综合管廊结构混凝土裂缝成因分析及预防措施研究

王战国

（宁波杭州湾新区开发建设有限公司，浙江 宁波 315336）

综合管廊结构混凝土裂缝成因分析及预防措施研究

王战国

（宁波杭州湾新区开发建设有限公司，浙江 宁波 315336）

现浇综合管廊混凝土易产生一些裂缝，其中一些裂缝对结构的安全性和耐久性产生不利的影响，必须采取有效的措施对其进行防治。结合综合管廊施工中出现的裂缝进行分析，首先分析裂缝产生的原因，然后针对这些成因制定相应的措施，以预防裂缝的产生。可为设计和施工提供技术参考。

综合管廊；现浇；裂缝

1 工程概况

某综合管廊为单箱双室矩形结构。箱体净高3.0 m，两室净宽分别为1.85 m和3.15 m，两室间用300 mm宽混凝土隔板分隔，箱体侧壁、顶板、底板厚度均为350 mm，见图1。

纵向主筋直径为20 mm，间距为150 mm。横向主筋直径为14 mm，间距200 mm，见图2。

基础位于②-1层砂质粉土层，土层描述如下：灰色，土质不均，局部夹粉砂，干强度低，韧性低，湿，中密，局部稍密，压缩模量Ea=11.74 MPa，地基承载力fak=130 kPa。②-1层砂质粉土层承载力较高、沿管廊方向分布比较均匀。对于避免综合管廊出现沉降差较为有利，见图3。

基坑井点降水后，放坡开挖施工，管廊具体施工流程如下：

（1）深井降水：深度12 m，纵向间距14 m，交叉布置在开挖沟槽基坑两侧，距离二级放坡平台边0.5 m左右。在基坑开挖前十天进行抽水，每天24 h派人现场值班。降水终止时间：待管廊结构全部完成，混凝土强度达到100%，石屑、回填土回填至管廊顶部以上100 cm后；

（2）第一级放坡开挖，弃土（至槽底4 m深度以外，1∶1放坡）；

（3）第二级放坡开挖，（槽底预留10～20 cm人工清底）弃土（4 m以内，1∶1放坡）；

（4）槽底基础垫层以下50 cm厚宕渣+10 cm厚碎石找平层摊铺、压实，边坡喷锚；

（5）基础垫层、变形缝下型钢处理、防水层施工；

（6）管廊底板扎筋、立模（施工缝设置在底板腋角顶以上30 cm处）；

（7）底板浇筑；

（8）内支架搭设，立内模；

（9）顶板、墙身扎筋；

（10）立外模，浇筑混凝土；

（11）混凝土养护。

2 设计标准

（1）防水混凝土强度等级：C45，抗渗等级为P8。

（2）水泥宜选用强度等级不低于42.5的普通硅酸盐水泥。

（3）管廊混凝土内应根据氯离子腐蚀需要量掺入钢筋阻锈剂，矿物掺和料耐腐蚀材料。

（4）管廊底板、井壁和顶板混凝土内宜掺入高效抗裂防水剂。抗渗等级及限制膨胀率为0.02%～0.03%。

（5）施工养护要求：混凝土浇筑后立即覆盖并加湿养护，养护现场混凝土的强度不低于28 d标准的50%，且不小于14 d。

3 裂缝情况

管廊顶板、侧墙结构混凝土在2016年4月采用木模浇筑了三节30 m+25 m+37 m，24～48 h后拆模，拆模后未发现墙面裂缝，至7～14 d后发现初始裂缝（2～6条）；2016年5月管廊分三个施工点同时大面积施工，采用木模共浇筑了21节顶板、侧墙结构，48～72 h后拆模，除局部分节长度小于25 m段外，其余分节长度在30 m的管廊段在拆模后外墙体表面即发现微倾斜的竖向裂缝，裂缝比较明显，形式、规格基本一致，在二次浇筑施工缝（墙体根部）处开裂比较明显，从二次浇筑施工缝（墙体根部）一直向上延伸到顶板下，目测及借助放大镜观察裂缝宽度在0.2～0.3 mm左右，常见部位位于变形缝以内3～5 m处，其余在节段中间部位分布，见图4。

图1 综合管廊标准断面（单位：mm）

图2 综合管廊标准断面配筋图（单位：mm）

图3 地质剖面图

图4 综合管廊裂缝现场照片

根据后期施工观测，管廊内侧墙体基本在浇筑完成后15 d至一个月内发现裂缝，同外墙从二次浇筑施工缝（墙体根部）一直向上延伸到顶板，为微倾斜的竖向裂缝，比较明显，形式、规格基本一致，目前内侧裂缝数量已超过对应的外墙裂缝数量，且与外墙裂缝位置基本对称。

分节长度在30 m及以上的管廊段南侧外墙裂缝数量为7～17条，最小间距1.0 m，最大间距6.9 m；北侧外墙裂缝数量为5～10条，最小间距1.0 m，最大间距7.9 m；

南侧内墙裂缝数量为8～20条，最小间距0.9m，最大间距2.8 m；北侧内墙裂缝数量为6～7条，最小间距1.2 m，最大间距4.8 m；内部顶板已发现裂缝，与两侧墙体呈环向连接，环向裂缝占裂缝总数的60%～90%。

分节长度在25 m及以下的管廊段南侧外墙裂缝数量为2～6条，最小间距2.85 m，最大间距7.15 m；北侧外墙裂缝数量为0～6条，最小间距2.3 m，最大间距3.6 m；

南侧内墙裂缝数量为1～2条；北侧内墙裂缝数量为0～6条，最小间距1.6 m，最大间距3.5 m；内部顶板部分发现裂缝，与两侧墙体呈环向连接，环向裂缝占裂缝总数的0%～50%。

对裂缝进行归类后，详见表1。

表1 裂缝间距

4 裂缝性质

管廊墙体裂缝出现较早。即在混凝土浇灌初凝后不久就发生且基坑尚未回填，属早期裂缝，它的出现与基础沉降、上部荷载无关。裂缝现象分布较有规律，所有裂缝均显垂直分布，裂缝长度基本与浇筑高度相同，裂缝宽度基本相同。由此判定为温度收缩裂缝。裂缝根据上述裂缝归类表，可见分节长度越长，裂缝间距越小。即分节长度越长温度收缩产生的内力越大，裂缝数量越多。

5 裂缝成因分析

5.1 混凝土自身的收缩性能

混凝土的收缩是一项很重要的性能指标，而影响混凝土收缩的因素很多，对于本工程来说，主要有以下因素：

（1）水泥浆的化学收缩

据有关资料记载[3]，对于硅酸盐水泥来说，每100 g水泥的减缩总量约为7～9 ml。如果每立方米混凝土中水泥用量为250 kg，则体系中减缩量将达20 l/m3，占混凝土体积量的2%，可见混凝土的化学减缩值是相当大的。

（2）混凝土的失水收缩

混凝土在失水过程中，较大孔隙中的自由水失去所引起的干燥收缩值虽然不大，但因留下孔洞则必然降低混凝土的防水抗渗能力。而较小的毛细管中水的失去时将因水的表面张力的增大而引起混凝土的收缩。失水收缩是混凝土产生裂缝的主要原因。一般混凝土的失水收缩在0.3～0.6 mm/m之间，远大于因化学作用而引起的化学收缩。

（3）混凝土的热胀冷缩

由于水泥水化时产生的水化热将导致早期混凝土的热胀，随着时间的推移，水化热将下降，温度下降后的混凝土将产生冷缩，当冷缩应力大于混凝土的抗拉强度时，将造成混凝土开裂。水泥水化热的大小与水泥品种、矿物组成、水泥用量有关。水泥用量越大水化热越高。

5.2 设计缺陷

（1）泵送混凝土的采用和混凝土强度等级（C45）的过高是管廊墙板开裂的不利因素。

由于要保证混凝土的工作性能，既方便施工、又容易泵送，唯一的方法就是增加混凝土内浆量的体积。作为混凝土内主要组成材料的集料来讲其随温度和湿度的体积变形是非常小的，它的存在使混凝土比单纯的水泥浆具有更高的体积稳定性和更好的耐久性。而浆量的体积增加，必然导致混凝土变形量的增加，相应的收缩也就增加。由于混凝土强度等级的提高，水泥用量也随之增加，水泥的增加导致了水化热的提高，增大了早期混凝土的热胀，从而加大了混凝土温度降低以后的冷缩。

（2）综合管廊配筋不合理、伸缩缝间距过大是综合管廊开裂的一个重要因素。

综合管廊断面纵横向配筋间距及钢筋直径设置不合理，间距过大、钢筋直径过粗、配筋率过低，混凝土的干缩变形不均匀，钢筋不能完全承担混凝土的收缩应力，从而尽导致收缩应力过大而造成的混凝土开裂。

现浇混凝土综合管廊结构变形缝的最大间距应为30 m[2]，超过该值时，产生的温度、收缩应力过大。

5.3 施工不合理

施工养护等措施不到位、混凝土过早失水，导致裂缝产生。

底板与顶板的二次浇筑间隔时间过长，混凝土的干缩严重，导致裂缝产生。

因市场膨胀剂品种繁多，在稳定性无法控制，膨胀时间与混凝土干缩不能同步发生，导致裂缝无法得到有效控制。

6 预防对策

根据以上原因，采取预防裂缝的措施如下：

（1）混凝土由C45调整为C40，从而减少水泥用量，降低了混凝土的热胀。适量掺入粉煤灰，粉煤灰的二次反应要在混凝土浇筑14 d以后才开始进行，从而可推迟水泥水化热峰值的出现，以利于混凝土的养护工作。管廊外墙板混凝土粉煤灰的适宜掺量为水泥用量的15%～20%。混凝土外加剂中采用高效减水剂（内含缓凝剂等），降低混凝土的单位用水量，减少混凝土水灰比，不仅可以减少单位用水量10%～20%，还可减少水泥用量8%～15%，从而起到提高混凝土强度和耐久性的作用，真正使混凝土的收缩值降到最低。另加聚丙烯腈纤维（1 kg/m3）来替代膨胀剂。加纤维可以减少裂缝产生。

（2）混凝土墙内钢筋，纵横向间距由原设计@200调整为@150。从理论和工程实例的情况表明，外墙板应配置双排分布钢筋网，其最小配筋率宜为0.25%,水平方向横向筋的间距宜为100～150 mm，直径宜为10～14 mm。为增加管廊墙板钢筋混凝土的抗拉强度[1]。

（3）管廊外墙长期暴露。管廊外墙结构对温度、湿度变化较敏感，常因附加的温度收缩应力导致墙体开裂。建议管廊变形缝之间的分节长度控制在25 m左右。

（4）建议管廊结构施工完成、条件具备后尽快回填，减少暴露时间。

（5）尽量缩短底板与顶板的二次浇筑间隔时间混凝土收缩。底板浇捣完成后，墙板、顶板在10 d内完成混凝土浇捣。

（6）饱水养护最简单的方法就是浇水养护，有条件可采用喷淋养护，浇水养护的时间原则上要大于14 d，如果条件允许，也可适当延长时间。

7 结论

本工程后期的综合管廊节段均采用本文提出的预防措施进行施工，裂缝数量得到有效的控制，达到了预期的效果，可为类似工程提供一定的借鉴。主要结论如下：

（1）对于综合管廊等长条型结构，一般环境采用C35混凝土，特殊环境根据环境特点选用混凝土等级，原则上采用不大于C40混凝土。

（2）纵横向钢筋间距不宜过大，间距一般不大于150 mm。

（3）混凝土结构养护必须按照要求加强养护、养护时间满足要求。

[1]GB50010-2010,混凝土结构设计规范[S],

[2]GB 50838-2012,城市综合管廊工程技术规范[S].

[3]单海飞,高石磊.建筑结构裂缝成因及防治探讨[J].科技致富向导,2010(11):136.

TU528.1

B

1009-7716（2017）10-0120-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.10.036

2017-05-16

王战国（1981-），男，浙江宁波人，高级工程师，从事工程建设管理工作。