摘要：混凝土在温度和湿度条件变化下，硬化并产生体积变形，由于混凝土内各种材料变形不一致，互相约束而产生初始应力，混凝土内部出现微裂缝。这种微细裂缝的分布不规则且不连贯，在荷载或应力作用下，裂缝开始扩展，并逐渐互相贯通，从而出现较大的肉眼可见的裂缝。清远抽水蓄能电站下水库水工隧洞衬砌混凝土前期施工过程中，局部范围出现不同程度的混凝土裂缝，针对混凝土裂缝的类型、成因，正确的采取了相应的处理措施，成功的解决了水工隧洞衬砌混凝土裂缝的问题。现将其成功经验进行总结，希望能够给后续类似工程施工提供一定的借鉴与指导。
关键词：水工隧洞；衬砌混凝土裂缝；成因；预防措施
一、混凝土裂缝的类型及成因
混凝土裂缝形成的原因是多方面的，一般可分为混凝土自身原因和外部原因两大类。
（一）混凝土因自身特性产生裂缝
1、温度裂缝 混凝土具有热胀冷缩的性质，当环境温度发生变化时就会产生温度变形。温度裂缝主要是由于温度差或由于温度的变化通过混凝土热胀冷缩效应而引起混凝土开裂的。
由于混凝土内部存在一个温度差，内部产生温度应力而导致混凝土开裂。这一般发生在厚度≥lm的大体积混凝土中，一般出现在混凝土强度硬化早期，其温度变化来源于水泥水化反应过程中所释放的水化热，混凝土表面热量散发较混凝土内部快，在混凝土表面和内部形成一个温度梯度，产生温度差，热胀冷缩从而产生温度应力，当温度应力大于混凝土抗拉强度时，混凝土就会产生裂缝，此类裂缝宽度一般情况下不会超过0.3mm，但若施工过程中控制不当，温差过大，有时局部也会超过0.3mm。此类裂缝有贯穿的，也有不贯穿的。
对于对大体积混凝土，温升引起的膨胀是极其危险的。由于混凝土体积大，聚积在内部的热量不易散发，导致混凝土内部温度显著升高；而混凝土表面散热较快，这样便形成较大的内表温差，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力。当表面拉应力超过此时混凝土的极限抗拉强度时，就会在混凝土表面产生表面裂缝。同时，随着水化反应的减弱，混凝土将逐渐降温，这个降温过程则会引起混凝土的收缩变形；加上混凝土多余水分蒸发也会引起的体积变形，受到地基和结构边界的约束，会产生较大的收缩应力（拉应力），当该收缩应力超过混凝土抗拉应力时，混凝土会产生贯穿整个截面的裂缝。
影响温度裂缝的主要因素有：水泥品种、水泥浆量、构件形状、断面尺寸、混凝土浇筑时温度及外界气温等。下水库水工隧洞衬砌混凝土局部范围表面即存在一定数量的不等长、不规则分布、形状各异、不贯穿的此类温度裂缝，裂缝宽度均在0.3mm以下。下水库水工隧洞衬砌混凝土厚度均为1.0m，强度等级为C25，采用钢模衬砌台车、混凝土输送泵泵送入仓，泵送混凝土水泥用量较普通混凝土为多。同时隧洞内施工通风降温条件差，大多数隧洞施工作业处于地层较深的位置，水泥水化热的温升很大。混凝土浇筑时间普遍集中在夏季炎热气候时节，混凝土拌和温度、浇筑环境温度等均较高。综合上述水泥用量过多，施工环境温度过高应是其表面温度裂缝产生的主要原因。
2、收缩裂缝 收缩裂缝顾名思义其产生原因就是混凝土硬化后水份蒸发体积收缩。混凝土收缩过程中受到约束，内部产生拉应力，当拉应力大于混凝土的抗拉强度时，就会产生收缩裂缝。混凝土受到的约束越大，其产生的收缩裂缝越多或越宽。由于混凝土体积收缩是因为水份蒸发、干燥导致的，收缩裂缝也通常称为干缩裂缝。
收缩裂缝出现的时间一般在混凝土浇捣后的硬化过程中和硬化早期一个月左右的时间内，通常情况下，混凝土拆模时收缩裂缝就已基本形成，有时只是因为裂缝太细、太窄不易被发觉，之后随着混凝土水份的进一步蒸发，其收缩裂缝逐渐变粗，或者由于产生渗漏等情况，才被发觉。一般情况下，几个月以后，混凝土体内多余水份蒸发已基本完成，混凝土内湿度与环境湿度基本趋于一致，收缩裂缝的宽度发展也趋于停止，处于相对稳定状况。
如果混凝土的体积变化受到束约，且混凝土自身抵抗这种变形的抗拉性能过低时，就会产生开裂。因此可以说，混凝土自身收缩是其固有的物理特性，而由此类原因产生的收缩裂缝，占常见裂缝的绝大多数。
3、塑性、沉陷收缩裂缝 塑性收缩是指混凝土在凝结之前，表面因失水较快而产生的收缩。塑性收缩裂缝一般在干热或大风天气出现，裂缝多呈中间宽两端细且长短不一、互不连贯状态。其产生的主要原因为：混凝土在终凝前几乎没有强度或强度很小，或者混凝土刚刚终凝而强度度小时，受高温或较大风力的影响，混凝土表面失水过快。造成混凝土体积急剧收缩，而此时混凝土的强度又无法抵抗其本身收缩，因此产生龟裂。影响混凝土塑性收缩开裂的主要因素有水灰比、混凝土的凝结时间、环境温度、风速、相对湿度等等。
沉陷裂缝的产生是由于结构地基不均匀沉降所致；或者因为模板厚度不足模板支撑间距过大或支撑底部松动所致。裂缝宽度往往与沉降量成正比关系。地基变形稳定之后，沉陷裂缝也基本趋于稳定。
下水库水工隧洞衬砌混凝土浇筑施工普遍集中在夏季炎热气候时节，外部环境干热且偶有大风天气出现，混凝土表面养护偶尔不到位等，是其产生塑性收缩裂缝的主要原因。
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（二）混凝土结构受力裂缝
结构受荷载后产生裂缝的因素很多，施工中和使用都可能出现裂缝。例如早期受震、拆模过早或方法不当、施工超载等均可能产生裂缝。而最常见的是钢筋混凝土梁、板等受弯构件，在使用荷载作用下往往出现不同程度的裂缝。普通钢筋混凝土构件在承受30%~40% 的设计荷载，就可能出现裂缝。
下水库水工隧洞开挖、支护及衬砌混凝土浇筑施工基本是同步进行的，爆破开挖引起的震动对衬砌混凝土会造成一定不良影响。现场通过弱爆破、控制爆破强度，控制开挖支护工作面与衬砌混凝土浇筑工作面之间距离等措施，有效的避免了爆破震动对衬砌混凝土的不良影响，现场未发生因早期受震而形成的裂缝。
（三）施工工艺不当造成的裂缝
1、施工不当造成的裂缝 混凝土施工过程中由于施工不当、模板支撑下沉，或过早拆除梁板底模和支撑等形成的裂缝；施工控制不严，由于施工荷载过大而导致出现裂缝。
2、在施工中，不规范的浇捣过程对裂缝产生也有直接影响 振捣时间过短，或振捣不到位，混凝土都无法达到密实状态；而如果振捣时间过长，石子下沉上面砂浆偏多，该处水泥较多，干缩变形也就较大，收缩不均匀也容易产生裂缝。
3、模板、垫层过于干燥 模板、垫层在浇筑混凝上之间洒水不够，过于干燥，则模板吸水过大，引起混凝土的塑性收缩，产生裂缝。
4、抹干压光造成的裂缝 过度的抹平压光会使混凝土的细骨料过多地浮到表面，形成含水量很大的水泥浆层，水泥浆中的氢氧化钙与空气中二氧化碳作用生成碳酸钙，引起表面体积碳水化收缩，导致混凝土板表面龟裂。
5、养护不当造成的裂缝 过早养护会影响混凝土的胶结能力；过迟养护，如干燥过快，则通常在表面上产生宽度小且不规则的收缩裂缝。开始养护的时间应该考虑气温、湿度、风速等等因素，一般情况下，在混凝土初凝时，需开始养护。养护措施要合理，应该采用麻袋覆盖浇水养护，以保证混凝土表面能够充分的湿润，养护时间应在7 天以上。养护不好则对混凝土整体质量影响特别显著，将直接影响到混凝土的抗裂能力。特别是在冬季和夏季施工期间，更要注意混凝土内外温差和湿度的控制。
6、后浇带施工不慎而造成的裂缝 为了解决钢筋混凝土收缩变形和温度应力，要求采用施工后浇带法，有些施工后浇带不完全按设计要求施工，施工未留企口缝，疏松混凝土未彻底凿除等都可能造成板面的裂缝。
二、混凝土裂缝的预防措施
对混凝土裂缝的控制方法，应该以预防为主，同时在施工过程做好过程控制，尽量做到按设计和施工规范进行操作，如果发现微小裂缝存在，应及早进行处理补救。现针对水工隧洞衬砌混凝土施工现场实际可能出现的情况，提出以下控制措施和建议。
（一）严格控制混凝土施工配合比
根据混凝土强度等级、质量标准及混凝土的和易性要求合理确定其配合比，严格控制水灰比和水泥用量。严格控制选材，尽量选用水化热较低、强度较高的水泥，严禁使用安定性不合格的水泥。选择级配良好的砂石骨料，减小空隙率和砂率以减少收缩量，提高混凝土抗裂强度。
（二）严格控制混凝土的温度应力
温度应力是产生温度裂缝的根本原因，一般将内外温差控制在20~25 ℃范围内时，不会产生温度裂缝。在保证混凝土强度的条件下，尽量减少水泥用量和每立方米混凝土的用水量；尽量降低混凝土的入模温度，规范要求混凝土的浇筑温度不宜超过28 ℃，故在气温较高时，可在砂石堆场、运输设备上搭设简易遮阳装置，采用低温水或冰水拌制混凝土。
（三）做好混凝土的浇筑和振捣
在混凝土浇捣前，应先将基础面和模板浇水湿透，避免过多吸收水分，浇捣过程中应尽量做到既振捣充分又避免过度。在浇捣过程中更要派专人护筋，避免踩弯面负筋的现象发生。振捣过程中注意防止离析现象，应均匀、适度。混凝土浇捣完成后，及时进行养护，加强混凝土的早期养护，并适度延长养护时间，在气温高、湿度低或风速大的条件下，更应及早进行喷水保湿养护，控制混凝土湿度和内外温差。严格控制拆模时间，禁止在混凝土强度未达到设计和施工规范规定要求的情况下，擅自进行拆除支撑和模板。
（四）做好后浇带的施工
后浇带的施工应认真领会设计意图，制定详细施工方案。杜绝在后浇带施工缝出现混凝土不密实、不按图纸要求留企口缝等情况发生。
三、建议、结束语
水工隧洞衬砌混凝土结构裂缝的危害很大，直接影响工程的质量、安全、使用功能及外观质量，加速混凝土结构内部钢筋的锈蚀，影响结构的耐久性能、安全使用年限，给工程的日常运营维护带来潜在危害。混凝土结构裂缝产生的原因很复杂，一定程度下也是不可避免的。混凝土裂缝的防治重点在于“防”，而不在于“治”。施工过程中应当引起高度重视，一旦结构出现裂缝要查明裂缝产生的原因，判明裂缝的类型，才能选择正确的处理方法，通过合理设计混凝土配合比、正确选用原材料、加强施工监控、严格遵守施工技术规程、提高施工技术水平，最大程度减少混凝土裂缝的产生，尽量减少裂缝造成的危害。
论文作者:伍玉龙
论文发表刊物:《基层建设》2017年第16期
论文发表时间:2017/10/14
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