核電廠大體積混凝土取水管廊裂縫原因及控制措施

黃衛兵

摘 要：本文以某核電廠地下大體積混凝土結構取水管廊為研究對象，探討大體積混凝土澆筑后產生裂縫的原因，并對其進行修復處理，研究總結了施工工序控制措施。結果表明，裂縫是施工過程中溫度變化、施工工藝等各類因素綜合作用的結果。為此，在混凝土澆筑、養護、拆模、溫度監測等施工工序中，要采取合理的控制措施，以有效控制裂縫的產生，保證工程質量。

關鍵詞：大體積混凝土;裂縫;取水管廊

中圖分類號：TU758.1文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2021）08-0105-04

The Causes and Treatment Methods of Cracks in Mass Concrete

Intake Pipe Gallery of Nuclear Power Plant

HUANG Weibing

（Shanghai Nuclear Engineering Research & Design Institute Co.， Ltd.，Shanghai 200233）

Abstract： Taking the underground water intake pipe gallery with mass concrete structure of a nuclear power plant as the research object， this paper discussed the causes of cracks after the mass concrete pouring， and carried out the repair treatment， and studied and summarized the construction process control measures. The results show that the crack is the result of the comprehensive effect of various factors such as temperature change， construction technology and so on. Therefore， in the construction process of concrete pouring， curing， formwork removal and temperature monitoring， reasonable control measures should be taken to effectively control the generation of cracks and ensure the quality of the project.

Keywords： mass concrete;cracks;intake gallery

核電廠循環水系統的主要功能是向常規島汽輪機凝汽器及其輔助設備提供冷卻水，并向核島廠用水系統提供冷卻服務。因此，循環水取水管廊施工質量的好壞直接影響核電廠運行期間的安全。目前，國內核電施工企業對于類似循環水取水管廊等結構較復雜的大體積混凝土有著比較豐富的施工經驗，但是，施工是結構體系、荷載、溫度、時間、邊界條件都不斷變化的過程，原材料、配合比、施工方法、建筑物結構、設計等各種因素都會影響施工階段的質量和使用階段的性能。本文通過對某核電廠地下大體積混凝土結構取水管廊澆筑后產生裂縫的原因進行分析，得出裂縫主要是由溫度變化及施工工藝不合理等導致的。同時，提出了裂縫修復處理措施。

1 案例介紹

管廊設計及施工情況：該管廊為外方內圓的現澆鋼筋混凝土管，內圓直徑為3.8 m，管壁厚度為600 mm;采用C40混凝土防水險，抗滲標號為W12，抗凍標號為F300，標準段長為25 m;相鄰段之間設伸縮縫，縫寬為2 cm;取水管工作壓力為0.14 MPa，運行時管內流體為海水。管廊分兩次澆筑，在夏季施工，間隔時間在15～25 d。

在澆筑完成養護后，人們發現陰水性裂縫12條，其中1條為滲水性裂縫，細小表層淺裂紋有6條。裂縫分布有一定的規律，主要集中在管廊中間1/3范圍內，裂縫呈豎向分布。

2 原因分析及修復處理意見

2.1 原因分析

從混凝土裂縫分析報告及現場觀察可知，裂縫分布具有一定規律，主要集中在管廊中間1/3范圍內，裂縫呈豎向分布。裂縫產生原因主要為溫度變化，是混凝土初期微裂縫在外界因素綜合作用的結果。

管廊分兩次澆筑，間隔時間為15～25 d，且在夏季施工，第一次澆筑對第二次澆筑有一定的約束作用。這是裂縫多發生在施工縫附近的主要原因。

2.2 修復處理意見

對于寬度不小于0.2 mm的裂縫，須全部進行壓漿修復;對于寬度小于0.2 mm的裂縫，要對外觀進行修復。

3 修復處理方法

3.1 參數試驗

檢查裂縫、縫寬及其連通情況，確定封閉方式及范圍。在處理裂縫之前，必須做裂縫處理的工藝試驗，在回填區選擇一條試驗縫，以確定處理過程中的具體參數，如注膠壓力、鉆孔間距等[1]。

3.2 回填區域管廊裂縫的處理方法

縫寬≥0.2 mm或滲水裂縫，采取壓力灌注環氧樹脂漿液進行處理，裂縫位置示意圖如圖1所示。處理步驟包括基面處理、涂刷混凝土防腐劑、封縫、安裝出膠以及灌縫，之后，采用灌縫膠對所鉆注漿孔洞進行封堵。

基面處理：混凝土表面要求無污物、干凈、堅固，因此，要用角磨機清理縫周圍5 cm范圍的表面;除去所有的污物、灰塵、油脂等和其他能妨礙良好粘接的異物，再用棉絲沽丙酣擦拭混凝土表面，晾干。

涂刷混凝土防腐劑：用毛刷涂刷混凝土防腐劑，涂刷兩遍為宜，每一遍涂刷不得漏刷。

封縫：首先將封縫膠按配比攪拌均勻，拌勻后必須在可使用時間內（15～20 min）用完。用封縫膠沿縫封堵，封口膠截面尺寸寬為3～5 cm，厚為2～4 mm，要求裂縫封閉完全，避免灌膠過程中環氧樹脂外流。預留出安裝注膠底座的位置。

安裝出膠底座：出膠底座間距為20～40 cm，出膠口宜選在裂縫較寬或裂縫分叉處，用封縫膠將出膠嘴粘于未被封堵的裂縫上，要求出膠孔對準裂縫，并避免出膠嘴上的封縫膠堵住出膠孔部位的裂縫，如圖2所示。

出膠底座埋設過程中，在裂縫兩側斜向鉆入直徑約10 mm、深度約400 mm的斜孔，埋入注膠嘴后，待封縫膠凝固（封口1 d后），用電動壓力注漿器灌注環氧樹脂灌縫膠進行封縫，灌注前，應先按配比將灌縫膠混合均勻，灌注順序為從下往上。待裂縫內部的膠滿了以后，隨著壓力的增加，膠液會從裂縫封口膠未封堵的出膠嘴部位流出，此時應及時封堵出膠嘴，防止膠液浪費和污染內壁表面，觀察到膠體不再減少時說明裂縫已被注滿。斜孔封堵示意圖如圖3所示。

灌縫完畢后，要對所鉆注漿孔洞采用灌縫膠進行封堵，一天后用角磨機清除其表面封口膠，使混凝土恢復原有表面狀態。對于隱蔽工程，可以不清除表面的封口膠。

3.3 非回填區域管廊裂縫的處理方法

對于非回填區域裂縫處理方法：對于非回填區域裂縫寬度≥0.2 mm，采取壓力灌注環氧樹脂漿液的方式進行處理。

對于滲水裂縫，用封口膠把管廊內側及外側裂縫全部用封口膠封閉，然后按施工工藝流程進行注膠。

3.4 小于0.2 mm的裂縫處理方法

考慮到管廊主體施工完成后，管廊內壁將進行全面打磨并進行硅燒防水涂層的施工，故暫不進行處理，待硅炕防水涂層施工時統一進行表面封閉處理。

4 施工工序控制措施

4.1 澆筑

澆筑時，采用斜向分層澆筑，分層澆筑平面、刨面示意圖如圖4和圖5所示。每層均從管廊兩側墻體遞進澆筑，澆筑速度不能過快，要求在下層混凝土初凝前有一定穩定性時再往上澆筑，同時澆筑混凝土時，兩側的高差不得大于30 cm[2]。在澆筑墻體混凝土時，混凝土的澆筑厚度保持在每層300 mm，每層之間保持適當的時間間隔。需要注意的是，在該過程中，必須保證混凝土的有效澆筑高度。工程常用的做法是將混凝土泵管深入鋼筋籠中，使每次澆筑高度控制2 m左右，以保證混凝土不會離析。

澆筑混凝土前，先在200 mm墊層上灑水濕潤，并澆筑一層同強度水泥砂漿，砂漿厚20～30 mm，然后從一端開始澆筑混凝土。在澆筑頂板過程中，應在澆筑完墻體后停歇一段時間，使混凝土充分下滲后，再開始澆筑頂板。管廊兩端頭設有兩層止水帶，止水帶一半寬度約170 mm澆筑進混凝土，且伸縮縫處鋼筋密集。因此，為了保證澆筑混凝土時內圓模板、墻體不移位和伸縮縫處出現空洞，在伸縮縫位置處采用斜面分層澆筑，在600 mm厚底板混凝土填充完后，墻體部分澆筑采用并行澆筑的方法，以保證管廊截面位置準確[3]。

4.2 振搗

澆筑時，圓底部混凝土容易出現漏振的情況。為了避免此類情況的發生，可在內圓底模橫向開三個澆筑孔（孔徑100 mm、縱向中心間距900 mm），澆筑混凝土時隨振隨封。混凝土振搗采用直徑為30 mm和50 mm的插入式振動棒。根據混凝土泵送時自然形成的流淌坡度，沿坡度布設2道振動棒：第1道振動棒布設在混凝土卸料處，負責出管混凝土振搗密實;第2道布設在坡腳處，確保下部混凝土密實。振搗時，嚴格控制振動棒移動的距離、振搗時間、作用半徑、插入深度等。

4.3 表面處理

澆筑底板混凝土時，為了避免底板面因圓弧模板產生的氣泡，在初凝后，將圓弧模板拆除吊走，用刮杠按設計標高和圓孔直徑找平底板面，用木抹子抹壓并且終凝前再用木抹子抹壓一遍，使混凝土表面更密實，避免產生收縮裂縫。

4.4 養護

加強混凝土養護，特別是混凝土的初期養護，控制混凝土內外溫差，減少干縮裂紋，并保證混凝土澆筑后人工養護時間不得小于14 d。同時，由混凝土養護專職人員填寫好混凝土養護記錄表，前3 d混凝土養護采用不透水、不透氣的塑料薄膜養護，將混凝土表面露出部分全部嚴密覆蓋，并加蓋一層草袋，養護時保持薄膜布內有凝結水，使混凝土在不失水的情況下得到充分養護。后面11 d，對混凝土進行養護時，鋪一層革袋并澆水養護，派專人養護，保證混凝土的濕度和溫度，但當日平均氣溫低于5 ℃時，不得澆水。整覆材料蓋齊鋪設，層壓密鋪，不得有遺漏、翹角。當氣溫有明顯變化時，加蓋塑料薄膜，利用草袋保溫性，提高新澆筑混凝土表面和四周溫度，減少混凝土的內外溫差，利用塑料薄膜的封閉性，封閉混凝土中多余的拌和水，以實現混凝土的自養護[4]。

管溝側墻的養護方法與其他部位的養護類似，但考慮到側墻養護材料無法緊貼混凝土表面，對混凝土養護保溫保濕不利，故應對側墻養護材料加以斜撐，使其緊貼混凝土表面。在混凝土澆水養護過程中，若發現遮蓋不好，澆水不足，以致混凝土表面泛白或出現干縮細小裂縫時，要立即仔細加以遮蓋，加強養護，充分澆水，并延長澆水日期。在已澆筑的混凝土強度達到1.2 MPa以后，如非冬季施工，在澆筑混凝土24 h后，其強度將達到1.2 MPa，且人踩不出現腳印，才允許人員在其上走動并開展其他施工工序?；炷琉B護示意圖如圖6所示。

4.5 拆模

底部圓弧模板在混凝土初凝后終凝前拆除，頂部內圓弧模板拆除時間按照同條件試塊強度試驗情況來安排，但頂板內圓弧拆模時間不得小于7 d，并滿足拆模的相關要求及規定，同時做好拆模后混凝土表面驗收記錄，拆模時必須避免振動和損壞混凝土。墻體模板拆除后，應對錐孔和可以立即修補的小缺陷進行修補，修補所用砂漿的用料應與混凝土的用料相同且配比一致，以保證修補后的顏色與周圍混凝土的顏色相同。對于非一般的缺陷或可能存在的結構性問題，經制定特殊施工程序后方可進行修補?？刂颇０宀鸪龝r間，減少水化熱造成的應力裂紋影響，加強對拆模后混凝土的外觀檢查，做好檢查記錄[5]。

4.6 測溫

混凝土齡期為7 d時，每隔4 h測溫一次，后7 d，每隔6 h測溫1次，由施工隊安排專人采集好數據，做好溫度記錄。全部測溫孔均應編號，并繪制布置圖。測溫孔應設在有代表性的結構部位和溫度變化大易冷卻的部位，孔深宜為10～15 cm，也可為板厚的1/2或墻厚的1/20。測溫時，應將溫度計與外界氣溫做妥善隔離，可在孔口四周用保溫材料塞住，溫度計在測溫孔內留置3 min以上，方可讀數。應對澆筑的混凝土進行連續測溫，保證混凝土的內外溫差不超過25 ℃，直至溫差變小，趨于穩定。測溫時間原則上不小于14 d，可根據實際情況進行調整?；炷帘砻鏈囟扰c環境最大溫差小于20 ℃，保溫覆蓋層可全部拆除。循環水管廊按管廊類型及施工溫度不同進行測溫，測溫時分別設1～2個測溫點，位于管廊1/2和1/4處，每一個測溫點設上、中、下3個探頭，分別在頂下100 mm、混凝土中心和管廊內壁外100 mm。另在段草袋內和空中各設一個探頭，以便測量混凝土表面溫度和環境溫度。測溫示意圖如圖7所示。

4.7 成品保護

混凝土澆筑完成后，要注意成品保護，特別是還處于養護初期的混凝土非常脆弱。在頂板混凝土養護期間，禁止在頂板上堆放大量重物或行駛大型機械，在管廊周邊，應盡量避免近距離的爆破施工，從而減小對混凝土的擾動和影響。根據季節和氣候變化，在不影響施工的前提下，應使用塑料薄膜對管廊兩端洞口端頭處進行有效封堵。由于施工區域位于海邊且長期有大風，管廊中容易形成較強的空氣對流，在溫度較低（特別是夜間）的情況下，極易帶走大量的熱量，使混凝土內外溫差過大，從而造成裂縫，故對管廊端頭進行封堵能有效避免類似“穿堂風”的影響。對于管廊回填，要嚴格按照相關規范進行施工。

4.8 其他施工環節

第二次澆筑：考慮到同段管廊的底板與頂板澆筑時間間隔在15～25 d，而第一次澆筑對第二次澆筑有一定的約束作用，為減輕這種原因對混凝土的影響，在保證質量的前提下，加快頂板各道工序的施工，盡量縮短上下層澆筑間歇時間。

隔離層施工：隔離層采用設計要求的改性瀝青;施工過程中，嚴格按照設計要求進行施工，并進行檢查驗收，保證施工質量。

伸縮縫留設：按照設計圖紙進行施工，包括滑動傳力桿安裝，縫隙尺寸控制、止水帶構造鋼筋設置等。

鋼筋接頭：縱向鋼筋多采用綁扎連接，應嚴格控制接頭數量，避免縱向鋼筋綁扎接頭數量過多[6]。加強現場技術交底，使操作工人充分了解各項施工過程的流程和關鍵點，并且要求技術人員跟蹤各項施工的開展情況。

5 結語

對于大體積混凝土裂縫，應以預防為主。通過精心組織施工，綜合考慮各種因素，并采取可靠的、有針對性的控制措施，以取得良好的效果。本文對縱向鋼筋間距及伸縮縫構造等設計參數、原材料、配合比設計等因素對裂縫的影響未做深入的研究，建議行業工作者加強對上述領域的研究，從本質或源頭上找到杜絕大體積混凝土裂縫的手段，控制裂縫危害的產生，減少施工成本。

參考文獻：

[1]龔國芝，張偉，伍鶴皋，等.鋼襯鋼筋混凝土壓力管道外包混凝土的裂縫控制研究[J].巖土力學，2007（1）：51-56.

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[4]鞠麗艷.混凝土裂縫抑制措施的研究進展[J].混凝土，2002（5）：11-14.

[5]楊紹林，田加才，田麗.新編混凝土配合比使用手冊[M].北京：中國建筑工業出版社，2002：116-130.

[6]徐榮年，徐欣磊.工程結構裂縫控制：“王鐵夢法”應用事例集[M].北京：中國建筑工業出版社，2005：56.