建筑工程大体积混凝土裂缝防治技术

方 波 青， 王 平， 钟 波

(中国水利水电第七工程局有限公司 第一分局，四川 彭山 620860)

1 概 述

大体积混凝土施工和裂缝是两个相互关联的话题。提及大体积混凝土施工，首先想到的就是如何防止裂缝的产生。大体积混凝土裂缝的预防是重点，也是难点，一旦出现裂缝，不仅影响工期，裂缝处理的投入亦非常巨大，而且影响企业声誉。通过多年从事混凝土施工的经历，总结出很多大体积混凝土施工经验，现通过两个典型大体积混凝土施工失败的案例，阐述了大体积混凝土防裂的关键及出现裂缝后应采取的处理方法。

2 两个大体积混凝土施工案例

2.1 某桥梁工程基础混凝土浇筑及开裂情况

某大桥基础采用C35混凝土扩大基础，基础共分为三个台阶，单个台阶高3 m，由下至上三个台阶的平面尺寸分别为： 58 m×25 m、55 m×20.5 m、52 m×16 m。基础下设15 cm厚C20混凝土垫层，基础内部不设置结构钢筋，仅在外露表面布置一层φ12 mm@100 mm×100 mm防裂钢筋网，钢筋保护层厚度为3 cm。大桥基础混凝土浇筑按3 m高台阶分为三层(不分块)进行施工，大桥基础立面示意图见图1。

图1 大桥基础立面示意图

该工程地处四川省成都市，大桥基础于9月施工。成都市年平均气温为15.6 ℃～16.9 ℃，秋季气温为16.3 ℃～17.6 ℃，冬季平均气温为6.2 ℃～7.7 ℃，最热的月份出现在7月，月平均温度达25 ℃～26.3 ℃,最冷的月份出现在1月，平均温度为5 ℃～6.2 ℃。成都市年平均降水量为759.1～1 155 mm，降水量最多的月份出现在8月，秋季降水量为135.9～286.2 mm，占全年降水量的17%～25%；冬季降水量为21.4～52.8 mm，占全年降水量的4%左右。成都市秋冬季节相对湿度在80%以上。

大桥基础第一层(仓面平面尺寸为58 m×25 m、浇筑高度为3 m)施工时，布置了两排冷却水管，分别布置在靠底面75 cm和靠顶面75 cm处，冷却水管间距2 m。浇筑时气温为19 ℃～27 ℃，购买商品混凝土，混凝土入仓；浇筑后及时洒水养护，利用预埋的冷却水管通常温水冷却。浇筑完成后第7 d发现仓面中部位置出现裂纹；浇筑完成后的第8 d，该裂纹形成贯穿性裂缝；浇筑完成后的第12 d，仓面一侧新增加了一条未贯穿裂缝。大桥基础第一层浇筑后共发生两处裂缝，最大缝宽约3 mm。

受第一层浇筑后出现裂缝的影响，大桥基础第二层(仓面平面尺寸为55 m×20.5 m，高3 m)浇筑时从平面上分成3块(两侧各一块、中间作为后浇块)进行浇筑，块与块之间布置构造拉筋。先依次浇筑两侧的块体(两块的尺寸均为20.5 m×23 m，高3 m)，再浇筑中间的后浇块(分块尺寸为20.5 m×9 m，高3 m)。构造拉筋骑缝设置的φ28 mm拉筋长度为2 m，间排距为0.5 m。冷却水管的布置、浇筑方法、养护同第一层，浇筑时气温为15 ℃～22 ℃。两侧块体浇筑完成8 d后先浇筑的两侧块体出现2条贯穿裂缝和1条非贯穿裂缝，最大的裂缝宽度约为3 mm。

大桥基础第三层浇筑时，总结了第一、二层施工的教训，将第三层的层高3 m分为两层浇筑，即为基础的第三层和第四层，每一层浇筑厚度为1.5 m。第三层和第四层浇筑时，平面上再分为6大块作为先浇块进行浇筑，并设3 m宽后浇带。第三层和第四层的横向、纵向施工缝相互错开。后浇带在先浇块浇筑完成至少7 d后浇筑。第三层和第四层浇筑平面的分块情况见图2、3。第三层和第四层浇筑后，混凝土未发生裂缝。

图2 第三层分块平面示意图

图3 第四层分块平面示意图

2.2 闸室底板混凝土的浇筑及开裂情况

某C25水工混凝土闸室底板为驼峰堰型，堰高5 m，闸室底板宽22 m，长43 m，底板上、下游各设置了一处齿槽。闸室底板混凝土施工不分块，高度方向分为四层浇筑，分层高度以2 m为主，闸室底板结构纵剖面示意图见图4。

图4 闸室底板纵剖面示意图

该工程地处四川省成都市，闸室底板于11月施工，气候气象条件同大桥基础。

闸室底板第一层混凝土块体小，浇筑后混凝土未出现裂缝。闸室底板第二层(仓面平面尺寸为43 m×22 m、浇筑高度为2 m)混凝土于晚上20∶00开始浇筑，次日凌晨3∶10浇筑完成，浇筑时平均气温为10 ℃。采用混凝土泵入仓，台阶法浇筑，人工平仓，混凝土浇筑坯层厚度为30～40 cm。混凝土浇筑完成后安排专人进行洒水养护，保持混凝土面湿润并利用预埋的灌浆管(间排距3 m×3 m)通常温水冷却。浇筑完成10 d时，在闸室底板第二层仓面中部发现1条裂缝，裂缝走向为垂直水流轴线方向，长度约22 m，缝宽约为0.5～1.8 mm；浇筑完成12 d时，发现第2条裂缝，裂缝走向与水流轴线斜向相交，长度约22.6 m，缝宽约为0.1～1.5 mm。

受第二层混凝土开裂影响，闸室底板第三层(仓面平面尺寸为43 m×22 m、浇筑高度为2 m)混凝土浇筑，从平面上分为两块进行施工，即将平面尺寸为43×22 m的仓面分成两块尺寸为21.5 m×22 m的仓面进行浇筑，在分缝位置设置键槽，分层高度为2 m不变，并在仓面底部按2 m间排距埋设冷却水管。闸室底板第三层混凝土于晚上开始浇筑，次日凌晨浇筑完成，浇筑时平均气温约为9 ℃，浇筑后的养护、通常温水冷却同第二层。第三层混凝土浇筑后未发生裂缝。

3 针对大体积混凝土裂缝进行普查及原因分析

3.1 裂缝普查

(1)针对裂缝实施钻孔取芯。对大桥基础和闸室底板的裂缝部位进行钻孔取芯，垂直裂缝骑缝钻孔取芯6组[1]，孔径为11 cm，钻孔深度为100 cm，芯样裂缝出露深度约50～70 cm。在裂缝两旁各5 cm处取芯4组，钻孔深度为100 cm，均未发现裂缝。

(2)超声波检测。利用超声波检测仪对裂缝深度进行复查[2]，复查结果基本与钻孔一致。

(3)监测裂缝缝宽。对大桥基础和闸室底板的裂缝各选择2条安装测缝计，持续监测至裂缝稳定，监测数据表明：裂缝宽度为1.5～1.9 mm,累积裂缝变化为0.12～0.15 mm。

(4)温度监测。大桥基础和闸室底板裂缝形成后，立即对混凝土进行保温养护，保温措施主要采取土工布+保温被进行保湿保温养护[3]，并派专人利用预埋在混凝土中的温度计监测混凝土内部和表面的温度，其中内部温度监测部位为深入混凝土1 m位置，表层温度监测部位为距混凝土外表面50 mm处的温度，记录内外温度监测数据。监测数据表明：大桥基础和闸室底板的混凝土内外温差均不超过20 ℃，混凝土降温速率及内外温差均在正常范围内[4]。

3.2 裂缝产生的原因分析

大桥基础和溢洪道闸室底板混凝土出现裂缝后，项目部立即组织参建各方及省内水工结构、地质、材料、水工混凝土方面的专家对大体积混凝土裂缝产生的原因、处理措施及后期大体积混凝土浇筑改进措施等进行了咨询。参建各方及专家一致认为：裂缝产生的主要原因是浇筑仓面过大，施工期混凝土水化热产生的温度应力造成的温度裂缝；基础约束是造成裂缝的次要原因。

4 大体积混凝土裂缝的处理

4.1 大体积混凝土裂缝的处理与预防

对大体积混凝土裂缝的处理主要采取化学灌浆封闭并增设限裂钢筋网的方案，主要施工工艺流程为：裂缝表面浮浆、杂物清理→灌浆孔施工→埋灌浆管→缝面止封→灌浆→铺设限裂钢筋网片。

(1)化学灌浆施工的技术要点：

①孔位布置：化学灌浆开孔位置在裂缝两侧0.2 m处，孔距0.5 m，梅花型布置，孔径为15 mm，钻孔角度为40°～50°。根据裂缝深度，布孔时需保证钻孔与裂缝相交位置位于裂缝下部的三分之一缝深处[5]。

②埋灌浆管：埋灌浆嘴，接上灌浆管。

③缝面止封：缝面直接用高强度水泥砂浆止封，并间隔缝面1～1.5 m钻直径为10 mm的排气孔，用于灌浆过程中的排气。

④配浆：按厂方提供的参考配比A∶B=9∶1将A组份和B组份混合均匀，将浆液温度控制在30 ℃以下。

⑤灌浆：灌浆压力选取0.3～0.5 MPa，竖直裂缝从最低处开灌，逐渐向上，使浆液充满整个缝隙。

(2)限裂钢筋网的布置要点。裂缝化学灌浆完成后，沿裂缝方向布设限裂钢筋网。沿裂缝面设置直径为28 mm的骑缝钢筋，钢筋间距20 cm、长度为3 m，布置在裂缝两侧各1.5 m处；纵向分布筋为φ16 mm、间距20 cm,沿裂缝设置。

4.2 大体积混凝土的裂缝预防

为避免大体积混凝土开裂带来的工期和经济损失，通过多年积累的施工经验，总结出大体积混凝土施工时需要注意的几个要点：

(1)加强混凝土浇筑完成后的内部温度监测工作，有针对性地进行混凝土养护。在混凝土内部安装温度传感器，实时监测混凝土温度变化，根据内外温差情况有针对性地采取养护措施——在升温期采取表面喷淋或蓄水降温，在降温期根据混凝土内部温度降低的时机、速率适时、适当地采取保温措施，以延缓混凝土的降温速率。

(2)对大体积混凝土的分仓、浇筑厚度、入仓方式、混凝土原材料及配合比进行适当优化。对于大体积混凝土，应尽可能地采取直接入仓的方式进行浇筑，在满足设计要求的前提下降低混凝土配合比中的水泥用量，以降低水化热。

(3)增设抗裂钢筋。为保证上层混凝土的施工质量、防止产生新的裂缝，在潜在开裂风险较高的部位布设了一层抗裂钢筋网片(φ12 mm螺纹钢、间排距为10 cm、保护层厚5 cm)，以尽可能地避免产生表面裂缝并限制其向下发展。

5 结 语

在建筑工程施工过程中，大体积混凝土的浇筑不可避免且大体积混凝土一般处于建筑物的基础部位，因此，大体积混凝土的质量直接影响到建筑物的安全，至关重要。大体积混凝土裂缝是影响大体积混凝土质量的常见因素之一，裂缝的处理可谓是耗工耗时。由此可见，在大体积混凝土施工前做到统筹安排、科学规划、防患于未然非常重要。通过文中列举的两个大体积混凝土工程实例，对裂缝的产生和处理过程进行了阐述，总结出大体积混凝土裂缝的预防要点，可供工程施工技术人员学习和类似工程借鉴。