法

①A類(lèi)裂縫處理。采用“壁可”注入法或用油溶性聚氨酯化學(xué)灌漿材料（OPU）進(jìn)行高壓灌漿。

“壁可”注入法修補(bǔ)混凝土結(jié)構(gòu)裂縫是通過(guò)橡膠管自動(dòng)完成注入，在注入過(guò)程中始終保持0.3 MPa的壓力，保證將修補(bǔ)材料注入寬僅為0.02 mm的裂縫末端。裂縫灌注膠是一種高分子樹(shù)脂基灌注材料，注入灌注膠時(shí)要注意當(dāng)橡膠管膨脹至充滿(mǎn)限制套時(shí)停止注入，移至下一注入器繼續(xù)注入。水平走向的裂縫從一端開(kāi)始逐個(gè)注入，傾斜或垂直走向的裂縫要從較低一端開(kāi)始向上推進(jìn)。如注入器膨脹后收縮較快，說(shuō)明該處裂縫深，縫內(nèi)空隙大，要補(bǔ)充漿體，直到注入器能保持膨脹狀態(tài)。

油溶性聚氨酯化學(xué)灌漿材料國(guó)內(nèi)俗稱(chēng)“氰凝”，其所形成的固結(jié)體強(qiáng)度大，防滲透性好，同時(shí)油溶性聚氨酯化學(xué)灌漿材料彈性小，故比較適合混凝土靜縫的防滲堵漏及加固（只能在沒(méi)滲水壓力的情況下修補(bǔ)）。

采用油溶性聚氨酯灌漿材料灌漿。灌漿設(shè)備采用高壓電動(dòng)灌漿泵，灌漿方式采用打孔埋管灌漿法。工藝流程為：鉆孔—埋設(shè)灌漿嘴—灌漿—補(bǔ)漿—灌后效果檢查—驗(yàn)收、封孔。

鉆孔（布孔）采用騎縫孔和斜孔，用高壓空氣將孔內(nèi)灰渣清理干凈后，埋設(shè)專(zhuān)用灌漿嘴，采用高強(qiáng)度環(huán)氧砂漿封閉裂縫表面，然后用大于灌漿壓力的高壓氣體檢查各灌漿孔之間的串通情況以及封縫密閉效果，發(fā)現(xiàn)遺漏及時(shí)修補(bǔ)。灌漿壓力一般控制在0.3～0.5 MPa，灌漿順序?yàn)閺南轮辽希瑥纳钪翜\。灌漿過(guò)程中，當(dāng)漿液溢出臨近灌漿孔或穩(wěn)壓5 min且進(jìn)漿量趨于零時(shí)即可結(jié)束該孔的灌漿。

②B類(lèi)裂縫處理。由于B類(lèi)裂縫在修補(bǔ)時(shí)處于滲水有壓狀態(tài)，灌漿材料要選擇水溶性聚氨酯化學(xué)灌漿材料（WPU），施工方法與A類(lèi)縫處理基本相同。

③其他類(lèi)型裂縫處理。表面龜裂縫可采用GM901多功能有機(jī)硅混凝土保護(hù)劑進(jìn)行處理。這是一種以有機(jī)硅為主要成分的新型保護(hù)劑。它能滲入到混凝土內(nèi)一定深度，其活性基團(tuán)與混凝土的-OH起化學(xué)反應(yīng)。形成硅氧鍵，從而與混凝土表面牢固地連接起來(lái)，-CH3基團(tuán)定向朝外，形成無(wú)色的憎水保護(hù)層。同時(shí)滲入混凝土毛細(xì)孔中，在毛細(xì)孔表面也形成憎水層。水在憎水表面的毛細(xì)孔中形成凸形彎月面，產(chǎn)生反毛細(xì)孔現(xiàn)象，因而防水性能明顯提高。

所有施工縫（冷縫、混凝土接合面處理欠缺縫等）都可以用高壓灌漿或“壁可”法注漿處理，但對(duì)于輕微的縫隙，考慮經(jīng)濟(jì)、工期等情況，可用水泥砂漿或環(huán)氧砂漿抹面，7天后用小錘輕擊砂漿表面，聲音清脆為合格。另外還可采用嵌縫法修補(bǔ)即沿裂縫鑿槽后嵌入止水材料或砂漿填實(shí)。

混凝土與不同材料（如鋼材）之間的二期混凝土，最好采用高強(qiáng)無(wú)收縮灌漿料填實(shí)以減少滲漏，但還是有可能出現(xiàn)界面細(xì)微裂縫，這種裂縫一般看不見(jiàn)走向，更看不出裂縫深度和寬度，壓漿無(wú)從下手，也壓不進(jìn)去，所以此類(lèi)裂縫最有效的方法就是作封閉處理。在臨水面采用三層環(huán)氧基液和兩層玻璃絲布分層涂刷粘貼形成玻璃鋼進(jìn)行封閉，處理的關(guān)鍵是要確保基面清潔、干燥。

四、結(jié) 語(yǔ)

眾所皆知，一旦發(fā)生混凝土裂縫，單純從正面堵漏是行不通的。大量的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)表明，水工混凝土結(jié)構(gòu)裂縫進(jìn)行正常的補(bǔ)強(qiáng)堵漏修補(bǔ)處理后，還有一道最重要的補(bǔ)救措施，就是在放水或墻后回填土之前，對(duì)水位線(xiàn)以下不放心的部分、有潛在威脅的部位，無(wú)論是線(xiàn)狀或面狀裂縫滲漏，最好再采用防水粘貼材料進(jìn)行全部或局部封閉式處理，這是最經(jīng)濟(jì)、最可靠、最直觀、最有效、最保險(xiǎn)的方法，未雨綢繆，防患于未然，可彌補(bǔ)觀察不周、修補(bǔ)不全等不足，有事半功倍之功力。

另外，設(shè)計(jì)時(shí)可采用應(yīng)力“緩和溝”、設(shè)置“合理分段”等方法，也就是設(shè)置緩沖層、滑動(dòng)層、后澆帶等讓混凝土應(yīng)力釋放。對(duì)翼墻等部位，可設(shè)計(jì)“暗梁”，也就是在易裂縫區(qū)域進(jìn)行鋼筋加強(qiáng)，鋼筋綁扎成梁狀，提高鋼筋混凝土的極限拉伸能力，使其成為墻體鋼筋的一部分。如果可能，盡量縮短單節(jié)墻身長(zhǎng)度。設(shè)計(jì)暗埋的PVC管線(xiàn)時(shí)，由于其削弱了混凝土截面的有效高（寬）度，并且塑料管與混凝土的線(xiàn)膨脹系數(shù)不一致，粘結(jié)效果差，沿管線(xiàn)埋設(shè)方向應(yīng)力集中，不但容易裂縫，而且容易滲水，特別是很難修補(bǔ)堵漏，因此水工混凝土中的管線(xiàn)宜采用鋼管，并且設(shè)置止水環(huán)。

[1]劉曰飛，陳建國(guó).鋼筋混凝土裂縫研究綜述[J].西部探礦工程，2005（6）.

[2]胡智農(nóng)，等.南水北調(diào)東線(xiàn)江蘇境內(nèi)泵站工程混凝土施工專(zhuān)用技術(shù)文件[R].2011.