針對水工結構上混凝土廊道的裂縫分析及處治措施

王苑龍

（中交第三航務工程勘察設計院有限公司）

隨著水運工程建設的不斷發展，為滿足卸船進場的工藝運輸要求，水工碼頭上設置皮帶機廊道已成為必要的工藝布置要求。由于海風特殊環境對碼頭上建（構）筑物的腐蝕性較強，考慮建設及維護的經濟性，水工碼頭上廊道通常采用鋼筋混凝土結構。由于水工排架的間距往往較大，為保證皮帶機廊道的立柱位于水工排架上以滿足水工結構的受力要求，水工碼頭上皮帶機廊道的跨度通常會較大，而一些跨度較大的縱向梁在尚未使用階段就會出現裂縫，這些裂縫一般都會表現出兩端小而中間寬大的特點。對裂縫的成因進行調查分析并提出應對方法，能為類似工程在設計和施工方面提供改進參考。

1 裂縫概況

近年來我們已在多個位于水工結構上的已建混凝土廊道上發現此類裂縫，根據現場實際查看，廊道整體結構完好，有部分梁側面和底面發現裂縫。經檢查并結合第三方檢測機構的檢測結果，表明裂縫主要分布在縱梁腹板上，垂直于梁的軸線，分布間距較為均勻。裂縫寬度普遍都會表現出兩端小而中間寬大的特點，裂縫寬度在接近上下端處明顯較中部減小，有的甚至肉眼不可見。多數這一類型的細小裂縫在接近梁底部位置消失不見，梁底面上沒有橫向貫通裂縫顯現；現場觀察到有一少部分寬度比較寬的裂縫延伸到梁的底部區域，但這些延伸到梁底部的裂縫很小。現以寧波某項目中水工結構上已建BC1 廊道出現的此類裂縫為例加以說明，現場表面裂縫情況見圖1～圖3。

圖1 豎向裂縫

圖2 L 型裂縫

圖3 裂縫寬度檢測典型照片

為進一步了解裂縫狀況、分析裂縫成因，現場還采用取芯法對混凝土內部進行了檢驗。經取芯后發現裂縫未貫通，裂縫最大深度為50mm。現場取芯照片見圖4、圖5。

圖4 裂縫現場檢測典型照片

圖5 裂縫深度取芯檢測典型照片

為了更深入了解現場實際狀況，現場還采用鋼筋探測儀對結構中鋼筋的位置、數量等進行了探摸，初步判斷施工中鋼筋數量設置符合設計圖紙要求。

現澆梁簡支跨排架基本未發現裂縫，梁間距較大排架裂縫較多，梁間距較小排架裂縫數量較少，裂縫基本位于現澆梁中部位置附近，主要為豎向裂縫；次梁裂縫數量明顯較少。另外經現場統計發現，僅布置縱向次梁及樓板開洞處裂縫最多，以BC1 廊道11 軸～14 軸分段的結構單元為例加以說明。

兩側的11～12 軸間和13～14 軸間的梁僅發現1條裂縫，而中間段12～13 軸間的梁出現了較多裂縫，裂縫均在縱梁中部位置，分布在梁底部和側部，單一側面豎向裂（9 處）、部分側縫和底縫形成連通成L 型（14 處）和U 型（5 處）。

從裂縫寬度分析，12～13 軸間的梁裂縫寬度在0.2mm 以下的共15 處，寬度在0.2～0.3mm 間的共11處。

圖6 梁系布置圖

12～13 軸間的梁裂縫分布圖見圖7。

圖7 橫梁裂縫分布圖

2 裂縫成因分析

⑴首先復核結構計算文件，經對所有結構單元進行核查，設計文件均滿足規范要求。梁配筋、裂縫計算和梁撓度計算結果以及梁縱向鋼筋配筋率、箍筋配筋率、腰筋配筋率等均滿足規范的要求，施工圖設計成果并不存在問題。

⑵其次從裂縫的具體位置和形態入手，判斷裂縫成因。對于鋼筋混凝土框架結構的主梁，主要表現為梁整體受彎，受扭或者受剪等主要受力方式。不同的受力方式產生的裂縫形態見表1。

表1 裂縫形態分析

根據現場對裂縫的形態及位置的統計數據描述，本單體裂縫并無表現出上述裂縫特征。結合結構計算復核結果，并且考慮到本單體建成后尚未投入運營，可以判斷這些裂縫并非設計荷載造成的結構性裂縫。

⑶裂縫出現位置和裂縫特點。

結合現場實測情況，簡支跨未發現裂縫，兩跨的現澆梁段比三跨的現澆梁發現的裂縫少，僅布置縱向次梁及樓板開洞處發現裂縫最多。

本單體裂縫的主要特點為：①主要出現在梁側面，開裂方向垂直于梁長度方向；②沿梁長度方向分布比較均勻；③梁底部和頂部無可見貫通裂縫，裂縫深度最大的僅為50mm。

根據本單體出現裂縫的特點，判斷這些特點基本符合混凝土收縮裂縫的特點。具體原因如下：

收縮裂縫一般表現為約束較強處較少，而約束較弱處居多。在內部沒有縱向鋼筋的位置由于約束較弱，故裂縫先在這些位置產生。根據約束的強弱，收縮裂縫沿梁的長度方向上均會出現；在配有較多縱向鋼筋的梁的上下表面，由于這些鋼筋的約束較大，故裂縫延伸到這些位置逐漸減小甚至消失不見；而在梁的側面，雖然配有一些腰筋，但這些腰筋僅為構造設置，配筋量一般較少，這些少量的腰筋對混凝土產生的約束作用也很有限，所以梁側面的裂縫呈現出中部偏大、接近上下邊緣變小的特點。

根據上述裂縫的特點，初步判斷這些裂縫基本符合收縮裂縫的特征，屬于非結構性的收縮裂縫。

⑷此類廊道產生混凝土非結構性裂縫的原因比較復雜，主要有以下幾點：

①構造要求的影響。此類鋼筋混凝土廊道均位于水工碼頭上，屬于海風或海岸環境，根據混凝土耐久性要求，一般要求采用C35 及以上強度的混凝土，梁、柱保護層厚度也達到40～50mm；另外由于水工排架間距的限制，廊道跨度通常較大，這就導致了框架梁斷面比較大，多數縱向框架梁斷面達到1m 以上。混凝土強度較高、框架梁斷面偏大、保護層厚度較厚這些因素均使混凝土內水化熱更難釋放，從而更容易產生開裂現象。

②混凝土的澆注措施。由于構件截面尺寸較大，混凝土澆注時會采用一些有效的施工措施來控制水化熱（如分層澆筑等），但這些措施對施工要求較高，有時不易控制。

③混凝土的養護措施。此類結構位于海風或海岸環境，環境較為惡劣，常規養護措施難以達到理想效果。出現裂縫最多的位置正好是樓面有較大開孔的位置，飽水養護的要求會更高，按照常規養護，不容易達到正常的養護效果。

④根據以上分析，在多種因素的綜合作用下，在混凝土內部可能會產生拉應力的積聚。而當拉應力超過混凝土的抗拉強度時，混凝土收縮裂縫就產生了。

3 結構安全性分析

根據第三方對裂縫的檢測結果，對結構安全性分析如下：

⑴梁頂面未發現裂縫，梁上部混凝土也未出現任何損壞跡象，加之梁上部是與混凝土樓板整體澆注的，故梁上部受壓區混凝土可以有效工作。

⑵梁底面未發現貫通性的受彎U 型裂縫，僅發現極少量局部裂縫，這些裂縫基本分布于梁跨中區域，在梁支座區域未發現裂縫。因此，梁受壓區混凝土也可以有效工作。

⑶框架梁在跨中區域承受正彎矩（下部受拉）而不存在負彎矩；在靠近支座區域承受負彎矩（上部受拉）而不存在正彎矩。由于梁的極少量局部裂縫均位于梁的底部受拉區域，因此對于梁的抗彎性能沒有影響。

⑷根據檢測結果，目前裂縫主要位于梁高的中部，該區域混凝土理論上不參與結構受力作用。

⑸根據以上分析，判斷這些裂縫對結構安全性沒有影響。由于部分裂縫寬度超過0.2mm，并且不能排除裂縫進一步發展的可能性，可能對混凝土耐久性造成一定影響，建議采取一定的修補措施。

4 修補方案

由于本工程位于碼頭上，屬于海風或海岸環境，混凝土使用環境比較惡劣。梁側裂縫對結構安全性沒有影響，但可能會造成對混凝土構件耐久性的影響。因此，建議采取如下修補方案：

⑴對現場裂縫進行詳細排查及記錄，對所有裂縫進行寬度測量，并標記好準確的裂縫位置。

⑵鑒于現場使用環境惡劣，對于裂縫是否穩定尚不能準確判斷，建議按0.1mm 為界對裂縫采取不同的處理方案。

⑶采用表面封閉法對于寬度小于0.1mm 的裂縫進行處理。可采用在裂縫處的混凝土表面涂抹環氧膠泥等具體做法。

⑷對于寬度大于0.1mm 的裂縫，采用壓力注漿法進行處理。具體為在裂縫處采用壓力注漿方法注入環氧漿液。

具體施工方法：

①注漿前應布置灌漿嘴和試氣。一般采取騎縫直接用灌漿嘴施灌，如無必要可不另設鉆孔。灌漿嘴應設在裂縫較寬處，間距為40～50㎝，貫通裂縫應在兩面交錯設置。灌漿嘴用環氧膩子貼在裂縫壓漿部位，操作時要防止堵塞裂縫。裂縫表面用環氧膩子（或膠泥）進行封閉。待膩子硬化后，進行試氣。試氣氣壓保持0.2～0.4MPa，從上往下進行試氣。在封閉帶上及灌漿嘴四周涂肥皂水檢查，如發現泡沫，則表示漏氣，應再次封閉。

②試氣完畢后進行灌漿。用空壓機將環氧漿液壓入裂縫，等待3～5min，待漿液從鄰近灌漿嘴噴出后，用木塞將第一個灌漿空封閉。然后按同樣方法依次灌注其他灌漿孔。

⑸對于取芯部位，應采用比梁混凝土強度等級高一級的微膨脹混凝土灌芯密實。灌芯前應檢查取芯是否破壞了混凝土中的鋼筋，如有此現象，應根據具體取芯部位，另行確定補強方案。

⑹為提高修補后的觀感效果，可選擇合適的混凝土表面涂料，在修補完畢后涂刷，具體可由相關各方調查協商后確定。

⑺以上處理方案、材料等可根據現場具體情況調整。如采用經證明可靠的其他方法修補裂縫，應由有關各方協商后確定。

⑻運營期間應加強混凝土構件裂縫檢查工作，如果出現新的裂縫或原存在裂縫出現加長加寬的進一步開展現象，需要通知單體設計人員進一步分析。

5 設計及施工建議

在海風等特殊環境的影響下，特別對于建于水工碼頭上長度較大的廊道，都容易發生多少不一的裂縫情況，這些裂縫如果繼續發展，將有可能對梁構件截面的內力分布產生影響，特別是受壓區和剪壓區的高度將隨著裂縫的伸展而減小，導致壓應力加大，這種結果可能會影響構件的極限承載力，所以如何控制干縮性裂縫，一直是各方努力要解決的問題。

針對尚未施工的其他水工結構上的混凝土廊道，提出如下建議：

⑴考慮到后澆帶方法對較長混凝土結構控制裂縫的效果有限，建議將伸縮縫的間距進一步縮小（不按照《混凝土結構設計規范》中伸縮縫的最大間距要求控制），按照10～12m 的水工排架間距，除非必須要加長要求的以外，均按照標準段單跨現澆混凝土框架+簡支段處理，這樣會有效縮短現澆混凝土段的尺寸，避免較大長度的混凝土結構出現收縮性裂縫。

⑵水工結構上的廊道，由于受海風影響特別大，環境比較惡劣，建議在混凝土結構施工完畢后，還需要在混凝土構件上做保護性涂層，有效隔絕外部環境對混凝土構件的直接作用影響。

⑶由于我國現行相關規范對于梁腹部的水平抗剪鋼筋并沒有具體計算要求，僅僅是按構造設置水平腰筋，而一般設計人員也僅僅是滿足規范要求的下限而設置腰筋，這對于抵抗腹部的拉應力及約束裂縫的開展是不利的。因此建議對于跨度、長度偏大的混凝土梁，應適當加大側面構造腰筋的配筋量，腰筋間距不大于200，直徑不小于14，宜采用Ⅲ級螺紋鋼。

⑷水工結構上的廊道的結構設計，建議盡量采用雙向次梁布置，除特殊工藝要求外盡量避免大面積開孔。

⑸確定合理有效的施工措施。對于混凝土澆注要編制具體的施工措施，重點關注分層澆注等方面的實施細則，并做好施工記錄。如遇特殊情況，可咨詢并綜合考慮設計人員、監理人員以及施工人員等各方的意見對施工措施進行完善和修改。

⑹做好混凝土養護工作。鑒于海邊風力和晝夜溫差均較大的特性，對于建于海邊的土建結構應更加注意加強混凝土的養護工作。