泵站工程混凝土裂缝实例分析及处理

（江苏省水利建设工程有限公司，225002，扬州）

泵站的主要材料是钢筋混凝土，但混凝土抗拉强度较低、抗变形能力较差，容易形成裂缝。裂缝并不可怕，并且要完全杜绝裂缝几乎是不可能的。事实上，钢筋混凝土构件基本上都是带裂缝工作的，只不过是有些裂缝很细，甚至肉眼看不见(缝宽＜0.05 mm)。大中型泵站运行时一般水头差有10 m甚至更高，裂缝渗水不但影响结构寿命，而且影响运行安全，一旦泵坑自动排水系统出现问题，严重时会淹没泵坑、机泵、油路、电路等，所以要高度重视裂缝的预防工作，尽可能减少裂缝数量、减小裂缝宽度和长度。出现裂缝后，要认真观察分析，用最适合的方法、最适宜的材料进行处理，最终达到最理想的修补效果。

一、泵站混凝土裂缝的分类及成因

混凝土裂缝成因很多，一般来说有如下10余种分类：按混凝土自身原因，裂缝可以分为物理裂缝（如收缩裂缝、温度裂缝、应力裂缝）和化学裂缝（如胀裂缝、钢筋锈蚀裂缝、碱骨料反应裂缝）；按裂缝的大小不同，可以分为微观裂缝和宏观裂缝；按裂缝出现的时间早晚，可以分为早期裂缝和后期裂缝；按裂缝的危害程度，可以分为有害裂缝和无害裂缝；按裂缝运动（开度）情况，可以分为愈合裂缝、闭合裂缝、运动裂缝、稳定裂缝（俗称死缝）和不稳定裂缝（俗称活缝）；按裂缝深度情况，可以分为表面裂缝、深层裂缝、贯穿裂缝；按裂缝走向，可以分为水平裂缝、垂直裂缝、横向裂缝、纵向裂缝、斜向裂缝、放射状裂缝、网状裂缝等；按产生裂缝的外力作用不同，可以分为地基不实或不均匀引起裂缝、地震裂缝、撞击裂缝、过载裂缝、约束裂缝等；另外还有混凝土结构性应力裂缝（如配筋不足、混凝土截面偏小、跨度偏大等）、施工工艺原因裂缝（如施工缝、冷缝）、环境因素裂缝、混凝土与不同介质之间的微裂缝（如泵站混凝土与钢座环、塑料管线、止水铜片、橡胶止水带等之间的缝隙）；裂缝按形成时间还可以分为施工过程中裂缝、使用过程中裂缝等。

就泵站而言，按形成裂缝的部位，可分为泵站底板裂缝、流道裂缝，泵站墩墙、边墙、翼墙裂缝，泵站有芯墙的部位裂缝，泵站预埋管线集中部位的裂缝，泵站门洞顶部裂缝等。本文以某泵站工程混凝土裂缝为实例，介绍相关问题分析和处理方法。

二、某泵站工程混凝土裂缝实例分析

某泵站安装5台套电动灯泡贯流泵，水泵叶轮直径3.35 m，配套电机功率2 200 kW，单机流量37.5 m3/s，总流量187.50 m3/s。水泵、电机、进出水流道在同一层上。

泵房内5台机组呈一列式布置于二块底板上，底板顺水流长33.5 m，宽度48.2 m，其中三联孔底板宽28.6 m，二联孔底板宽19.4 m，泵坑位置底板厚1.8 m，进出水流道位置底板厚1.5 m。

该底板呈马蹄形，为防止混凝土底板裂缝，也为了施工方便，底板施工中分三块（三次）浇筑，先浇筑泵坑部位，在▽-3.5 m处浇平，然后再浇筑左右两块进出水流道部位，接缝处按施工缝进行凿毛处理。这样的设计施工方案实际上是设置了后浇块，也可以说是预留了滑动层，虽然结构复杂，但通过合理分块形成了简单构件的组合，对方便施工和防止混凝土裂缝都起到了很好的作用。由于设计及施工合理，泵站底板没有发现裂缝。

通过仔细查找，该泵站工程其他部位混凝土裂缝情况如下。

1.泵站流道（特别是心墙砌体部位）发现4条裂缝

该泵站进水流道高5.75 m，隔墙内有七块心墙砌体；出水流道高6.19m，隔墙内有三块心墙砌体。泵站流道是整个泵站工程的核心部分，结构非常复杂，具有大体积、多变截面、各种异形、不同材质（心墙、混凝土、预埋钢座环、二期特殊混凝土）等特点，并且上游设置了工作门、事故门，下游设置了检修门等，三道门槽位置的混凝土墙厚薄不一。

该泵站流道最大厚度在进出水流道中墩部位，约5.0 m，属大体积混凝土，心墙断面一般根据所在位置的墩墙断面确定，在砌筑了心墙之后，保证外裹混凝土厚度一般不小于1 m，该工程心墙厚2 m，对应墩墙厚4.5～5.0 m，心墙外包混凝土厚度为1.25～1.50 m。心墙使用材料及结构强度从理论上讲并无特殊要求，一般在计算流道墩墙结构受力时不考虑心墙受力。心墙砌筑材料以块石为好，块石吸水率低，比较坚固，但场内搬运、砌筑比较困难。

该泵站流道施工中采取了内设冷却水管和外包塑料薄膜加草袋覆盖保温保湿等多项温控防裂措施。有效降低了混凝土的内外温差，减少了因内外温差过大而引起的混凝土温度裂缝。但由于流道结构异常复杂，各部位尺寸变化很大，并且由于施工周期较长，此时钢筋混凝土底板已浇筑了相当长时间，新老混凝土之间收缩系数差异很大，加之天气、风力、养护等多种因素，最后流道部位还是出现了4条裂缝，宽度为0.12～0.32 mm，长度为1.2～2.25 m。

2.泵站边墙部位发现2条裂缝

泵房边墩(墙)部位高15.6 m，长33.50 m，下部厚1.5 m，上部厚1.0 m。外侧布置岸墙，内侧布置楼梯。

由于高度大、长度大、面积大，比较容易发生裂缝，而且正常情况下肉眼较难观测到其裂缝情况，该泵站在南北边墙各发现一条裂缝，裂缝最大宽度为0.42 mm，长度为3.62 m。

3.墩墙拱形门洞顶部发现6条裂缝

水泵房不同层面在墩墙部位均设置拱形门洞，其作用主要用作通道。该泵站流道层和水泵井处的隔墙门洞顶部均发现有裂缝，总计6条，宽0.14～0.18 mm，长0.6～1.5 m。

4.预埋管道集中部位发现15条裂缝

泵房在很多部位都埋有各种管道，用于通风、布置线路等，有些部位可能还会有比较集中的预埋管线，造成局部混凝土有效断面减弱，或者由于管道在浇筑过程中移位或偏向某一侧，很容易造成有规律的裂缝。

该泵站在▽4.195 m～▽9.8 m层出水侧挡水墙预埋通风管对应位置出现了裂缝，总计8条，裂缝宽度0.2 mm，缝长1 m以内。再往上，挡水墙升高时，▽9.8 m～▽13.8 m层出水侧挡水墙预埋通风管对应位置同样出现了裂缝，总计7条，裂缝宽度0.2 mm，缝长1 m以内。

以上裂缝全部出现在管壁侧面。

5.翼墙部位裂缝得到有效预防

该泵站翼墙有4个“螃蟹爪子”，每个“爪子”有5节翼墙，其中#1翼墙为直线墙，高13.9 m、厚60 cm、长18.3 m；#2为圆弧翼墙，高13.9 m、厚60 cm、弧长34.0 m，超过一般30 m长度极限。

#1翼墙施工结束后均未发生裂缝。这缘于先期施工的上游左、下游左、下游右3节#2圆弧翼墙全部发生了裂缝（共6条，宽度0.27～0.31 mm，长度2.40～2.55 m），引起了设计、施工等单位的高度警觉，在上游右侧#2翼墙及#1翼墙施工时采取了设置垂直后浇带方案，取得了非常好的效果，因此后期未发生任何裂缝。

6.混凝土与不同材料（如钢材）之间界面存在细微裂缝

泵站工程有大量的预埋件，比如泵座环、进人孔、透气孔等等。特别是泵座环尺寸很大，有的直径可达10多m，加之加工、运输、安装等过程中的变形、连接材料的受力变形等，或者由于钢材与混凝土的弹性模量差异较大，极易产生界面间的细微裂缝，有的甚至沿泵座环形成板肋裂缝。这类缝隙很细，肉眼一般难以发现，一直要等到放水后在一定水头差压力下发现有窨潮现象时才能知道裂缝的存在。并且由于裂缝很小，找不到压浆的走向，不容易进行充盈缝隙的处理方式。该泵站工程同样存在这些细微裂缝。

三、泵站工程的裂缝处理方案

针对上述各泵站部位形成的裂缝情况，采取的处理方案是：

1.先进行裂缝分类

图1 某泵站底板断面图

根据现场普查和压水试验、定期观测等，按裂缝宽度及运行期与水接触条件，将发现的裂缝分为三大类进行处理：

A类裂缝（干缝）：泵站拆坝放水前看不出渗水现象的裂缝，如进出水流道墩墙、墙后未回填土时上下游翼墙、泵坑内部挡水墙、泵站内门洞上的各种应力裂缝。

B类裂缝(湿缝)：泵站拆坝放水前已看出渗水现象的裂缝，如墙后已回填土的边墙和翼墙上的裂缝等。

其他裂缝：如表面龟裂缝、施工缝(冷缝、混凝土接合面处理欠缺缝等)、混凝土与不同材料（如钢材、止水片）之间的界面细微裂缝。

2.确定裂缝修补的总体原则

混凝土裂缝修补一般不外乎内“注”外“敷”，其关键是处理时明确缝隙中是否含水、是否有水压力、适宜注入什么合适材料等。

3.处理方法

①A类裂缝处理。采用“壁可”注入法或用油溶性聚氨酯化学灌浆材料（OPU）进行高压灌浆。

“壁可”注入法修补混凝土结构裂缝是通过橡胶管自动完成注入，在注入过程中始终保持0.3 MPa的压力，保证将修补材料注入宽仅为0.02 mm的裂缝末端。裂缝灌注胶是一种高分子树脂基灌注材料，注入灌注胶时要注意当橡胶管膨胀至充满限制套时停止注入，移至下一注入器继续注入。水平走向的裂缝从一端开始逐个注入，倾斜或垂直走向的裂缝要从较低一端开始向上推进。如注入器膨胀后收缩较快，说明该处裂缝深，缝内空隙大，要补充浆体，直到注入器能保持膨胀状态。

油溶性聚氨酯化学灌浆材料国内俗称“氰凝”，其所形成的固结体强度大，防渗透性好，同时油溶性聚氨酯化学灌浆材料弹性小，故比较适合混凝土静缝的防渗堵漏及加固（只能在没渗水压力的情况下修补）。

采用油溶性聚氨酯灌浆材料灌浆。灌浆设备采用高压电动灌浆泵，灌浆方式采用打孔埋管灌浆法。工艺流程为：钻孔—埋设灌浆嘴—灌浆—补浆—灌后效果检查—验收、封孔。

钻孔（布孔）采用骑缝孔和斜孔，用高压空气将孔内灰渣清理干净后，埋设专用灌浆嘴，采用高强度环氧砂浆封闭裂缝表面，然后用大于灌浆压力的高压气体检查各灌浆孔之间的串通情况以及封缝密闭效果，发现遗漏及时修补。灌浆压力一般控制在0.3～0.5 MPa，灌浆顺序为从下至上，从深至浅。灌浆过程中，当浆液溢出临近灌浆孔或稳压5 min且进浆量趋于零时即可结束该孔的灌浆。

②B类裂缝处理。由于B类裂缝在修补时处于渗水有压状态，灌浆材料要选择水溶性聚氨酯化学灌浆材料（WPU），施工方法与A类缝处理基本相同。

③其他类型裂缝处理。表面龟裂缝可采用GM901多功能有机硅混凝土保护剂进行处理。这是一种以有机硅为主要成分的新型保护剂。它能渗入到混凝土内一定深度，其活性基团与混凝土的-OH起化学反应。形成硅氧键，从而与混凝土表面牢固地连接起来，-CH3基团定向朝外，形成无色的憎水保护层。同时渗入混凝土毛细孔中，在毛细孔表面也形成憎水层。水在憎水表面的毛细孔中形成凸形弯月面，产生反毛细孔现象，因而防水性能明显提高。

所有施工缝（冷缝、混凝土接合面处理欠缺缝等）都可以用高压灌浆或“壁可”法注浆处理，但对于轻微的缝隙，考虑经济、工期等情况，可用水泥砂浆或环氧砂浆抹面，7天后用小锤轻击砂浆表面，声音清脆为合格。另外还可采用嵌缝法修补即沿裂缝凿槽后嵌入止水材料或砂浆填实。

混凝土与不同材料（如钢材）之间的二期混凝土，最好采用高强无收缩灌浆料填实以减少渗漏，但还是有可能出现界面细微裂缝，这种裂缝一般看不见走向，更看不出裂缝深度和宽度，压浆无从下手，也压不进去，所以此类裂缝最有效的方法就是作封闭处理。在临水面采用三层环氧基液和两层玻璃丝布分层涂刷粘贴形成玻璃钢进行封闭，处理的关键是要确保基面清洁、干燥。

四、结 语

众所皆知，一旦发生混凝土裂缝，单纯从正面堵漏是行不通的。大量的经验教训表明，水工混凝土结构裂缝进行正常的补强堵漏修补处理后，还有一道最重要的补救措施，就是在放水或墙后回填土之前，对水位线以下不放心的部分、有潜在威胁的部位，无论是线状或面状裂缝渗漏，最好再采用防水粘贴材料进行全部或局部封闭式处理，这是最经济、最可靠、最直观、最有效、最保险的方法，未雨绸缪，防患于未然，可弥补观察不周、修补不全等不足，有事半功倍之功力。

另外，设计时可采用应力“缓和沟”、设置“合理分段”等方法，也就是设置缓冲层、滑动层、后浇带等让混凝土应力释放。对翼墙等部位，可设计“暗梁”，也就是在易裂缝区域进行钢筋加强，钢筋绑扎成梁状，提高钢筋混凝土的极限拉伸能力，使其成为墙体钢筋的一部分。如果可能，尽量缩短单节墙身长度。设计暗埋的PVC管线时，由于其削弱了混凝土截面的有效高（宽）度，并且塑料管与混凝土的线膨胀系数不一致，粘结效果差，沿管线埋设方向应力集中，不但容易裂缝，而且容易渗水，特别是很难修补堵漏，因此水工混凝土中的管线宜采用钢管，并且设置止水环。

[1]刘曰飞，陈建国.钢筋混凝土裂缝研究综述[J].西部探矿工程，2005（6）.

[2]胡智农，等.南水北调东线江苏境内泵站工程混凝土施工专用技术文件[R].2011.