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(yù)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(jìn)行防治。結(jié)合綜合管廊施工中出現(xiàn)的裂縫進(jìn)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(yīng)的措施，以預(yù)防裂縫的產(chǎn)生?？蔀樵O(shè)計(jì)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(qiáng)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(diǎn)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(tái)邊0.5 m左右。在基坑開挖前十天進(jìn)行抽水，每天24 h派人現(xiàn)場值班。降水終止時(shí)間：待管廊結(jié)構(gòu)全部完成，混凝土強(qiáng)度達(dá)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(yù)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(shí)，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(hù)。

2 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

（1）防水混凝土強(qiáng)度等級：C45，抗?jié)B等級為P8。

（2）水泥宜選用強(qiáng)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(yīng)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(hù)要求：混凝土澆筑后立即覆蓋并加濕養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)現(xiàn)場混凝土的強(qiáng)度不低于28 d標(biāo)準(zhǔn)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(gè)施工點(diǎn)同時(shí)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(biāo)準(zhǔn)斷面（單位：mm）

圖2 綜合管廊標(biāo)準(zhǔn)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(gè)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(yīng)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(jìn)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(xiàng)很重要的性能指標(biāo)，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(xué)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(dá)20 l/m3，占混凝土體積量的2%，可見混凝土的化學(xué)減縮值是相當(dāng)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(xì)管中水的失去時(shí)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(yuǎn)大于因化學(xué)作用而引起的化學(xué)收縮。

（3）混凝土的熱脹冷縮

由于水泥水化時(shí)產(chǎn)生的水化熱將導(dǎo)致早期混凝土的熱脹，隨著時(shí)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(dāng)冷縮應(yīng)力大于混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，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(jì)缺陷

（1）泵送混凝土的采用和混凝土強(qiáng)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(dǎo)致混凝土變形量的增加，相應(yīng)的收縮也就增加。由于混凝土強(qiáng)度等級的提高，水泥用量也隨之增加，水泥的增加導(dǎo)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(gè)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(dān)混凝土的收縮應(yīng)力，從而盡導(dǎo)致收縮應(yīng)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(yīng)為30 m[2]，超過該值時(shí)，產(chǎn)生的溫度、收縮應(yīng)力過大。

5.3 施工不合理

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

底板與頂板的二次澆筑間隔時(shí)間過長，混凝土的干縮嚴(yán)重，導(dǎo)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(shí)間與混凝土干縮不能同步發(fā)生，導(dǎo)致裂縫無法得到有效控制。

6 預(yù)防對策

根據(jù)以上原因，采取預(yù)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(yīng)要在混凝土澆筑14 d以后才開始進(jìn)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(hù)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(qiáng)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(jì)@200調(diào)整為@150。從理論和工程實(shí)例的情況表明，外墻板應(yīng)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(qiáng)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(yīng)力導(dǎo)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(shí)間。

（5）盡量縮短底板與頂板的二次澆筑間隔時(shí)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(hù)最簡單的方法就是澆水養(yǎng)護(hù)，有條件可采用噴淋養(yǎng)護(hù)，澆水養(yǎng)護(hù)的時(shí)間原則上要大于14 d，如果條件允許，也可適當(dāng)延長時(shí)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(yù)防措施進(jìn)行施工，裂縫數(shù)量得到有效的控制，達(dá)到了預(yù)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(diǎn)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(hù)必須按照要求加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)、養(yǎng)護(hù)時(shí)間滿足要求。

[1]GB50010-2010,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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。