浅析泵站施工期裂缝成因及防裂方法
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摘要：泵站是最常见的水工建筑物之一，它不仅分布广泛，而且数量众多，其主要任务是调水、排涝、灌溉等，它为我国社会主义市场经济的建设和发展作出了重要贡献。但在一些泵站的建设、运行和管理中，存在着裂缝现象，从而影响着泵站的安全和使用效能。因此，如何预防和消除裂缝已成为泵站施工管理中各方共同关心的重要技术问题。本文论述了泵站混凝土裂缝的成因，并提出了泵站施工期裂缝的预防措施。
关键词：泵站施工；裂缝成因；预防措施
混凝土建筑中的裂缝是非常常见的，其危害性也较大，它们不仅影响建筑物的外观，增加建筑物的老化程度，而且还会造成严重的建筑物安全事故。混凝土裂缝产生的原因十分复杂，其发展更是难以捉摸。此外，人们对裂缝的了解还不足，到目前为止，还没有一套有效的方法来完全防止裂缝的产生。因此，分析水工混凝土裂缝产生的原因，研究裂缝的处理方法，对提高工程质量，修葺已出现的裂缝工程，维修老化工程，发挥工程效益具有重要意义。
一、泵站混凝土裂缝成因
1、混凝土施工方面的原因
1）施工工艺中，搅拌不均匀。搅拌时间长或搅拌时间不足：泵送混凝土时，水和水泥用量较大，搅拌不均匀、坍落度过大、集料下沉、钢筋锚固不好、分布不均匀、预埋件被扰动、钢筋保护厚度不够、模板变形、滑模工艺不正确、模板漏水使模板支撑下沉、模板拆除不当或拆除过早，硬化前承受载重或被扰动、表面没有及时抹压等都是造成工程裂缝的重要原因。
2）温度控制方面。浇筑前未对原材料采取冷却、遮光等防护措施：未严格控制混凝土出机口温度，浇筑后未采取良好或及时的保湿、保温养护措施，未采用水冷技术降低混凝土内外温差；养护初期有大风或强日光暴晒，或在冬季未采取保温措施，使其遭受严重的低温破坏。
3）施工工序及安排：混凝土从搅拌至浇筑间隔时间过长；浇筑顺序不正确，浇筑不均匀（振动灌浆，钢筋过密）；连续浇筑间隔时间过长，接缝处理不当；浇筑时间安排不当；混凝土分缝分块分层不当；施工组织管理不当。
2、荷载和结构原因。1）超过设计荷载范围或设计未考虑的荷载，如地震、台风等外部荷载及温度变形、干缩变形、差异沉降变形等变形。2）结构截面变化过大或平面尺寸或单向尺寸过大，未采取有效措施防止裂缝。3）结构截面尺寸不足，钢筋用量不足，配筋位置不当。4）温度应力和收缩应力估算不足，致使抗裂钢筋配置不足或钢筋直径和间距大。5）因次应力作用，受力或变形会增加。
3、混凝土原料和技术原因
1）水泥：由于过高的温度和湿度导致水泥存放中非正常凝结，水泥中CaO等游离物或碱含量过高，导致其非正常膨胀·水泥中含有泥土过多，超强度水泥的使用，致使混凝土的脆性过大，从而产生裂缝。
2）对于选定集料，若选定的集料具有较大的粗细膨胀系数，致使表面清理不干净，含泥量大，砂率把握不好，细度模数差，使用碱性集料或风化岩石。因骨料在混凝土中的比例是确定的，通常在80～82%左右，集料的选择往往对混凝土的抗裂性和强度有很大的影响。
3）在混凝土配合比方面，如在配混凝土时水量过大、水泥太多、砂率大、水灰比大等混凝土配合比不合理的情况，以及选用的掺合料、矿粉、硅灰等用量过大。
4、环境影响。混凝土裂缝与环境条件（施工期和施工后）密切相关，所以施工中应注意温度、湿度的变化，应采取有效措施控制高温、低温和强烈干燥冲击。此时，应力状态接近弹性应力状态，特别是混凝土的应力松弛效应不能发挥作用，因此需注意浇筑后已养护一定时间的混凝土仍需维护，不宜长时间裸露。应注意与气象站的密切联系（降温和降雨预报），雨中不得浇筑混凝土，否则水灰比会发生严重变化。施工结束后，结构验收投入使用。由于环境变化（如生产使用条件、房屋装修条件等），承受新的温度、湿度、振动（包括相邻振动）、化学腐蚀和荷载变化等，可能导致后期开裂。
二、泵站施工期裂缝的预防措施
1、施工设计的预防措施
1）合理选择混凝土。在结构设计过程中，工作人员在全面了解泵站不同部位受力情况的基础上，合理选择混凝土强度等级。首先，为保证所选混凝土的物理指标能完全满足设计标准和规范要求，在此基础上，尽量选择强度较低的混凝土，尤其是大体积混凝土，应根据这一原则谨慎选择。其原因是水泥用量随着混凝土强度等级的增加而增加，水化热的产生更为强烈，这将导致结构早期和后期的温差，增加结构早期和后期出现裂缝的风险。其次，选择中低热水泥和低膨胀性集料，通过添加微膨胀剂、减水剂、钢纤维、硅粉、聚丙烯纤维等添加剂，最大限度地提高混凝土的抗裂性能。
2）合理优化钢筋设计。为了提高混凝土的抗裂性能，在对泵站底板、流道等易裂部位配筋时，除根据结构承载和正常使用的有关要求配置应力钢筋外，还应在混凝土表面适当增加温度钢筋。同时，温度钢筋的直径应控制在10～14mm之间，间距应控制在100～150mm之间，温度钢筋应布置在受力钢筋的外侧，其与混凝土边缘的距离应控制在25～30mm之间。随着温度钢筋的加入，混凝土早期表面开裂的风险降低，但这种钢筋对后期贯穿性裂缝的限裂作用不大。
3）用抛石混凝土或浆砌石代替部分混凝土。在底板、墩墙等大体积混凝土结构的设计中，部分混凝土可采用抛石混凝土或浆砌石代替。这种方法不但能有效控制混凝土中水泥用量，降低混凝土的水化热量，相应地降低混凝土早期内外温差和后期冷却范围，降低混凝土结构开裂的风险，同时也减少了工程投资，但施工过程限制较多，施工工艺较复杂。
2、施工过程中的预防措施
1）混凝土分块浇筑。分块浇筑是指工作人员根据泵站的使用功能、采用的实际形式等因素有针对性地选择施工裂缝，并将结构整体进行划分，然后将这些独立的块体分别浇筑。该方法虽能降低施工单位的混凝土生产能力，但可有效控制早期内外温差，减少基础对上部结构的约束，降低混凝土施工期裂缝的风险。目前，施工中最常用的两种分块方法是“吊空模板”和“后浇带”。
2）降低浇筑温度。混凝土施工时，应尽量降低浇筑温度。浇筑温度越低，早期混凝土内外温差和后期温度幅度也越小，混凝土早期和后期开裂的可能性也越小。在施工过程中，可根据施工现场的实际情况，确定具体的降温措施，如地龛取料来降低骨料的温度、加冰或冰水拌合、运输时遮阳隔热保温、避免在高温季节浇筑等。
3）表面保温及养护。内外温差过大是混凝土早期表面开裂的主要原因，在混凝土表面覆盖合适的保温材料后，混凝土内外温差相应减小，表面应力状态明显改善，早期表面开裂的可能性明显降低。但保温后混凝土的冷却范围增大，所以不宜着重加强表面保温。
4）加水冷却。在以往的工作中，混凝土冷却水管主要用于拱坝和重力坝的施工，但这种方法很少用于泵站、水闸等水工建筑。但从实际情况来看，我国南水北调东线泵站工程引入了这一技术，在底板和流道施工中安装了内冷水管，并取得了良好的效果。该方法能有效带走混凝土中产生的水化热，减小内外温差，控制冷却范围，有效地保证了混凝土的抗裂性。但水管直径、材质、布置方式的选择，间距和层距的确定，通水时间和通水量等仍处于进一步研究和实践阶段，需要相关人员继续进行总结。
三、结语
在泵站的施工和运行管理过程中，泵站结构经常出现裂缝，成为困扰工程界的“疑难杂症”之一。裂缝的出现不但降低了结构的抗滲性，而且加速了混凝土的碳化和钢筋的腐蚀，对泵站的结构安全产生了不利影响。因此，结构裂缝已成为泵站设计、施工和运行管理中亟待解决的关键技术问题之一。
参考文献
[1]张俊芝.泵站混凝土裂缝原因及预防[J].南昌水专学报.2014（01）.
[2]沈长松.泵站裂缝成因分析及处理[J].水利水电科技进展，2014（03）.
（作者单位：中石化中原建设工程有限公司）
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