白龙江JP水电站厂房混凝土裂缝原因分析及处理

赵松涛

(甘肃省水利水电勘测设计研究院有限责任公司，甘肃 兰州 730000)

JP水电站地处甘肃省陇南市武都区两水镇境内，电站装机容量3×0.6MW。

厂房布置在白龙江右岸高漫滩上，高出河床2～3m。地层岩性：上部为冲洪积含碎石砂壤土，灰褐色，松散，稍湿，厚0.5m左右，为当地主要的耕作区；下部为砂卵砾石，厚35m左右，整层较均匀，局部夹有薄层(厚度小于20cm)的中细砂或泥质透镜体，不存在地震液化等问题。基底为志留系中上统白龙江群碳质板岩、泥砂质千枚岩，黑色、青灰色，极薄层状，岩体软弱，属软质岩，表层较破碎，强风化厚度2～3m。厂房基础置于砂卵砾石层上。

电站施工过程中，厂房已浇筑的水泵室顶板、集水井侧墙及顶板、尾水管底板、蜗壳进人门上部二期混凝土、蜗壳顶板、中隔墙及下游水下墙发现不同程度的裂缝共35条，其中对厂房可能产生渗水的21条。为保证裂缝处理后的可靠性和厂房的运行安全，需对出现的各类裂缝产生原因进行分析并提出相应的处理方案。

1 裂缝的检测及产生裂缝的原因分析

1.1 裂缝的检测

厂房裂缝发现后，为了查明裂缝的位置、深度及对结构安全的影响，对厂房尾水底板、集水井底板、侧墙、水泵室底板、侧墙、副厂房楼板等在施工期出现裂缝的部位混凝土结构采用探地雷达和裂缝测深仪进行了内部缺陷和裂缝检测，在对检测数据进行处理和综合分析的基础上发现以下问题：

(1)内部裂缝

尾水底板、集水井底板、水轮机副厂房楼板未发现明显内部裂缝，与现有裂缝不存在连通现象，属于局部应力作用下产生的裂缝，且现有裂缝截止检测之日未形成较大的内部延伸扩展。

(2)裂缝深度

3#机尾水墩墙壁上裂缝1条，属贯穿性裂缝；3#机尾水底板存在裂缝1条，属贯穿性裂缝；集水井部分裂缝有渗水、析出物，判断为贯穿性裂缝；水轮机副厂房上、下游墙体裂缝均为贯穿性裂缝。

(3)内部质量缺陷

根据探地雷达检测成果显示，2#、3#机尾水底板与基础接触不良，有脱层现象，混凝土浇筑内部无缺陷，1#机集水井底板局部混凝土内部存在小空洞，但对结构安全无影响。

1.2 产生裂缝的原因

经技术检测及相关技术人员现场多次对裂缝长度、宽度、分布规律及混凝土配合比分析，认为产生裂缝的原因主要有以下几个方面：

(1)本工程厂房结构混凝土采用二级配C25W6(泵送)混凝土，水泥采用广元海螺水泥有限责任公司生产的海螺牌P.042.5R(早强)水泥，外加剂采用北京东方亿达建材有限公司生产的聚羧酸高性能减水剂。厂房混凝土浇筑时，均采用汽车泵入仓，仓面较大，混凝土浇筑速度较快，混凝土浇筑后前期混凝土水化热过大，水化热产生的温度应力受混凝土浇筑仓面的约束，没有释放的空间，产生应力集中，引起裂缝。

(2)产生裂缝的结构基本为大体积混凝土，且在冬季浇筑，内外温差过大，产生温度应力和温度变形，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力，温差产生的表面拉应力超过此时混凝土的极限抗拉强度，就会在其表面产生裂缝。

(3)通过对本电站厂房产生裂缝的结构部位分析，绝大多数裂缝属水化热产生的裂缝，有些裂缝除水化热外，也有墙体跨度偏长，在混凝土浇筑完成后，温度的上升会使混凝土产生膨胀变形，周边的约束会使其内部产生应力集中，引起混凝土裂缝，如1#机渗漏集水井前墙裂缝；2#、3#机检修集水井前墙裂缝；2#、3#机水泵室前墙及后墙裂缝；厂房下游水下墙裂缝等。

2 裂缝对厂房安全性的判别及处理方案

经技术检测及裂缝成因分析，对混凝土结构内部裂缝引起结构安全性进行评价分析及裂缝产生的原因，对各部位裂缝提出如下处理方案：

2.1 水平裂缝安全性评价及处理方案

(1)1#、3#机尾水底板裂缝为深度贯通性裂缝，存在渗水锈蚀钢筋的问题，但该处裂缝属水化热产生的裂缝，对结构安全性无影响。裂缝处理采用打孔灌浆法和表面凿宽度3cm，深度2.5cm的V型槽，槽内填筑环氧砂浆处理。灌浆材料采用LW水溶性聚氨酯。

(2)2#、3#机检修集水井顶板裂缝为贯穿性裂缝，属结构局部应力集中产生的裂缝，但该裂缝对结构安全性无较大影响。裂缝处理采用无损贴嘴法灌浆和表面沿裂缝凿宽度3cm，深度2.5cm的V型槽，灌浆材料采用LPL双组份、无溶剂、低粘度、亲水型的环氧树脂；V型槽内填筑环氧砂浆，其表面粘贴碳纤维胶粘碳纤维布加固。

(3)副厂房空压机室楼板裂缝属结构局部应力集中部位产生的裂缝，裂缝较短，且上下未贯通，对结构安全性无较大影响。裂缝处理采用无损贴嘴法灌浆和表面沿裂缝凿宽度3cm，深度2.5cm的V型槽，灌浆材料采用LPL双组份、无溶剂、低粘度、亲水型的环氧树脂；V型槽内填筑环氧砂浆，其表面粘贴碳纤维胶粘碳纤维布加固。

(4)2#、3#机水泵室顶板贯穿性裂缝，有渗水问题，属结构应力集中产生的裂缝，裂缝处理采用无损贴嘴法灌浆和表面沿裂缝凿宽度3cm，深度2.5cm的V型槽，灌浆材料采用LPL双组份、无溶剂、低粘度、亲水型的环氧树脂；V型槽内填筑环氧砂浆，其表面粘贴碳纤维胶粘碳纤维布加固。

(5)1#～3#机水轮机蜗壳顶板裂缝纯属混凝土浇筑速度较快产生的水化热裂缝，这些裂缝是否为贯穿性裂缝，因裂缝位于厚度为1.5m的Ⅱ期混凝土中，顶部表面裂缝不明显，不易判断，但个别几条裂缝根据现场看，有混凝土养护地面水下渗渗出现象，估计裂缝已上下贯通，机组振动对结构安全性可能有影响，同时存在水轮机蜗壳内压力水渗入水轮机层的问题。裂缝处理采用打孔灌浆法，灌浆材料采用LPL双组份、无溶剂、低粘度、亲水型的环氧树脂；其表面不再凿V型槽和粘贴碳纤维胶粘碳纤维布加固。

2.2 竖向裂缝安全性评价及处理方案

2.2.1 竖向裂缝安全性评价

(1)1#机渗漏集水井前墙、后墙裂缝属混凝土浇筑速度较快产生的水化热裂缝。该处裂缝对结构安全性无较大影响，但存在集水井内水向外渗出问题。

(2)2#、3#机检修集水井前墙裂缝与后墙裂缝和顶板裂缝已连通，且前墙裂缝属贯穿性裂缝。该处裂缝除混凝土浇筑速度较快产生水化热裂缝外，墙体跨度28.3m，顶板长度28.3m，墙体和顶板跨中未设伸缩缝，墙的跨度和板的长度偏长，混凝土浇筑过程中水化热产生的应力无释放空间，引起裂缝的产生；前墙裂缝属贯穿性裂缝，对结构安全性有影响，同时存在集水井内水向外渗出问题。

(3)2#、3#机水泵室前墙、后墙裂缝已与顶板上的裂缝连通，且顶板裂缝及前墙裂缝已贯通，后墙裂缝与3#水轮机肘管裂缝贯通，但水泵室底板无裂缝。根据裂缝的缝宽和缝的线条形状，顶板裂缝除混凝土浇速度较快产生水化热裂缝外，可能还存在混凝土强度未达到拆模强度就拆除模板，引起裂缝产生，该裂缝对结构安全性无较大影响。该处裂缝中的前墙裂缝和后墙裂缝虽对结构安全性影响不大，但前墙已贯通裂缝存在地下水渗入水泵室，后墙与3#水轮机肘管贯通裂缝存在水轮机肘管内压力水渗入水泵室的问题。

(4)1#、2#、3#机水轮机蜗壳裂缝为混凝土浇筑速度较快产生的水化热裂缝，该裂隙缝已与蜗壳进人通道贯通，属贯穿性裂缝，对结构安全性有影响，同时存在水轮机蜗壳内压力水渗入进人通道的问题。

(5)3#机水轮机蜗壳左侧墙裂缝为贯穿性裂缝，属混凝土浇筑速度较快产生的水化热裂缝，对结构安全性有影响，同时存在水轮机蜗壳内压力水渗出问题。

(6)厂房中隔墙裂缝为贯穿性裂缝，属混凝土浇筑速度较快产生的水化热裂缝，对结构安全性无影响，也不存在渗水问题，不作处理。

(7)厂房下游水下墙5条裂缝属混凝土浇筑速度较快产生的水化热裂缝。该5条裂缝对结构安全性略有影响，但影响不大，主要存在尾水水位较高，外水渗入空压机室、油处理室的问题。

2.2.2 竖向裂缝处理

(1)集水井前墙、后墙，水泵室前墙、后墙及厂房下游水下墙处共计19条裂缝，根据前述裂缝对结构安全性检测评价，除个别裂缝对结构安全性有影响外，主要存在外水内渗和内水外渗的问题，其裂缝的处理除防止裂缝继续扩展外，主要是防止外水内渗和内水外渗。裂缝处理方案为：裂缝内采用打孔灌浆法和沿裂缝表面凿宽度3cm，深度2.5cm的V型槽，灌浆材料仍采用LPL双组份、无溶剂、低粘度、亲水型的环氧树脂，V型槽内填筑环氧砂浆，表面需采用碳纤维胶粘碳纤维布加固。

(2)3#机水轮机肘管裂缝，1#、2#及3#机水轮机蜗壳裂缝，处理方案采用打孔灌浆法，灌浆材料采用LPL双组份、无溶剂、低粘度、亲水型的环氧树脂；其表面不再凿V型槽和粘贴碳纤维胶粘碳纤维布加固。

3 结语

混凝土结构的裂缝会影响构件的耐久性、疲劳强度，只有从设计和施工两方面共同努力，才能正确预估混凝土裂缝可能出现的各种原因，采取有效措施，控制混凝土的裂缝，将其不利影响降到最低限度。充分认识混凝土裂缝产生的原因，为更好地提供防裂措施提供了依据。在实际施工过程中，针对工程特点及环境因数，从原材料到混凝土成型养护，均采取必要的防裂措施，能有效地抑制混凝土裂缝的产生。经过现场实施，以上裂缝处理方法耗资少，施工简单方便，处理效果良好，值得推广。