裴松偉,姚賢華

（華北水利水電學院，河南 鄭州 450008）

1 工程概況

南水北調(diào)中線惠南莊泵站位于北京市房山區(qū)大石窩鎮(zhèn)惠南莊村東、北拒馬河北岸，屬一等工程，主要建筑物為Ⅰ級。 該泵站是南水北調(diào)中線工程總干渠上北京段實現(xiàn)管涵加壓方案、 小流量自流、大流量加壓的控制揚水的綜合性工程，是南水北調(diào)中線工程總干渠上唯一的大型加壓泵站，也是南水北調(diào)中線工程的標志性建筑物。

惠南莊泵站副廠房長114.6 m，寬16.44 m，地下3層，地上4 層（局部5 層），為框架剪力墻結(jié)構(gòu)。 其中段采用筏板基礎(chǔ)，兩端框架柱采用獨立基礎(chǔ)。該廠房底板厚度為1.5 m，地下室北剪力墻總長度為102.6 m，厚度為600 mm。 由于剪力墻外后期要回填，所以中間設(shè)有柱子，以提高剪力墻的整體剛度。 惠南莊泵站副廠房工程所用混凝土是強度等級為C30 的微膨脹混凝土。 混凝土施工采用分段分層施工方式。 施工時，中間沒有設(shè)伸縮縫，只設(shè)了兩道2 m 長的強度等級為C35 的加強微膨脹混凝土帶。 施工完成一段時間后發(fā)現(xiàn)，副廠房地下第一、第二層北剪力墻內(nèi)外側(cè)均出現(xiàn)了多處垂直的豎向裂縫。 裂縫分布的特點是，在剪力墻靠近中部36 m 范圍出現(xiàn)裂縫，離左端30.3 m、 右端36.3 m 范圍內(nèi)基本沒有出現(xiàn)裂縫，有些裂縫從地下第二層延伸到地下第一層。

為了探究裂縫產(chǎn)生的原因，并評價裂縫對整個結(jié)構(gòu)的承載力和耐久性的影響，對惠南莊泵站工程副廠房地下剪力墻裂縫進行了檢測和分析。

2 裂縫測試

2.1 混凝土裂縫深度檢測

依據(jù)《超聲法檢測混凝土缺陷技術(shù)規(guī)程》（CECS 21-2000），應(yīng)用RS-UT01C 非金屬聲波檢測儀、采用單面平測法測定剪力墻混凝土裂縫深度。 進行檢測時，應(yīng)在裂縫的被測部位，以不同的測距，按跨縫和不跨縫布置測點（布置測點時應(yīng)避開鋼筋的影響）。對檢測結(jié)果進行分析處理，得出裂縫深度，以判斷是不是貫穿性裂縫。

2.2 混凝土裂縫寬度檢測

測試裂縫寬度的目的是判斷裂縫寬度是否超過規(guī)范要求的裂縫寬度。 采用讀數(shù)顯微鏡測讀混凝土表面的裂縫寬度，讀數(shù)顯微鏡的放大倍數(shù)是10 倍，精度為0.01 mm。

2.3 裂縫測試結(jié)果

惠南莊泵站副廠房地下共3 層，由于地下第三層已經(jīng)回填，所以本次只檢測了地下第一、二層北剪力墻。 在實際檢測中，對裂縫長度較長，且裂縫寬度較寬的裂縫進行了重點檢測。

根據(jù)現(xiàn)行的混凝土結(jié)構(gòu)規(guī)范，地下室外剪力墻最大裂縫寬度允許值為0.20 mm[1]。 此次檢測的裂縫寬度均大于0.20 mm，裂縫深度大于鋼筋保護層厚度40 mm，裂縫均為垂直方向的裂縫，檢測沒有發(fā)現(xiàn)貫穿性裂縫。

3 裂縫產(chǎn)生的原因分析

3.1 微膨脹混凝土和加強微膨脹混凝土帶起不到后澆帶的作用

根據(jù)南水北調(diào)惠南莊泵站工程副廠房的布置特點，采用膨脹混凝土布置超長結(jié)構(gòu)設(shè)計和無縫連續(xù)施工技術(shù)。 混凝土采用的是強度等級為C30 的微膨脹混凝土，剪力墻中間設(shè)了兩道2 m 長、強度等級為C35 的加強微膨脹混凝土帶。 微膨脹混凝土就是在混凝土中摻加適量的膨脹劑。 膨脹劑與水泥的化學反應(yīng)使混凝土產(chǎn)生適量膨脹，在鋼筋的限制下，在混凝土中產(chǎn)生一定的預(yù)壓應(yīng)力，可抵消混凝土收縮時產(chǎn)生的拉應(yīng)力，防止混凝土的開裂。 同時，水化反應(yīng)生成的鈣釩石晶體屬針狀、棒狀晶體，可填充、切斷、堵塞混凝土的毛細孔，使混凝土的抗?jié)B能力大大提高，從而達到混凝土結(jié)構(gòu)自防水的目的[2]。 但是，微膨脹劑的作用性質(zhì)屬化學反應(yīng)，水泥含堿量及微膨脹劑含硫量都會直接影響使用效果。 所以，混凝土對膨脹劑的摻量和配合比設(shè)計要求嚴格，膨脹劑與水泥、細骨料、粗骨料拌和均勻度要求高，對施工人員素質(zhì)和施工環(huán)境要求也比較高。 特別是對混凝土早期養(yǎng)護要求十分嚴格，在施工與養(yǎng)護期間，任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都可能導(dǎo)致混凝土的開裂[3]。

該工程為了減少施工步驟，縮短施工工期，剪力墻中間設(shè)有兩道長度為2 m、強度等級為C35、與剪力墻同時澆筑的加強微膨脹混凝土帶。 依據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范，對于地下室墻壁，應(yīng)每隔30 m 設(shè)置一道伸縮縫，通常是設(shè)置后澆帶，即先澆筑混凝土，當混凝土收縮變形趨于相對穩(wěn)定時，再澆筑后澆帶部位的混凝土，從而避免因溫度應(yīng)力和收縮應(yīng)力而出現(xiàn)裂縫。 由于副廠房地下剪力墻的長度遠遠超過了設(shè)計規(guī)范允許的伸縮縫最大距離限值，作用于結(jié)構(gòu)上的溫度應(yīng)力和混凝土在硬化過程中的收縮應(yīng)力必然很大。 膨脹混凝土所產(chǎn)生的膨脹應(yīng)力不足以抵消以上應(yīng)力，導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)裂縫。 因此，微膨脹混凝土和加強膨脹帶代替后澆帶的做法還有待進一步研究。

3.2 底板混凝土對剪力墻約束的影響

副廠房底板是一塊114.60 m ×16.44 m×1.50 m(長×寬×厚)的大體積混凝土，其剛度相當大。 當澆筑剪力墻時，混凝土的齡期和底板混凝土的齡期不一樣，導(dǎo)致底板混凝土和剪力墻混凝土的強度和彈性模量早期差別比較大。 由于底板與剪力墻澆筑成一個整體，特別是早期兩者在強度和彈性模量上有很大差異，當溫度應(yīng)力作用產(chǎn)生應(yīng)變時，它們的變形難以協(xié)調(diào)一致。 剪力墻受到底板的強力約束，不能自由伸縮，而產(chǎn)生垂直與底板的裂縫。 這也是這次發(fā)現(xiàn)的地下剪力墻的裂縫均為垂直走向裂縫的原因。 因此，盡量縮短底板混凝土和剪力墻混凝土澆筑的時間間隔是必要的。

4 裂縫的定性及處理措施

4.1 裂縫的定性

地下剪力墻產(chǎn)生裂縫的原因是多方面的。 根據(jù)分析，該工程剪力墻產(chǎn)生收縮裂縫的主要原因是微膨脹混凝土與加強微膨脹混凝土帶起不到后澆帶的作用和底板混凝土對剪力墻約束的影響。 該裂縫不是荷載型的裂縫；經(jīng)過長期觀測，也不是發(fā)展型裂縫[4]。 于是，剪力墻裂縫對副廠房的承載能力及安全性的影響可以忽略不計。 但是，它對副廠房的防水抗?jié)B性和耐久性影響很大。 所以，必須對副廠房地下剪力墻裂縫進行工程處理。

4.2 裂縫的處理措施

惠南莊泵站運營期間，副廠房地下第一、二層為控制室，里面有精密的儀器和設(shè)備，所以對地下第一、二層剪力墻的防水抗?jié)B性有嚴格的要求。 對剪力墻裂縫的處理措施是采用涂刷水泥基滲透結(jié)晶型防水材料的表面封閉法修補混凝土出現(xiàn)的裂縫。

水泥基滲透結(jié)晶型防水材料是一種含有活性化合物的水泥基粉狀防水材料，由硅酸鹽水泥、硅沙和多種特殊的活性化學物質(zhì)組成[5]。 涂刷水泥基滲透結(jié)晶型防水材料修補裂縫的工作原理是，利用混凝土本身固有的化學特性及多孔性，以水做載體，借助滲透作用，在混凝土微孔及毛細管中傳輸、充盈，催化混凝土內(nèi)的微粒和未完全水化的成分，再次發(fā)生水化反應(yīng)，形成不溶性的枝蔓狀結(jié)晶，并與混凝土結(jié)合成為整體，從而使任何方向來的水及其他液體被堵塞，達到永久性的防水、防潮、防止二氧化碳氣體侵入和保護鋼筋、 增強混凝土結(jié)構(gòu)強度的效果。

5 結(jié)語

惠南莊泵站副廠房地下第一、二層剪力墻裂縫修補后，經(jīng)過4 年多的使用和跟蹤觀察，未發(fā)現(xiàn)裂縫繼續(xù)發(fā)展和剪力墻出現(xiàn)滲漏的情況。 這說明，該工程采用涂刷水泥基滲透結(jié)晶型防水材料的表面封閉法修補混凝土裂縫的方法是恰當?shù)摹?/p>

[1] GB 50010-2010，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].

[2] 史文彪，王 雷，龔俊偉.惠南莊泵站混凝土工程關(guān)鍵技術(shù)綜述[J]. 南水北調(diào)與水利科技，2008，6(1):264.

[3] 鄭愛武. 鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)防裂分析[J] .水利與建筑工程學報,2006,4(3):45.

[4] 王鐵夢. 工程結(jié)構(gòu)裂縫控制[M]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社,1997.

[5] GB 18445-2001，水泥基滲透結(jié)晶型防水材料[S].