浅析泵站施工期裂缝成因及防裂方法

浅析泵站施工期裂缝成因及防裂方法

马飞跃  李晓燕

围场满族蒙古族自治县水务局，河北省承德市068450

摘要：作为一种典型的水工建筑物，泵站分布广，数量多，其核心功能是调水、灌溉以及排涝，对经济建设作出巨大的贡献。然而，不少泵站在建设、运维阶段可能会产生裂缝，影响泵站整体的安全性。如何防范裂缝，成为各施工方关注的要点。本文分析了泵站施工期裂缝的成因，提出针对性的防裂措施。

关键词：泵站；裂缝；防裂

引言

泵站大多为薄壁结构，其断面形状不同，受气温、水温还有湿度的干扰大。加之浇筑次序或是质量低劣，混凝土可能会形成极高的拉应力，从而引起裂缝。关于裂缝，业界认为是多因素综合的结果，源自体积改变而释放一种应力。学者们从温度的层面入手，陆续对防裂方法展开了全方位的探索，以温控防裂为主。如表面保温、掺入外加剂或是通水冷却等措施，均能看到一定的防裂效果。

1泵站施工期裂缝成因

1.1混凝土施工方面

1）搅拌不匀。泵送时，水泥、水的具体用量偏大，搅拌不匀、集料下沉以及坍落度过高，加上钢筋锚固不当、预埋件松动或是模板变形，包括滑模工艺落后、模板过早拆除，表面未做好抹压等，这些均会引起工程裂缝。

2）温度控制。浇筑前，原材料未做好冷却或是遮光处理：出机口温度控制不当，浇筑完毕后没有做好相应地养护，也未能借助水冷技术来减小混凝土温差。在养护初期，有大风天或是日光暴晒，冬天也没有及时保温，引起低温破损。

3）施工安排：从搅拌到开始浇筑，期间间隔太久；先后顺序出错，浇筑不匀（如钢筋过密）；浇筑间隔过久，未处理好其中的接缝；浇筑安排不合理；分缝分块不匀；施工组织不科学。

1.2荷载与结构原因

1）超荷载范围，如地震、台风天气，包括及温度、干缩以及差异沉降变形。2）结构截面改变太大，平面、单向尺寸太大，没有提前做好防裂工作。3）截面尺寸过小，钢筋具体的用量太少，加上配筋不合理。4）温度、收缩应力未做好科学地估算，抗裂钢筋配置缺乏，钢筋间距过大。5）受次应力的影响，受力或是变形也逐步地扩增。

1.3原料、技术原因

1）水泥：温、湿度太高，致使水泥出现了凝结异常，某些游离物，如CaO含量太高，引起非正常膨胀。另外，水泥中掺杂的泥土太多，混凝土脆性超标，也会引起裂缝。

2）集料：粗细膨胀系数超标，表面未得到完全清理，砂率控制不当，用到了碱性集料或是风化岩石。混凝土中，骨料的比例是个定数，介于80～82%。集料选择，很多时候也会影响甚至改变混凝土本身的抗裂性及其强度。

3）混凝土配比：水量太大、水泥用量过多、水灰比高等不科学的配合比，或是掺合料、硅灰以及矿粉等使用超出行业标准。

1.4环境因素

环境（尤其施工期）同样也会影响影响甚至加剧混凝土裂缝。因此，施工中有必要严格监测温、湿度变化，对高温、低温还有干燥，都要采取针对性的控制措施。浇筑结束后，经养护某个周期的混凝土不能放松，而是要继续维护，禁止长期裸露。同时，监测最新的气象信息（如降温、降雨），雨中不适合浇筑。若不然，水灰比可能会引起变化。施工完毕后，才能对结构进行验收，并投入正式使用。受环境（如装修条件）、温湿度或是振动，以及荷载变化等多因素的限制，施工后期同样也可能会有开裂的情况。

2泵站施工期温控防裂方案

2.1材料优化

2.1.1降低混凝土的绝热温升

內部温升过大，无疑是混凝土开裂的根本缘由。减小绝热温升，有助于控制温升幅度，也是最科学的防裂方法。建议选择中热或是低热水泥，也可以往其中掺加适当比例的粉煤灰，以防止其绝热温升。和其它矿物成份相比，硅酸三钙(C3S)以及铝酸三钙(C3A)更容易放热，且它的水化热总量相对偏高。当掺入适当矿物成分后，中热、低热水泥中的C3S、C3A含量也会随之减少，由此控制水化放热总量。考虑到粉煤灰本身的活性要比水泥更低，有助于控制发热量，优化混凝土本身的和易性。不过，降低绝热温升的前提是确保混凝土的各项性能符合工程建设之需，最好是利用试验加以明确。

2.1.2提高混凝土的抗拉强度

降低水灰比，掺加适量的纤维材料，都是增加抗拉强度，预防混凝土开裂的科学举措。当水灰比下去后，混凝土本身的弹性模量反而会扩大，其徐变逐步减小，但是拉应力不一定会减小。可见，降低水灰比某些情况下并不能真正防止混凝土开裂。将适当的纤维材料掺加至混凝土中后，其抗拉强度也会大幅度提升，如抗渗性、抗冲击性以及它的耐磨性，都会比原来有好转。不过，掺入这类材料后，混凝土总体的成本也会上涨，且需要更长的时间进行拌合。所以，这种方法最好是用于抗裂或是对抗冲耐磨有严格要求的部位。

2.1.3掺入减水剂

在不改变水灰比及其流动性的情况下，将适量的减水剂掺加至混凝土中，能够很好地控制水泥、水的具体用量，减少绝热温升。在流动性及其水泥用量维持恒定的情况下，掺加少量的减水剂后有助于控制用水量，增加混凝土总体的强度。可见，掺加减水剂实质上对施工期防裂有一定的益处。

2.1.4掺入膨胀剂

膨胀剂，很多时候能够弥补自生体积收缩以及温缩变形，改善混凝土后期的应力状态，防止开裂。

2.1.5配筋设计的优化

泵站流道和底板均属于易裂部位。除按照结构承载和具体要求来对受力钢筋进行配置外，混凝土表面上也要增配少量的温度钢筋，以优化混凝土本身的抗裂性。对温度钢筋而言，其直径最好是10-14mm，间距介于100-150mm，分布于钢筋外侧。同时，和混凝土边缘之间需要相隔25-30mm。对温度钢筋进行增配后，混凝土表面也不会再频繁地开裂。不过，该种钢筋对于贯穿性裂缝几乎没什么限裂作用。

2.2施工优化

除优化设计外，我们也要从施工控制的角度，做好温控防裂工作。

2.2.1分块浇筑

分块浇筑，指的是结合泵站的内部结构，利用临时施工缝来对整个结构进行划分，使其成为若干不同的块体，做到间隔浇筑。受施工方自身生产能力的影响，利用分块浇筑，能够很好地防止混凝土在早期就存在过大的内外温差，降低前、后期开裂的可能。典型的分块方式：如“后浇带”或是“吊空模板”。

2.2.2降低浇筑温度

施工期间，要想办法控制浇筑温度。温度越低，早期温差、后期温降相对也就会越小。此时，混凝土在前后期就越不容易有开裂的情况。施工时，建议结合现场情形来采取针对性的降温措施，如地龛取料，控制骨料温度、冰水拌合或是做好隔热保温、避开每年的高温天气等。

2.2.3表面保温和养护

表面开裂，归根结底是由于内外温差太大。将一些保温材料覆盖于混凝土表面后，其内外温差也会随之减小，并逐步地改善结构的应力状态，防止过早地开裂。经保温处理后，其后期降温也会更加严重。所以，单纯做好表面保温也很难有满意的收效。

2.2.4通水冷却

过去，通水冷却通常适合那些混凝土重力坝，或是拱坝施工。对于泵站还有水闸这些常见的水工建筑物，几乎没什么应用。据文献报道，南水北调大型工程中的东线，就有多个泵站中也在使用该技术。在流道、底板施工中，我们也会在混凝土中安装冷却水管，同时直达井水冷却，其成效十分良好。通水冷却，能够很好地控制水化热量，减小内外温差以及降温幅度，优化混凝土本身的抗裂性。如何明确合理的水管形式，如何选择水管材质、直径、如何设计层距与间距、如何控制通水流量等，这些仍有待深入研究。

3 结束语

上文阐述了泵站施工期裂缝的成因，尽管学术界有不同的看法，但对具体的防裂措施还是较为统一，在工程应用中已有初步的应用效果。今后，我们也要多观察、多对比，结合工程特点来分析问题，采取技术可行、经济性高的防裂措施，从根本上预防和控制混凝土裂缝。

参考文献

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