淺析泵站施工期裂縫成因及防裂方法

吳義龍

摘要：泵站是最常見的水工建筑物之一，它不僅分布廣泛，而且數量眾多，其主要任務是調水、排澇、灌溉等，它為我國社會主義市場經濟的建設和發展作出了重要貢獻。但在一些泵站的建設、運行和管理中，存在著裂縫現象，從而影響著泵站的安全和使用效能。因此，如何預防和消除裂縫已成為泵站施工管理中各方共同關心的重要技術問題。本文論述了泵站混凝土裂縫的成因，并提出了泵站施工期裂縫的預防措施。

關鍵詞：泵站施工；裂縫成因；預防措施

混凝土建筑中的裂縫是非常常見的，其危害性也較大，它們不僅影響建筑物的外觀，增加建筑物的老化程度，而且還會造成嚴重的建筑物安全事故。混凝土裂縫產生的原因十分復雜，其發展更是難以捉摸。此外，人們對裂縫的了解還不足，到目前為止，還沒有一套有效的方法來完全防止裂縫的產生。因此，分析水工混凝土裂縫產生的原因，研究裂縫的處理方法，對提高工程質量，修葺已出現的裂縫工程，維修老化工程，發揮工程效益具有重要意義。

一、泵站混凝土裂縫成因

1、混凝土施工方面的原因

1）施工工藝中，攪拌不均勻。攪拌時間長或攪拌時間不足：泵送混凝土時，水和水泥用量較大，攪拌不均勻、坍落度過大、集料下沉、鋼筋錨固不好、分布不均勻、預埋件被擾動、鋼筋保護厚度不夠、模板變形、滑模工藝不正確、模板漏水使模板支撐下沉、模板拆除不當或拆除過早，硬化前承受載重或被擾動、表面沒有及時抹壓等都是造成工程裂縫的重要原因。

2）溫度控制方面。澆筑前未對原材料采取冷卻、遮光等防護措施：未嚴格控制混凝土出機口溫度，澆筑后未采取良好或及時的保濕、保溫養護措施，未采用水冷技術降低混凝土內外溫差；養護初期有大風或強日光暴曬，或在冬季未采取保溫措施，使其遭受嚴重的低溫破壞。

3）施工工序及安排：混凝土從攪拌至澆筑間隔時間過長；澆筑順序不正確，澆筑不均勻（振動灌漿，鋼筋過密）；連續澆筑間隔時間過長，接縫處理不當；澆筑時間安排不當；混凝土分縫分塊分層不當；施工組織管理不當。

2、荷載和結構原因。1）超過設計荷載范圍或設計未考慮的荷載，如地震、臺風等外部荷載及溫度變形、干縮變形、差異沉降變形等變形。2）結構截面變化過大或平面尺寸或單向尺寸過大，未采取有效措施防止裂縫。3）結構截面尺寸不足，鋼筋用量不足，配筋位置不當。4）溫度應力和收縮應力估算不足，致使抗裂鋼筋配置不足或鋼筋直徑和間距大。5）因次應力作用，受力或變形會增加。

3、混凝土原料和技術原因

1）水泥：由于過高的溫度和濕度導致水泥存放中非正常凝結，水泥中CaO等游離物或堿含量過高，導致其非正常膨脹·水泥中含有泥土過多，超強度水泥的使用，致使混凝土的脆性過大，從而產生裂縫。

2）對于選定集料，若選定的集料具有較大的粗細膨脹系數，致使表面清理不干凈，含泥量大，砂率把握不好，細度模數差，使用堿性集料或風化巖石。因骨料在混凝土中的比例是確定的，通常在80～82%左右，集料的選擇往往對混凝土的抗裂性和強度有很大的影響。

3）在混凝土配合比方面，如在配混凝土時水量過大、水泥太多、砂率大、水灰比大等混凝土配合比不合理的情況，以及選用的摻合料、礦粉、硅灰等用量過大。

4、環境影響。混凝土裂縫與環境條件（施工期和施工后）密切相關，所以施工中應注意溫度、濕度的變化，應采取有效措施控制高溫、低溫和強烈干燥沖擊。此時，應力狀態接近彈性應力狀態，特別是混凝土的應力松弛效應不能發揮作用，因此需注意澆筑后已養護一定時間的混凝土仍需維護，不宜長時間裸露。應注意與氣象站的密切聯系（降溫和降雨預報），雨中不得澆筑混凝土，否則水灰比會發生嚴重變化。施工結束后，結構驗收投入使用。由于環境變化（如生產使用條件、房屋裝修條件等），承受新的溫度、濕度、振動（包括相鄰振動）、化學腐蝕和荷載變化等，可能導致后期開裂。

二、泵站施工期裂縫的預防措施

1、施工設計的預防措施

1）合理選擇混凝土。在結構設計過程中，工作人員在全面了解泵站不同部位受力情況的基礎上，合理選擇混凝土強度等級。首先，為保證所選混凝土的物理指標能完全滿足設計標準和規范要求，在此基礎上，盡量選擇強度較低的混凝土，尤其是大體積混凝土，應根據這一原則謹慎選擇。其原因是水泥用量隨著混凝土強度等級的增加而增加，水化熱的產生更為強烈，這將導致結構早期和后期的溫差，增加結構早期和后期出現裂縫的風險。其次，選擇中低熱水泥和低膨脹性集料，通過添加微膨脹劑、減水劑、鋼纖維、硅粉、聚丙烯纖維等添加劑，最大限度地提高混凝土的抗裂性能。

2）合理優化鋼筋設計。為了提高混凝土的抗裂性能，在對泵站底板、流道等易裂部位配筋時，除根據結構承載和正常使用的有關要求配置應力鋼筋外，還應在混凝土表面適當增加溫度鋼筋。同時，溫度鋼筋的直徑應控制在10～14mm之間，間距應控制在100～150mm之間，溫度鋼筋應布置在受力鋼筋的外側，其與混凝土邊緣的距離應控制在25～30mm之間。隨著溫度鋼筋的加入，混凝土早期表面開裂的風險降低，但這種鋼筋對后期貫穿性裂縫的限裂作用不大。

3）用拋石混凝土或漿砌石代替部分混凝土。在底板、墩墻等大體積混凝土結構的設計中，部分混凝土可采用拋石混凝土或漿砌石代替。這種方法不但能有效控制混凝土中水泥用量，降低混凝土的水化熱量，相應地降低混凝土早期內外溫差和后期冷卻范圍，降低混凝土結構開裂的風險，同時也減少了工程投資，但施工過程限制較多，施工工藝較復雜。

2、施工過程中的預防措施

1）混凝土分塊澆筑。分塊澆筑是指工作人員根據泵站的使用功能、采用的實際形式等因素有針對性地選擇施工裂縫，并將結構整體進行劃分，然后將這些獨立的塊體分別澆筑。該方法雖能降低施工單位的混凝土生產能力，但可有效控制早期內外溫差，減少基礎對上部結構的約束，降低混凝土施工期裂縫的風險。目前，施工中最常用的兩種分塊方法是“吊空模板”和“后澆帶”。

2）降低澆筑溫度。混凝土施工時，應盡量降低澆筑溫度。澆筑溫度越低，早期混凝土內外溫差和后期溫度幅度也越小，混凝土早期和后期開裂的可能性也越小。在施工過程中，可根據施工現場的實際情況，確定具體的降溫措施，如地龕取料來降低骨料的溫度、加冰或冰水拌合、運輸時遮陽隔熱保溫、避免在高溫季節澆筑等。

3）表面保溫及養護。內外溫差過大是混凝土早期表面開裂的主要原因，在混凝土表面覆蓋合適的保溫材料后，混凝土內外溫差相應減小，表面應力狀態明顯改善，早期表面開裂的可能性明顯降低。但保溫后混凝土的冷卻范圍增大，所以不宜著重加強表面保溫。

4）加水冷卻。在以往的工作中，混凝土冷卻水管主要用于拱壩和重力壩的施工，但這種方法很少用于泵站、水閘等水工建筑。但從實際情況來看，我國南水北調東線泵站工程引入了這一技術，在底板和流道施工中安裝了內冷水管，并取得了良好的效果。該方法能有效帶走混凝土中產生的水化熱，減小內外溫差，控制冷卻范圍，有效地保證了混凝土的抗裂性。但水管直徑、材質、布置方式的選擇，間距和層距的確定，通水時間和通水量等仍處于進一步研究和實踐階段，需要相關人員繼續進行總結。

三、結語

在泵站的施工和運行管理過程中，泵站結構經常出現裂縫，成為困擾工程界的“疑難雜癥”之一。裂縫的出現不但降低了結構的抗滲性，而且加速了混凝土的碳化和鋼筋的腐蝕，對泵站的結構安全產生了不利影響。因此，結構裂縫已成為泵站設計、施工和運行管理中亟待解決的關鍵技術問題之一。

參考文獻

[1]張俊芝.泵站混凝土裂縫原因及預防[J].南昌水專學報.2014（01）.

[2]沈長松.泵站裂縫成因分析及處理[J].水利水電科技進展，2014（03）.

（作者單位：中石化中原建設工程有限公司）