白龍江JP水電站廠房混凝土裂縫原因分析及處理

趙松濤

(甘肅省水利水電勘測設計研究院有限責任公司，甘肅 蘭州 730000)

JP水電站地處甘肅省隴南市武都區兩水鎮境內，電站裝機容量3×0.6MW。

廠房布置在白龍江右岸高漫灘上，高出河床2～3m。地層巖性：上部為沖洪積含碎石砂壤土，灰褐色，松散，稍濕，厚0.5m左右，為當地主要的耕作區；下部為砂卵礫石，厚35m左右，整層較均勻，局部夾有薄層(厚度小于20cm)的中細砂或泥質透鏡體，不存在地震液化等問題。基底為志留系中上統白龍江群碳質板巖、泥砂質千枚巖，黑色、青灰色，極薄層狀，巖體軟弱，屬軟質巖，表層較破碎，強風化厚度2～3m。廠房基礎置于砂卵礫石層上。

電站施工過程中，廠房已澆筑的水泵室頂板、集水井側墻及頂板、尾水管底板、蝸殼進人門上部二期混凝土、蝸殼頂板、中隔墻及下游水下墻發現不同程度的裂縫共35條，其中對廠房可能產生滲水的21條。為保證裂縫處理后的可靠性和廠房的運行安全，需對出現的各類裂縫產生原因進行分析并提出相應的處理方案。

1 裂縫的檢測及產生裂縫的原因分析

1.1 裂縫的檢測

廠房裂縫發現后，為了查明裂縫的位置、深度及對結構安全的影響，對廠房尾水底板、集水井底板、側墻、水泵室底板、側墻、副廠房樓板等在施工期出現裂縫的部位混凝土結構采用探地雷達和裂縫測深儀進行了內部缺陷和裂縫檢測，在對檢測數據進行處理和綜合分析的基礎上發現以下問題：

(1)內部裂縫

尾水底板、集水井底板、水輪機副廠房樓板未發現明顯內部裂縫，與現有裂縫不存在連通現象，屬于局部應力作用下產生的裂縫，且現有裂縫截止檢測之日未形成較大的內部延伸擴展。

(2)裂縫深度

3#機尾水墩墻壁上裂縫1條，屬貫穿性裂縫；3#機尾水底板存在裂縫1條，屬貫穿性裂縫；集水井部分裂縫有滲水、析出物，判斷為貫穿性裂縫；水輪機副廠房上、下游墻體裂縫均為貫穿性裂縫。

(3)內部質量缺陷

根據探地雷達檢測成果顯示，2#、3#機尾水底板與基礎接觸不良，有脫層現象，混凝土澆筑內部無缺陷，1#機集水井底板局部混凝土內部存在小空洞，但對結構安全無影響。

1.2 產生裂縫的原因

經技術檢測及相關技術人員現場多次對裂縫長度、寬度、分布規律及混凝土配合比分析，認為產生裂縫的原因主要有以下幾個方面：

(1)本工程廠房結構混凝土采用二級配C25W6(泵送)混凝土，水泥采用廣元海螺水泥有限責任公司生產的海螺牌P.042.5R(早強)水泥，外加劑采用北京東方億達建材有限公司生產的聚羧酸高性能減水劑。廠房混凝土澆筑時，均采用汽車泵入倉，倉面較大，混凝土澆筑速度較快，混凝土澆筑后前期混凝土水化熱過大，水化熱產生的溫度應力受混凝土澆筑倉面的約束，沒有釋放的空間，產生應力集中，引起裂縫。

(2)產生裂縫的結構基本為大體積混凝土，且在冬季澆筑，內外溫差過大，產生溫度應力和溫度變形，使混凝土內部產生壓應力，表面產生拉應力，溫差產生的表面拉應力超過此時混凝土的極限抗拉強度，就會在其表面產生裂縫。

(3)通過對本電站廠房產生裂縫的結構部位分析，絕大多數裂縫屬水化熱產生的裂縫，有些裂縫除水化熱外，也有墻體跨度偏長，在混凝土澆筑完成后，溫度的上升會使混凝土產生膨脹變形，周邊的約束會使其內部產生應力集中，引起混凝土裂縫，如1#機滲漏集水井前墻裂縫；2#、3#機檢修集水井前墻裂縫；2#、3#機水泵室前墻及后墻裂縫；廠房下游水下墻裂縫等。

2 裂縫對廠房安全性的判別及處理方案

經技術檢測及裂縫成因分析，對混凝土結構內部裂縫引起結構安全性進行評價分析及裂縫產生的原因，對各部位裂縫提出如下處理方案：

2.1 水平裂縫安全性評價及處理方案

(1)1#、3#機尾水底板裂縫為深度貫通性裂縫，存在滲水銹蝕鋼筋的問題，但該處裂縫屬水化熱產生的裂縫，對結構安全性無影響。裂縫處理采用打孔灌漿法和表面鑿寬度3cm，深度2.5cm的V型槽，槽內填筑環氧砂漿處理。灌漿材料采用LW水溶性聚氨酯。

(2)2#、3#機檢修集水井頂板裂縫為貫穿性裂縫，屬結構局部應力集中產生的裂縫，但該裂縫對結構安全性無較大影響。裂縫處理采用無損貼嘴法灌漿和表面沿裂縫鑿寬度3cm，深度2.5cm的V型槽，灌漿材料采用LPL雙組份、無溶劑、低粘度、親水型的環氧樹脂；V型槽內填筑環氧砂漿，其表面粘貼碳纖維膠粘碳纖維布加固。

(3)副廠房空壓機室樓板裂縫屬結構局部應力集中部位產生的裂縫，裂縫較短，且上下未貫通，對結構安全性無較大影響。裂縫處理采用無損貼嘴法灌漿和表面沿裂縫鑿寬度3cm，深度2.5cm的V型槽，灌漿材料采用LPL雙組份、無溶劑、低粘度、親水型的環氧樹脂；V型槽內填筑環氧砂漿，其表面粘貼碳纖維膠粘碳纖維布加固。

(4)2#、3#機水泵室頂板貫穿性裂縫，有滲水問題，屬結構應力集中產生的裂縫，裂縫處理采用無損貼嘴法灌漿和表面沿裂縫鑿寬度3cm，深度2.5cm的V型槽，灌漿材料采用LPL雙組份、無溶劑、低粘度、親水型的環氧樹脂；V型槽內填筑環氧砂漿，其表面粘貼碳纖維膠粘碳纖維布加固。

(5)1#～3#機水輪機蝸殼頂板裂縫純屬混凝土澆筑速度較快產生的水化熱裂縫，這些裂縫是否為貫穿性裂縫，因裂縫位于厚度為1.5m的Ⅱ期混凝土中，頂部表面裂縫不明顯，不易判斷，但個別幾條裂縫根據現場看，有混凝土養護地面水下滲滲出現象，估計裂縫已上下貫通，機組振動對結構安全性可能有影響，同時存在水輪機蝸殼內壓力水滲入水輪機層的問題。裂縫處理采用打孔灌漿法，灌漿材料采用LPL雙組份、無溶劑、低粘度、親水型的環氧樹脂；其表面不再鑿V型槽和粘貼碳纖維膠粘碳纖維布加固。

2.2 豎向裂縫安全性評價及處理方案

2.2.1 豎向裂縫安全性評價

(1)1#機滲漏集水井前墻、后墻裂縫屬混凝土澆筑速度較快產生的水化熱裂縫。該處裂縫對結構安全性無較大影響，但存在集水井內水向外滲出問題。

(2)2#、3#機檢修集水井前墻裂縫與后墻裂縫和頂板裂縫已連通，且前墻裂縫屬貫穿性裂縫。該處裂縫除混凝土澆筑速度較快產生水化熱裂縫外，墻體跨度28.3m，頂板長度28.3m，墻體和頂板跨中未設伸縮縫，墻的跨度和板的長度偏長，混凝土澆筑過程中水化熱產生的應力無釋放空間，引起裂縫的產生；前墻裂縫屬貫穿性裂縫，對結構安全性有影響，同時存在集水井內水向外滲出問題。

(3)2#、3#機水泵室前墻、后墻裂縫已與頂板上的裂縫連通，且頂板裂縫及前墻裂縫已貫通，后墻裂縫與3#水輪機肘管裂縫貫通，但水泵室底板無裂縫。根據裂縫的縫寬和縫的線條形狀，頂板裂縫除混凝土澆速度較快產生水化熱裂縫外，可能還存在混凝土強度未達到拆模強度就拆除模板，引起裂縫產生，該裂縫對結構安全性無較大影響。該處裂縫中的前墻裂縫和后墻裂縫雖對結構安全性影響不大，但前墻已貫通裂縫存在地下水滲入水泵室，后墻與3#水輪機肘管貫通裂縫存在水輪機肘管內壓力水滲入水泵室的問題。

(4)1#、2#、3#機水輪機蝸殼裂縫為混凝土澆筑速度較快產生的水化熱裂縫，該裂隙縫已與蝸殼進人通道貫通，屬貫穿性裂縫，對結構安全性有影響，同時存在水輪機蝸殼內壓力水滲入進人通道的問題。

(5)3#機水輪機蝸殼左側墻裂縫為貫穿性裂縫，屬混凝土澆筑速度較快產生的水化熱裂縫，對結構安全性有影響，同時存在水輪機蝸殼內壓力水滲出問題。

(6)廠房中隔墻裂縫為貫穿性裂縫，屬混凝土澆筑速度較快產生的水化熱裂縫，對結構安全性無影響，也不存在滲水問題，不作處理。

(7)廠房下游水下墻5條裂縫屬混凝土澆筑速度較快產生的水化熱裂縫。該5條裂縫對結構安全性略有影響，但影響不大，主要存在尾水水位較高，外水滲入空壓機室、油處理室的問題。

2.2.2 豎向裂縫處理

(1)集水井前墻、后墻，水泵室前墻、后墻及廠房下游水下墻處共計19條裂縫，根據前述裂縫對結構安全性檢測評價，除個別裂縫對結構安全性有影響外，主要存在外水內滲和內水外滲的問題，其裂縫的處理除防止裂縫繼續擴展外，主要是防止外水內滲和內水外滲。裂縫處理方案為：裂縫內采用打孔灌漿法和沿裂縫表面鑿寬度3cm，深度2.5cm的V型槽，灌漿材料仍采用LPL雙組份、無溶劑、低粘度、親水型的環氧樹脂，V型槽內填筑環氧砂漿，表面需采用碳纖維膠粘碳纖維布加固。

(2)3#機水輪機肘管裂縫，1#、2#及3#機水輪機蝸殼裂縫，處理方案采用打孔灌漿法，灌漿材料采用LPL雙組份、無溶劑、低粘度、親水型的環氧樹脂；其表面不再鑿V型槽和粘貼碳纖維膠粘碳纖維布加固。

3 結語

混凝土結構的裂縫會影響構件的耐久性、疲勞強度，只有從設計和施工兩方面共同努力，才能正確預估混凝土裂縫可能出現的各種原因，采取有效措施，控制混凝土的裂縫，將其不利影響降到最低限度。充分認識混凝土裂縫產生的原因，為更好地提供防裂措施提供了依據。在實際施工過程中，針對工程特點及環境因數，從原材料到混凝土成型養護，均采取必要的防裂措施，能有效地抑制混凝土裂縫的產生。經過現場實施，以上裂縫處理方法耗資少，施工簡單方便，處理效果良好，值得推廣。