某泵站厂房混凝土裂缝成因分析与控制

1工程概况

某大型泵站位于盘山市盘山县境内、辽河、大辽河的下游,工程主要建筑物包括导水路、防洪闸、防洪大堤、穿堤涵洞、连接段、压力池、前池进水闸、压力池排水闸、压力池进水闸、泵房、排水闸、排水前池、变电站等。其配套工程主要有防洪节制闸、南塘抽水站改造、导水路扩建及其桥面加宽、枢纽永久用电、灌溉输水干渠及建筑物配套工程、新开河堤防等等。根据国家防洪标准[1],工程等别为三等,主要枢纽建筑物按三级设计,围堤防洪标准依据辽河整治规划设计确定为50年一遇。

项目前期的安全鉴定指出,厂房主体结构存在多处裂缝,同时由于泵站主厂房的倾斜产生的侧向荷载全部作用在副厂房,使副厂房的部分墙体产生斜向裂缝。对运行生产人员及设备均有严重的安全隐患。受厂房倾斜的影响,吊车轨道已经变形,导致吊车在安装场一段无法正常工作,严重影响了设备的吊装检修及泵站的结构安全性、耐久性和使用功能,对泵站的运行带来了安全隐患。

2泵站厂房裂缝现状及成因分析

2.1 厂房裂缝现状

泵站主厂房为地下一层大体积混过凝土结构及地上一层砖混结构。近几年泵站在运行中混凝土结构出现不同程度、不同形式的裂缝。泵站主厂房安装间段自南向北出现倾斜,倾角约有80°,出现约10cm～12cm宽的裂缝,上下错位约有15cm。因此导致了北侧的1号泵泵体严重倾斜,转轴出现弯曲,泵体上下难以同心运转,这样水泵运转时,对一侧的导瓦产生磨损,为以后水泵的正常运行带来隐患。在变形缝处,水平位移产生的裂缝宽度约有5cm,竖向位移产生的错移约有5cm～8cm。

2.2 裂缝成因分析

(1)地基的不均匀沉降。

该泵站建于老河道内的淤泥质河滩地上,底层岩性为耕土、粉质粘土。这种土质地基承载力较小。由于该工程开工时,工期时间特别短,所以对地基没有做到充分的处理,造成地基不均匀沉降,以往也有类似工程发生同样问题[2],致使泵站墙体产生了斜裂缝,且裂缝大多是贯穿裂缝。

(2)水泥水化热。

新开河泵站地下结构部分为大体积混凝土,水泥的浇筑过程中会产生大量的水化热,内部温度不断升高而表面温度散热较快,就会产生温度应力,当温度应力大于混过凝土的抗拉强度时,混凝土就会产生裂缝。这就是大体积砼容易产生裂缝的主要原因。

(3)外界气温变化。

大体积砼在施工期间,外界气温的变化对大体积砼的开裂有重大影响。新开河泵站的主体施工期为冬季,地处辽宁的西部,冬季室外最低气温大多为零下10℃～20℃,因此当外界气温下降,尤其是骤降时,大大增加混过凝土的内外温度差,产生温度应力,造成混过凝土出现裂缝。

(4)混凝土的收缩变形。

新开河泵站地下结构内安装水泵等一些重要的机器设备,所以对结构的抗渗要求尤为严格。有时会采用低水灰比的混凝土,这种混凝土结构致密,外界水分很难渗入补充,在这种条件下开始产生自干收缩,首先引发表面裂缝,随后引发内部裂缝。

当然,从厂房结构裂缝的分布及裂缝发展趋势分析,厂房的大多数贯穿性裂缝由低级不均匀沉陷决定。沉陷导致裂缝的出现及延伸,致使整体结构变形、甚至发生局部的扭转现象。因此解决厂房裂缝、提高结构安全性的最主要问题,就是解决地基问题。同时,考虑将浅层裂缝进行处理、包括钢筋锈蚀、外露等问题的处理。

3结构裂缝治理措施

3.1 工程结构裂缝治理原则

混凝土裂缝一般可以分为无害裂缝和有害裂缝。对于各种裂缝的治理措施,应考虑遵守以下基本原则。

(1)无害裂缝的治理。

无害裂缝一般宽度小于0.2mm,对结构安全没有影响,治理原则上只需进行表面修补即可。常用的方法是在混凝土裂缝的表面涂刷无机防水涂料。

(2)有害裂缝的治理。

对于有害性裂缝,应糙率以下基本原则。

①分析裂缝状态,当混凝土的强度达到设计要求、结构变形基本稳定且裂缝无发展,可考虑治理有害裂缝;②处理裂缝,要充分考虑到结构防水、结构稳定及安全耐久性能的要求,注重长期利益和效率;③处理裂缝时,主要保护好整体结构(主体结构)不受破坏,同时尽量覆盖裂缝部位;④应采用注浆和封缝相结合的办法,注浆材料和封缝材料要满足防水耐久性的要求,选用的材料何具体的施工技术必须安全可靠。

3.2 泵站结构裂缝治理措施

在充分收集了厂房混凝土结构的施工资料、温控措施、结构设计图纸及主要建筑材料后,在充分调查了全部裂缝的状态和规律后,依据相关技术规范及标准,拟定了本次除险加固工程的主要技术方案及工程范围。

(1)对于引起厂房裂缝的泵站主厂房及副厂房基底采用C.G.S桩基加固处理,提高地基承载力,控制泵站主、副厂房的沉降变形在允许范围内,使泵站主厂房趋于稳定。

(2)对地下混凝土墙上一些大面积的裂缝,将破损混凝土凿除15mm,清除已锈蚀的钢筋网,周边布置锁口锚筋,中间布置加强锚筋及钢筋网,涂刷新旧混凝土界面胶XH130A/B,浇筑混凝土。

(3)对于结构裂缝,可使用灌浆法。将水泥或化学浆液如环氧浆加压注入裂缝中,能和混凝土较好的结合,增强结构整体性。若裂缝较宽大,可对混凝土裂缝处凿八字形槽,再用水泥或浆液筑入。

4结语

裂缝是混凝土结构中普遍存在的一种现象,它的出现不仅会降低建筑物的抗渗能力,影响建筑物的使用功能,而且会引起钢筋的锈蚀,影响建筑物的承载能力。裂缝虽然不能避免,但是要严格预防和控制。对于有危害型裂缝,应尽早发现、尽早处理,防止裂缝的延伸与扩大,最终破坏整体结构。本文针对某大型泵站厂房裂缝的治理提出了治理措施,在工程实施后取得显著效果,为今后类似工程提供参考借鉴。

参考文献

[1] 防洪标准(GB50201－94)[S].1995,1.

[2] 王立新.水电站引水隧洞衬砌混凝土裂缝成因及防治措施[J].中国水运,2009,9(5):149～150.

[3] 王星梅.大型泵站防裂技术研究与实践[D].河海大学,2005,9.

[4] 李刚,葛修彬,赵殿奎.地下室混凝土裂缝的综合控制[J].混凝土,2011,4:139～143.