电厂工程建设中混凝土板墙裂缝的原因及预防

魏安稳

摘要：火力发电厂工程有许多板墙，这些板墙由于施工工艺原因，其热胀冷缩和混凝土自然收缩会受到约束，约束会产生约束力，约束力大于混凝土抗裂强度时，板墙发生断裂。对于水工混凝土而言，断裂会导致漏水、会严重影响板墙寿命。本文旨在分析板墙发生裂缝的机理，制定预防裂缝的施工措施。

关键词：火力发电厂，混凝土板墙，混凝土水化热，混凝土收缩，混凝土徐变，约束，约束应力，裂缝，裂缝预防。

某电厂（4×300MW燃煤电厂）土建工程施工过程中，先后发现循环水管道、#9输煤隧道、主厂房电缆隧道、循环水进水管沟和灰渣泵坑的混凝土板墙发生了许多竖向（垂直）裂缝。许多裂缝处有明显的渗水痕迹。这些裂缝对于结构的耐久性和电厂运行的安全性是潜在的威胁，应该引起工程师们的重视并予以修补和预防。

一、裂缝现象

下述板墙混凝土均用#525硅酸盐水泥生产，水灰比为0.5-0.6，塌落度为10cm-14cm，单位体积水泥用量为320kg-330kg。

1、循环水排水管沟

循环水排水管沟为并排四孔方型封闭管沟，净空宽×高=3200mm×1800mm，板厚400mm，伸缩缝间距12000mm。

施工时，先浇筑底板及500mm高侧板，过一段时间（10天左右），浇筑上部侧板和顶板。其裂缝多发生在内部隔板上，外侧板及顶板较少甚至没有裂缝。裂缝间距一般为3000mm左右。

2、循环水进水管沟

循环水进水管沟为并排双孔圆型封闭管道，净空直径为2400mm，壁厚为400mm，伸缩缝间距11200mm-15900mm。

施工方法类同循环水排水-先施工底板，后施工上部结构。裂缝间距一般为3000mm-4000mm左右。

3、#9输煤隧道

#9输煤隧道为方孔型断面，净空宽×高=6300mm×2550mm，除底板厚为500mm，其它面板厚400mm。施工方法同循环水排水管沟-先施工底板，后施工上部结构。裂缝间距不等，小的一般为2000mm左右。

4、灰渣泵坑坑壁

灰渣泵坑是一座24000mm×15000mm的池子，四侧壁板高度不等，均坐于先期施工的结构基础上。发现西侧板墙上裂缝，南北侧未发现，东侧当时未施工。发生裂缝的板墙厚240mm，1800mm高，26700mm长，嵌于间距为6000mm的六根柱子内。裂缝间距一般为3000mm-4000mm左右。

5、主厂房电终隧道

主厂房电缆隧道为方型断面，净空宽×高=1800mm×2000mm，壁厚为200mm，伸缩缝间距为250000mm。施工方案类同-先施工底板，后施工上部结构。

电缆隧道上的裂缝较少，间距较大。

二、裂缝特征

综合分析五种构筑物混凝土板墙裂缝，大致有下列特征：

1、发生裂缝的板墙都是先施工底部混凝土板或者基础，一段时间后施工上部板墙。

2、发生裂缝的都要是较长的薄壁板墙。

3、同样的板墙，如#9输煤隧道东西两侧板墙，面向西边的，产生的裂缝较多；同一板墙，西面裂缝较东面裂缝多。

4、侧立墙比顶板裂缝多。

5、对于并排管沟，内部隔墙比外部环境两侧板墙的裂缝多。

6、裸露时间较长的板墙裂缝较多。

7、四月份以前施工的板墙裂缝较少，五月以后施工的板墙裂缝较我。

8、裂缝不是同时出现的，随着时间的延长而增多增长；有的在28天龄期以前，有的在此后。

9、裂缝均发生在施工缝以上的板墙上，距离施工约100mm-200mm之间。

10、裂缝发生在距伸缩缝、后浇带较远的地方，即伸缩缝和后浇带附近没有裂缝。

11、裂缝间距一般在3000mm左右，个别更大或者更小；裂缝宽度并不很宽；裂缝底部较宽，上部变细，许多裂缝向上发展过程中消失；裂缝是连续的、贯通的。

三、混凝土（构件）裂缝机理分析

根据导致混凝土发生裂缝的原因特点，其裂缝大致有下列几种：

1、受力裂缝

当荷载产生的应力超过混凝土构件极限承载能力时，混凝土发生裂缝，包括受拉裂缝、受压裂缝、受剪裂缝等。

2、不均匀沉降裂缝

不均匀沉降使混凝土构件产生设计院未考虑的额外应力，从而使结构应力超过其极限强度而产生裂缝。

3、冻融循环裂缝

4、水泥安定性不良引起的裂缝

如果水泥熟料中含游离氧化钙太多时，在不泥水化过程中发生较大的体积膨胀而产生的裂缝。

5、外力裂缝

如地震或者爆炸引起的裂缝。

6、收缩裂缝

混凝土在凝结硬化过程有收缩特性。当这些收缩受到约束时，在混凝土中会产生约束应力，约束应力有压力，有拉力。约束压力一般小于混凝土压强度，不会导致混凝土发生裂缝。约束拉力在到一定程度时，大于混凝土抗拉强度，导致混凝土产生裂缝。

经过分析对比，可以确定，某电厂工程中发生的混凝土板墙裂缝，是收缩裂缝。

如图一（自然收缩图），板墙ABCD在自由状态（无约束状态）下，由于其收缩特性，在某个时间将收缩成A1B1C1D1。假设CD为受约束面并且为完全约束，AB面自由，板墙在约束和收缩共同作用下变成A2B2CD，如图二（约束收缩图）。换句话说，自由状态下的板墙A1B1C1D1在约束力作用下，被剪拉成了A2B2CD，即，板墙底部发生了水平约束应变ε1，板墙顶端发生了水平约束应变ε2。

ε1 =（L-L0）/L0 （1）

ε2 =（L1-L0）/L0 （2）

发生上述应变后，板墙任意横断面上的任意一点都发生了应变，且从下到上应变值由ε1谈到ε2。当某点的应变值超过此点的混凝土当时（某个龄期）的极限应变值时，此点断裂。这些断裂点连成一条线，就成为裂缝。

由于CD面为约束面，可以判断，ε1>ε2，所以，板墙裂缝先从板墙底部开始發生，向上发展，直到某点应变值小于该点混凝土的极限应变值时，裂缝终止；而当全部断面的应变均大于混凝土的极限应变值时，板墙裂缝变成从下到上的通缝。

对于板墙而言，CD面上的约束是剪力约束（见后文中的图三），这种剪力需要靠板墙断面上的拉力平衡（见后文中图四），所以在板墙断面上发生了水平拉应变，该水平拉应力大于板墙混凝土抗裂强度，使板墙发生拉裂现象。

工程实践中，板墙根部的混凝土基础或者根部结构的混凝土先浇筑，龄期长，强度大，收缩变形完成了许多甚至全部完成，它就成为后浇筑的板墙混凝土的约束体（面）。