電廠工程建設中混凝土板墻裂縫的原因及預防

魏安穩

摘要：火力發電廠工程有許多板墻，這些板墻由于施工工藝原因，其熱脹冷縮和混凝土自然收縮會受到約束，約束會產生約束力，約束力大于混凝土抗裂強度時，板墻發生斷裂。對于水工混凝土而言，斷裂會導致漏水、會嚴重影響板墻壽命。本文旨在分析板墻發生裂縫的機理，制定預防裂縫的施工措施。

關鍵詞：火力發電廠，混凝土板墻，混凝土水化熱，混凝土收縮，混凝土徐變，約束，約束應力，裂縫，裂縫預防。

某電廠（4×300MW燃煤電廠）土建工程施工過程中，先后發現循環水管道、#9輸煤隧道、主廠房電纜隧道、循環水進水管溝和灰渣泵坑的混凝土板墻發生了許多豎向（垂直）裂縫。許多裂縫處有明顯的滲水痕跡。這些裂縫對于結構的耐久性和電廠運行的安全性是潛在的威脅，應該引起工程師們的重視并予以修補和預防。

一、裂縫現象

下述板墻混凝土均用#525硅酸鹽水泥生產，水灰比為0.5-0.6，塌落度為10cm-14cm，單位體積水泥用量為320kg-330kg。

1、循環水排水管溝

循環水排水管溝為并排四孔方型封閉管溝，凈空寬×高=3200mm×1800mm，板厚400mm，伸縮縫間距12000mm。

施工時，先澆筑底板及500mm高側板，過一段時間（10天左右），澆筑上部側板和頂板。其裂縫多發生在內部隔板上，外側板及頂板較少甚至沒有裂縫。裂縫間距一般為3000mm左右。

2、循環水進水管溝

循環水進水管溝為并排雙孔圓型封閉管道，凈空直徑為2400mm，壁厚為400mm，伸縮縫間距11200mm-15900mm。

施工方法類同循環水排水-先施工底板，后施工上部結構。裂縫間距一般為3000mm-4000mm左右。

3、#9輸煤隧道

#9輸煤隧道為方孔型斷面，凈空寬×高=6300mm×2550mm，除底板厚為500mm，其它面板厚400mm。施工方法同循環水排水管溝-先施工底板，后施工上部結構。裂縫間距不等，小的一般為2000mm左右。

4、灰渣泵坑坑壁

灰渣泵坑是一座24000mm×15000mm的池子，四側壁板高度不等，均坐于先期施工的結構基礎上。發現西側板墻上裂縫，南北側未發現，東側當時未施工。發生裂縫的板墻厚240mm，1800mm高，26700mm長，嵌于間距為6000mm的六根柱子內。裂縫間距一般為3000mm-4000mm左右。

5、主廠房電終隧道

主廠房電纜隧道為方型斷面，凈空寬×高=1800mm×2000mm，壁厚為200mm，伸縮縫間距為250000mm。施工方案類同-先施工底板，后施工上部結構。

電纜隧道上的裂縫較少，間距較大。

二、裂縫特征

綜合分析五種構筑物混凝土板墻裂縫，大致有下列特征：

1、發生裂縫的板墻都是先施工底部混凝土板或者基礎，一段時間后施工上部板墻。

2、發生裂縫的都要是較長的薄壁板墻。

3、同樣的板墻，如#9輸煤隧道東西兩側板墻，面向西邊的，產生的裂縫較多；同一板墻，西面裂縫較東面裂縫多。

4、側立墻比頂板裂縫多。

5、對于并排管溝，內部隔墻比外部環境兩側板墻的裂縫多。

6、裸露時間較長的板墻裂縫較多。

7、四月份以前施工的板墻裂縫較少，五月以后施工的板墻裂縫較我。

8、裂縫不是同時出現的，隨著時間的延長而增多增長；有的在28天齡期以前，有的在此后。

9、裂縫均發生在施工縫以上的板墻上，距離施工約100mm-200mm之間。

10、裂縫發生在距伸縮縫、后澆帶較遠的地方，即伸縮縫和后澆帶附近沒有裂縫。

11、裂縫間距一般在3000mm左右，個別更大或者更小；裂縫寬度并不很寬；裂縫底部較寬，上部變細，許多裂縫向上發展過程中消失；裂縫是連續的、貫通的。

三、混凝土（構件）裂縫機理分析

根據導致混凝土發生裂縫的原因特點，其裂縫大致有下列幾種：

1、受力裂縫

當荷載產生的應力超過混凝土構件極限承載能力時，混凝土發生裂縫，包括受拉裂縫、受壓裂縫、受剪裂縫等。

2、不均勻沉降裂縫

不均勻沉降使混凝土構件產生設計院未考慮的額外應力，從而使結構應力超過其極限強度而產生裂縫。

3、凍融循環裂縫

4、水泥安定性不良引起的裂縫

如果水泥熟料中含游離氧化鈣太多時，在不泥水化過程中發生較大的體積膨脹而產生的裂縫。

5、外力裂縫

如地震或者爆炸引起的裂縫。

6、收縮裂縫

混凝土在凝結硬化過程有收縮特性。當這些收縮受到約束時，在混凝土中會產生約束應力，約束應力有壓力，有拉力。約束壓力一般小于混凝土壓強度，不會導致混凝土發生裂縫。約束拉力在到一定程度時，大于混凝土抗拉強度，導致混凝土產生裂縫。

經過分析對比，可以確定，某電廠工程中發生的混凝土板墻裂縫，是收縮裂縫。

如圖一（自然收縮圖），板墻ABCD在自由狀態（無約束狀態）下，由于其收縮特性，在某個時間將收縮成A1B1C1D1。假設CD為受約束面并且為完全約束，AB面自由，板墻在約束和收縮共同作用下變成A2B2CD，如圖二（約束收縮圖）。換句話說，自由狀態下的板墻A1B1C1D1在約束力作用下，被剪拉成了A2B2CD，即，板墻底部發生了水平約束應變ε1，板墻頂端發生了水平約束應變ε2。

ε1 =（L-L0）/L0 （1）

ε2 =（L1-L0）/L0 （2）

發生上述應變后，板墻任意橫斷面上的任意一點都發生了應變，且從下到上應變值由ε1談到ε2。當某點的應變值超過此點的混凝土當時（某個齡期）的極限應變值時，此點斷裂。這些斷裂點連成一條線，就成為裂縫。

由于CD面為約束面，可以判斷，ε1>ε2，所以，板墻裂縫先從板墻底部開始發生，向上發展，直到某點應變值小于該點混凝土的極限應變值時，裂縫終止；而當全部斷面的應變均大于混凝土的極限應變值時，板墻裂縫變成從下到上的通縫。

對于板墻而言，CD面上的約束是剪力約束（見后文中的圖三），這種剪力需要靠板墻斷面上的拉力平衡（見后文中圖四），所以在板墻斷面上發生了水平拉應變，該水平拉應力大于板墻混凝土抗裂強度，使板墻發生拉裂現象。

工程實踐中，板墻根部的混凝土基礎或者根部結構的混凝土先澆筑，齡期長，強度大，收縮變形完成了許多甚至全部完成，它就成為后澆筑的板墻混凝土的約束體（面）。