綜合管廊結構混凝土裂縫成因及處理工藝

陳峰，李勇，潘琳鋒，閆鑫，陳良葉

（中國建筑土木建設有限公司，北京 100071）

1 引言

綜合管廊建設目前被廣泛應用于地下混凝土結構施工中，地下綜合管廊結構的設計壽命是100 年，但是，受到混凝土裂縫滲漏等問題的影響，綜合管廊結構的使用壽命有所降低。消除和減少混凝土裂縫是保證地下管廊工程質量的重要環節，對綜合管廊結構混凝土裂縫的成因和后續處理也就顯得尤為重要。

2 工程概況

某市政主次干路及綜合管廊工程涉及主干路一條，長度約1.532 km。次干路7 條，總長度約6.968 km，綜合管廊采用現澆鋼筋混凝土多跨多層箱型框架結構形式，本工程主體結構安全等級為一級；設計使用年限為100 年；結構構件重要性系數取1.1，結構構件裂縫控制等級為三級，結構構件的最大裂縫限值應小于或等于0.2 mm，且不得貫通；防水等級為二級。

3 裂縫情況

1）采用木模板技術對管廊的頂板、側墻進行混凝土澆筑，共澆筑3 節，澆筑長度分別是30 m、25 m、37 m，澆筑完成后1～2 d 內拆除木模板，拆模時未發現裂縫，7～14 d 后再次觀察，發現2～6 條裂縫。

2）一個月后，采用木模板技術將管廊分3 個施工點，對頂板和側墻進行大面積混凝土澆筑施工，此次澆筑節段共21節，2～3 d 后拆除木模板，拆除時發現，30 m 的節段在拆除模具后出現豎向微傾斜的裂縫，裂縫參數基本相似且較為明顯。墻體根部進行二次澆筑的施工縫出現更為明顯的裂縫，裂縫一直延伸至頂板，裂縫寬度為0.2～0.3 mm，裂縫產生部位多處在施工縫3～5 m，其余裂縫分布在節段中部。

3）后期對澆筑后墻體觀察發現，管廊內側墻體出現裂縫的時間是完成澆筑后的15～30 d，內側墻體裂縫與外側墻體裂縫基本對稱，從墻體根部一直延伸至頂板，呈縱向微傾斜的裂縫，并且內側墻體裂縫的數量已超出外側墻體裂縫的數量。

經觀察記錄發現，30 m 的節段，位于綜合管廊南側的外墻裂縫數量為7～17 條，間距為1～6.9 m；南側內墻裂縫數量為8～20 條，間距為0.9～2.8 m。管廊北側的外墻裂縫數量為5～10條，間距為1～7.9 m；北側內墻裂縫數量為6～7 條，間距為1.2～4.8 m。同時在頂板內部也發現相應裂縫，并于兩側墻體環向連接，呈環形連接的裂縫占比為60%～90%。

25 m 長度以下的節段，綜合管廊南側的外墻裂縫數量為2～6 條，間距為2.85～7.15 m；內墻裂縫數量為1～2 條，間距為1.6～3.5 m。北側的外墻和內墻裂縫數量均為0～6 條，間距分別是2.3～3.6 m 和1.6～3.5 m。同樣，在頂板內部發現相應裂縫，并與兩側墻體裂縫呈環向連接，呈環形連接的裂縫占比為0%～50%。相關數據如表1 所示。

表1 裂縫間距m

4 裂縫成因分析

4.1 混凝土自身的收縮性能

混凝土自身的收縮性能是出現混凝土裂縫的重要原因，該工程中影響混凝土收縮的因素有很多，其中最為主要的包括以下3 點。

1）水泥漿的化學收縮：出現混凝土收縮的客觀因素是水泥漿的化學性收縮，經檢測發現，每0.1 kg 硅酸鹽水泥的收縮量約為7～9%。假設每立方米混凝土中，水泥的用量是250 kg，按照推算，水泥漿的收縮量將占混凝土總體積量的2%。

2）混凝土的失水收縮：混凝土因失水收縮是混凝土產生裂縫的主要因素[1]，雖然單個孔隙中因自由失水導致干燥收縮的體積不大，但是孔隙會最終影響混凝土的抗滲防水能力，進而形成混凝土整體的收縮。通常情況下，混凝土的失水收縮范圍是0.3～0.6 mm，該收縮影響遠遠大于化學性收縮影響，因此要更加關注。

3）混凝土的熱脹冷縮：混凝土的熱脹冷縮也是混凝土出現裂縫的重要因素之一[2]，在初期進行混凝土澆筑時，水泥水化產生的熱量將引起混凝土的熱脹效應，隨著時間的遞延，水化熱溫度逐步下降，這時混凝土將產生冷收縮效應。當冷縮的應力超過混凝土抗拉強度后，混凝土出現裂縫現象?；炷翢崦浝淇s與水泥的型號、組成、用量均有關系，水泥用量越大，產生的水化熱越高，引起的脹縮效應也越大。

4.2 設計缺陷

1）混凝土中的集料的作用是增加混凝土整體穩定性和耐久性能，溫度和濕度的變化對它的影響極小。因此，集料體積的變化幾乎不會引起混凝土的變形?；炷林袧{量的體積則會影響混凝土的變形，進而引發混凝土收縮效應，但是為了便于泵送施工，同時保證混凝土的整體性能，具體進行混凝土澆筑時，會通過增加混凝土漿量的體積來提高施工的便利性，隨著混凝土漿量體積的增加，混凝土變形量增加，相應的混凝土收縮也會增加。另外，在提高混凝土強度等級時，水泥的用量也會增加，水化熱提高，因此增加了混凝土的冷縮效應，加大混凝土收縮量。

2）地下綜合管廊出現裂縫的另一個原因是鋼筋配置和伸縮縫間距控制不合理，具體影響因素主要是：綜合管廊水平、垂直方向的鋼筋直徑和間距配置不合理；鋼筋直徑太粗、間距配置大、鋼筋布設密度不符合要求；不均勻的混凝土收縮等都是產生混凝土裂縫的因素，當混凝土收縮應力超過鋼筋能承受的應力時，就會發生混凝土裂縫。另外，通常將綜合管廊混凝土伸縮縫間距控制在30 m 內，如超過該距離，會使混凝土收縮應力達到最大，從而出現混凝土裂縫。

4.3 產生混凝土裂縫的其他因素

具體工程施工中，還有如下3 個因素會導致發生混凝土裂縫：（1）混凝土澆筑完成后，養護措施和時間不當[3]，導致混凝土失水；（2）對底板和頂板的二次澆筑時間間隔太長，導致混凝土干縮出現裂縫；（3）膨脹劑性能質量參差不齊，很難精準地將膨脹時間和混凝土干縮時間同步，最終出現混凝土裂縫。

5 裂縫處理技術

根據現場裂縫開裂勘測情況，針對裂縫的情況分別進行處理，一種是簡單地對表面裂縫進行補縫處理，另一種是對貫穿性裂縫進行化學灌漿法補縫。

5.1 鑿槽

在進行鑿槽作業前，登記好裂縫情況，然后將裂縫部位鑿出寬度為10 cm，長度是裂縫兩端各10 cm 的范圍，寬度控制在10 cm 左右，同時將此距離周邊的混凝土表面做打毛處理。對成槽進行專業的殘渣清除和松塊處理，借助專業的風槍設備將所有縫隙吹干。

5.2 埋管

埋管時，需對放入的軟膠管尺寸做嚴格把控，軟膠管寬5 cm 左右的方可放入槽縫內，同時于上、下兩個部位放入長度為30 cm 的灌漿管，間隔距離宜為15 cm，最后借助化學劑速凝水泥漿對軟膠做固定處理。

5.3 表面封縫

軟膠管埋設結束后，對于凹槽表面做環氧膠液的涂刷處理，最后用相同材質的化學劑將該槽縫封閉。

5.4 清洗與壓氣試驗

封縫4～5 d 后，再次利用水氣交換法對可見的裂縫展開二次清洗，沖洗壓力控制在3.75～4.5 MPa 為最佳，為后續封縫檢查工作提供一定的技術支撐。

5.5 化學灌漿

5.5.1 灌漿材料及配比操作

根據本工程的實際情況，技術人員特將彈性性能極佳的環氧漿作為此次灌漿的首選材料，該原料的化學性能參數為：起始黏度8～100 mPa·s；抗壓強度30～120 MPa；黏結強度：干縫為1.5～3.2 MPa，濕縫為1.3～2.8 MPa；固化時間4～24 h。

以裂縫情況和固化時間為配合比，即彈性環氧樹脂∶固化劑=100∶（12～14），得出的參數可用作裂縫的灌漿量。

5.5.2 化學灌漿作業

此次灌漿借助專業的設備輔助完成，即手搖漿機和空壓機。每條裂縫在灌注前，施工人員會依據裂縫的實際水壓和壓氣值做估算，現場完成灌漿料的配制工作。具體灌注期間，將裂縫下端的灌漿管作為進漿管，反向的上端灌漿管為出漿管。啟用手搖灌漿操作時，控制好壓力值，數值在0.25～0.3 MPa 為最佳。為提升此次灌漿的質量，施工人員對配比好的灌漿原料做不同級別的分類，初始濃度設定在35%～40%，依次按照每級濃度增加15%～20%，同時對灌漿壓力進行規范值的控制，并將整個灌漿作業控制在10 min 內完成。最后對實際的灌漿編號及時間和壓力值做具體記錄和資料的留存。

6 裂縫預防對策

依據上述原因，針對裂縫的預防措施可采取以下4 種方式。

1）混凝土原料的選擇：由最初的C45 型號替換為C40 型號，達到節約水泥用量的目的，減少混凝土的熱脹現象。必要時，摻入一定量的粉煤灰，待混凝土澆筑2 周后發揮其二次反應，延遲水泥原料在水化時出現的高熱峰值，為混凝土的養護提供條件。針對特殊部位，適當摻入15%～20%的水泥，并用高效減水劑作為降低混凝土用水量的外加劑，減少其的土灰摻比值，以達到節約8%～15%水泥用量的最終目的。

2）墻內鋼筋布設：針對混凝土墻結構，內部的鋼筋配置需分橫、縱兩個方向，二者間距調整為150 mm。依據本工程的實際情況，外墻板應配置雙排分布鋼筋網,并將0.25%作為鋼筋率的最小配置值，水平方向橫、縱間距控制在10～15 cm，直徑0.1～1.4 cm，以此達到加強墻板部位鋼筋混凝土的抗拉強度。

3）因管廊外墻長期暴露，受溫度和濕度影響較大，故外墻變形縫之間的間距應控制在25 m 內。同時縮短底板和頂板二次澆筑時間間隔。

4）混凝土澆筑完成后，合理安排混凝土養護次數和時間，澆水養護時間至少為14 d。

7 結語

按照本文所述的裂縫處理技術施工后，該工程的裂縫數量得到了有效控制，根據該工程可得出結論：綜合管廊施工時要注意3 點，一是在混凝土強度選擇上，混凝土強度宜不超過C40，一般選用C35 混凝土；二是垂直布設的鋼筋間距控制在15 cm 內；三是混凝土澆筑完成后，要及時進行養護并保證養護時間，以此保證施工質量，預防和減少裂縫。