针对水工结构上混凝土廊道的裂缝分析及处治措施

王苑龙

（中交第三航务工程勘察设计院有限公司）

随着水运工程建设的不断发展，为满足卸船进场的工艺运输要求，水工码头上设置皮带机廊道已成为必要的工艺布置要求。由于海风特殊环境对码头上建（构）筑物的腐蚀性较强，考虑建设及维护的经济性，水工码头上廊道通常采用钢筋混凝土结构。由于水工排架的间距往往较大，为保证皮带机廊道的立柱位于水工排架上以满足水工结构的受力要求，水工码头上皮带机廊道的跨度通常会较大，而一些跨度较大的纵向梁在尚未使用阶段就会出现裂缝，这些裂缝一般都会表现出两端小而中间宽大的特点。对裂缝的成因进行调查分析并提出应对方法，能为类似工程在设计和施工方面提供改进参考。

1 裂缝概况

近年来我们已在多个位于水工结构上的已建混凝土廊道上发现此类裂缝，根据现场实际查看，廊道整体结构完好，有部分梁侧面和底面发现裂缝。经检查并结合第三方检测机构的检测结果，表明裂缝主要分布在纵梁腹板上，垂直于梁的轴线，分布间距较为均匀。裂缝宽度普遍都会表现出两端小而中间宽大的特点，裂缝宽度在接近上下端处明显较中部减小，有的甚至肉眼不可见。多数这一类型的细小裂缝在接近梁底部位置消失不见，梁底面上没有横向贯通裂缝显现；现场观察到有一少部分宽度比较宽的裂缝延伸到梁的底部区域，但这些延伸到梁底部的裂缝很小。现以宁波某项目中水工结构上已建BC1 廊道出现的此类裂缝为例加以说明，现场表面裂缝情况见图1～图3。

图1 竖向裂缝

图2 L 型裂缝

图3 裂缝宽度检测典型照片

为进一步了解裂缝状况、分析裂缝成因，现场还采用取芯法对混凝土内部进行了检验。经取芯后发现裂缝未贯通，裂缝最大深度为50mm。现场取芯照片见图4、图5。

图4 裂缝现场检测典型照片

图5 裂缝深度取芯检测典型照片

为了更深入了解现场实际状况，现场还采用钢筋探测仪对结构中钢筋的位置、数量等进行了探摸，初步判断施工中钢筋数量设置符合设计图纸要求。

现浇梁简支跨排架基本未发现裂缝，梁间距较大排架裂缝较多，梁间距较小排架裂缝数量较少，裂缝基本位于现浇梁中部位置附近，主要为竖向裂缝；次梁裂缝数量明显较少。另外经现场统计发现，仅布置纵向次梁及楼板开洞处裂缝最多，以BC1 廊道11 轴～14 轴分段的结构单元为例加以说明。

两侧的11～12 轴间和13～14 轴间的梁仅发现1条裂缝，而中间段12～13 轴间的梁出现了较多裂缝，裂缝均在纵梁中部位置，分布在梁底部和侧部，单一侧面竖向裂（9 处）、部分侧缝和底缝形成连通成L 型（14 处）和U 型（5 处）。

从裂缝宽度分析，12～13 轴间的梁裂缝宽度在0.2mm 以下的共15 处，宽度在0.2～0.3mm 间的共11处。

图6 梁系布置图

12～13 轴间的梁裂缝分布图见图7。

图7 横梁裂缝分布图

2 裂缝成因分析

⑴首先复核结构计算文件，经对所有结构单元进行核查，设计文件均满足规范要求。梁配筋、裂缝计算和梁挠度计算结果以及梁纵向钢筋配筋率、箍筋配筋率、腰筋配筋率等均满足规范的要求，施工图设计成果并不存在问题。

⑵其次从裂缝的具体位置和形态入手，判断裂缝成因。对于钢筋混凝土框架结构的主梁，主要表现为梁整体受弯，受扭或者受剪等主要受力方式。不同的受力方式产生的裂缝形态见表1。

表1 裂缝形态分析

根据现场对裂缝的形态及位置的统计数据描述，本单体裂缝并无表现出上述裂缝特征。结合结构计算复核结果，并且考虑到本单体建成后尚未投入运营，可以判断这些裂缝并非设计荷载造成的结构性裂缝。

⑶裂缝出现位置和裂缝特点。

结合现场实测情况，简支跨未发现裂缝，两跨的现浇梁段比三跨的现浇梁发现的裂缝少，仅布置纵向次梁及楼板开洞处发现裂缝最多。

本单体裂缝的主要特点为：①主要出现在梁侧面，开裂方向垂直于梁长度方向；②沿梁长度方向分布比较均匀；③梁底部和顶部无可见贯通裂缝，裂缝深度最大的仅为50mm。

根据本单体出现裂缝的特点，判断这些特点基本符合混凝土收缩裂缝的特点。具体原因如下：

收缩裂缝一般表现为约束较强处较少，而约束较弱处居多。在内部没有纵向钢筋的位置由于约束较弱，故裂缝先在这些位置产生。根据约束的强弱，收缩裂缝沿梁的长度方向上均会出现；在配有较多纵向钢筋的梁的上下表面，由于这些钢筋的约束较大，故裂缝延伸到这些位置逐渐减小甚至消失不见；而在梁的侧面，虽然配有一些腰筋，但这些腰筋仅为构造设置，配筋量一般较少，这些少量的腰筋对混凝土产生的约束作用也很有限，所以梁侧面的裂缝呈现出中部偏大、接近上下边缘变小的特点。

根据上述裂缝的特点，初步判断这些裂缝基本符合收缩裂缝的特征，属于非结构性的收缩裂缝。

⑷此类廊道产生混凝土非结构性裂缝的原因比较复杂，主要有以下几点：

①构造要求的影响。此类钢筋混凝土廊道均位于水工码头上，属于海风或海岸环境，根据混凝土耐久性要求，一般要求采用C35 及以上强度的混凝土，梁、柱保护层厚度也达到40～50mm；另外由于水工排架间距的限制，廊道跨度通常较大，这就导致了框架梁断面比较大，多数纵向框架梁断面达到1m 以上。混凝土强度较高、框架梁断面偏大、保护层厚度较厚这些因素均使混凝土内水化热更难释放，从而更容易产生开裂现象。

②混凝土的浇注措施。由于构件截面尺寸较大，混凝土浇注时会采用一些有效的施工措施来控制水化热（如分层浇筑等），但这些措施对施工要求较高，有时不易控制。

③混凝土的养护措施。此类结构位于海风或海岸环境，环境较为恶劣，常规养护措施难以达到理想效果。出现裂缝最多的位置正好是楼面有较大开孔的位置，饱水养护的要求会更高，按照常规养护，不容易达到正常的养护效果。

④根据以上分析，在多种因素的综合作用下，在混凝土内部可能会产生拉应力的积聚。而当拉应力超过混凝土的抗拉强度时，混凝土收缩裂缝就产生了。

3 结构安全性分析

根据第三方对裂缝的检测结果，对结构安全性分析如下：

⑴梁顶面未发现裂缝，梁上部混凝土也未出现任何损坏迹象，加之梁上部是与混凝土楼板整体浇注的，故梁上部受压区混凝土可以有效工作。

⑵梁底面未发现贯通性的受弯U 型裂缝，仅发现极少量局部裂缝，这些裂缝基本分布于梁跨中区域，在梁支座区域未发现裂缝。因此，梁受压区混凝土也可以有效工作。

⑶框架梁在跨中区域承受正弯矩（下部受拉）而不存在负弯矩；在靠近支座区域承受负弯矩（上部受拉）而不存在正弯矩。由于梁的极少量局部裂缝均位于梁的底部受拉区域，因此对于梁的抗弯性能没有影响。

⑷根据检测结果，目前裂缝主要位于梁高的中部，该区域混凝土理论上不参与结构受力作用。

⑸根据以上分析，判断这些裂缝对结构安全性没有影响。由于部分裂缝宽度超过0.2mm，并且不能排除裂缝进一步发展的可能性，可能对混凝土耐久性造成一定影响，建议采取一定的修补措施。

4 修补方案

由于本工程位于码头上，属于海风或海岸环境，混凝土使用环境比较恶劣。梁侧裂缝对结构安全性没有影响，但可能会造成对混凝土构件耐久性的影响。因此，建议采取如下修补方案：

⑴对现场裂缝进行详细排查及记录，对所有裂缝进行宽度测量，并标记好准确的裂缝位置。

⑵鉴于现场使用环境恶劣，对于裂缝是否稳定尚不能准确判断，建议按0.1mm 为界对裂缝采取不同的处理方案。

⑶采用表面封闭法对于宽度小于0.1mm 的裂缝进行处理。可采用在裂缝处的混凝土表面涂抹环氧胶泥等具体做法。

⑷对于宽度大于0.1mm 的裂缝，采用压力注浆法进行处理。具体为在裂缝处采用压力注浆方法注入环氧浆液。

具体施工方法：

①注浆前应布置灌浆嘴和试气。一般采取骑缝直接用灌浆嘴施灌，如无必要可不另设钻孔。灌浆嘴应设在裂缝较宽处，间距为40～50㎝，贯通裂缝应在两面交错设置。灌浆嘴用环氧腻子贴在裂缝压浆部位，操作时要防止堵塞裂缝。裂缝表面用环氧腻子（或胶泥）进行封闭。待腻子硬化后，进行试气。试气气压保持0.2～0.4MPa，从上往下进行试气。在封闭带上及灌浆嘴四周涂肥皂水检查，如发现泡沫，则表示漏气，应再次封闭。

②试气完毕后进行灌浆。用空压机将环氧浆液压入裂缝，等待3～5min，待浆液从邻近灌浆嘴喷出后，用木塞将第一个灌浆空封闭。然后按同样方法依次灌注其他灌浆孔。

⑸对于取芯部位，应采用比梁混凝土强度等级高一级的微膨胀混凝土灌芯密实。灌芯前应检查取芯是否破坏了混凝土中的钢筋，如有此现象，应根据具体取芯部位，另行确定补强方案。

⑹为提高修补后的观感效果，可选择合适的混凝土表面涂料，在修补完毕后涂刷，具体可由相关各方调查协商后确定。

⑺以上处理方案、材料等可根据现场具体情况调整。如采用经证明可靠的其他方法修补裂缝，应由有关各方协商后确定。

⑻运营期间应加强混凝土构件裂缝检查工作，如果出现新的裂缝或原存在裂缝出现加长加宽的进一步开展现象，需要通知单体设计人员进一步分析。

5 设计及施工建议

在海风等特殊环境的影响下，特别对于建于水工码头上长度较大的廊道，都容易发生多少不一的裂缝情况，这些裂缝如果继续发展，将有可能对梁构件截面的内力分布产生影响，特别是受压区和剪压区的高度将随着裂缝的伸展而减小，导致压应力加大，这种结果可能会影响构件的极限承载力，所以如何控制干缩性裂缝，一直是各方努力要解决的问题。

针对尚未施工的其他水工结构上的混凝土廊道，提出如下建议：

⑴考虑到后浇带方法对较长混凝土结构控制裂缝的效果有限，建议将伸缩缝的间距进一步缩小（不按照《混凝土结构设计规范》中伸缩缝的最大间距要求控制），按照10～12m 的水工排架间距，除非必须要加长要求的以外，均按照标准段单跨现浇混凝土框架+简支段处理，这样会有效缩短现浇混凝土段的尺寸，避免较大长度的混凝土结构出现收缩性裂缝。

⑵水工结构上的廊道，由于受海风影响特别大，环境比较恶劣，建议在混凝土结构施工完毕后，还需要在混凝土构件上做保护性涂层，有效隔绝外部环境对混凝土构件的直接作用影响。

⑶由于我国现行相关规范对于梁腹部的水平抗剪钢筋并没有具体计算要求，仅仅是按构造设置水平腰筋，而一般设计人员也仅仅是满足规范要求的下限而设置腰筋，这对于抵抗腹部的拉应力及约束裂缝的开展是不利的。因此建议对于跨度、长度偏大的混凝土梁，应适当加大侧面构造腰筋的配筋量，腰筋间距不大于200，直径不小于14，宜采用Ⅲ级螺纹钢。

⑷水工结构上的廊道的结构设计，建议尽量采用双向次梁布置，除特殊工艺要求外尽量避免大面积开孔。

⑸确定合理有效的施工措施。对于混凝土浇注要编制具体的施工措施，重点关注分层浇注等方面的实施细则，并做好施工记录。如遇特殊情况，可咨询并综合考虑设计人员、监理人员以及施工人员等各方的意见对施工措施进行完善和修改。

⑹做好混凝土养护工作。鉴于海边风力和昼夜温差均较大的特性，对于建于海边的土建结构应更加注意加强混凝土的养护工作。