大亚湾核电站循环水涵道裂缝成因分析
张略秋
广东省电力设计研究院，广东广州510600
大亚湾核电站常规岛范围内钢筋混凝土结构的进、出循环水涵道施工后，经检查发现了分布范围较广肉眼可见的横向裂缝，部分宽度大于0．2mm，特别是在出水段。导致第1次水压试验失败，不能满足设计要求；致使要多投资一百多万元进行修补，而且影响工期。为了避免此现象在岭澳核电站工程再次出现，以及为今后工程提供借鉴经验，现对涵道裂缝成因进行剖析。
1 工程概况
1．1 设计
大亚湾核电站常规岛范围内的循环水涵道进、出水段为钢筋混凝土涵道，位于汽轮机基础两侧。该段涵道由英国GEC公司依照英国标准BS8007,BS8110进行设计。涵道底面埋深－11.0 m,置于强或中风化的角岩或花岗岩上，垫层厚150 mm，采用C10素混凝土。进水段为内径3m，壁厚（最薄处）600 mm，外为四方形的涵道；出水段为内部高宽3．2 m×3．2 m，带600 mm高腋角，壁厚900 mm的方形涵道。单段长约80 m，混凝土采用C35，横向钢筋T32＠130，纵向配筋T20＠125（英国标准钢筋，σs＝460 MPa），设计上没有考虑设伸缩缝。设计要求，裂缝不大于0．2 mm，试水压力为：进水段500 kPa，出水段为345 kPa。试水渗漏量不得超过规定限值(45L／h)的要求。
1．2 施工
施工在2月进行。施工时，待垫层混凝土达到设计强度后进行主体混凝土的浇筑，每隔10 m设1道施工缝，从一端向另一端连续施工。施工材料严格按英国标准要求选取，符合设计要求，并按管理程序进行检测，经业主审定。混凝土试验表明，混凝土强度均达到设计等级要求。混凝土达到设计强度后，试水压前检查发现，涵道顶、底板及侧墙均出现大小不均的横向裂缝，分布范围较广，其中部分宽度在0．2～0．5 mm之间，且有部分是贯穿性的。进行水压试验，渗漏量达330L/h，远大于规定限值，未能符合设计要求，需要进行修补，不仅增加投资，而且影响了工期。
2 裂缝成因分析
2．1 钢筋混凝土结构产生裂缝的因素
钢筋混凝土结构产生裂缝的因素有两类：
第1类———外荷载引起的裂缝，称结构性裂缝；
第2类———由变形引起的裂缝，称非结构性裂缝。
由于涵道尚未受到外力作用，可见裂缝并非由上述第1类因素引起，本文不作进一步讨论。
第2类因素可分为下列几种：
a）塑性裂缝———混凝土硬化前振捣引起骨料下沉，水泥浆上升过程中骨料下沉受阻而产生的裂缝，这种裂缝为表面裂缝，且多与钢筋平行，与混凝土塌落度和密实度有关；或由于混凝土早期养护不当，表面蒸发过分而产生的塑性收缩裂缝，这种裂缝为表面裂缝。
b）收缩裂缝———由干缩和凝缩两部分造成。干缩是由于混凝土中多余水分蒸发而产生的，它是收缩的主要原因，占总收缩量的80％～90％，与混凝土的水灰比和养护有关。
c）温度裂缝———混凝土早期水化热产生的构件内外温差、季节性变化温差、日夜温差等温差引起的裂缝。
d）地基不均匀沉降引起的构件裂缝。
e）施工缝设置不当引起的裂缝。
2．2 成因分析
2．2．1 施工上
由前面描述可知，造成本工程结构产生裂缝的主要影响因素有：塑性裂缝、收缩裂缝、温度裂缝等。
由于地质条件较好且均匀，引起结构不均匀沉降差甚微，不致于产生裂缝，且结构在这个阶段仅受自重作用，沉降量很小，沉降差就更小了。而且沉降只会引起局部的裂缝，不可能形成我们所见的较广范围分布的裂缝。而施工缝是应设计要求执行，不存在施工上设置不当；施工过程也严格按操作规定执行，不存在施工操作失当。又因为塑性裂缝的影响相对比较小，且为表面裂缝。所以，收缩裂缝和温度裂缝应是本工程结构产生裂缝的主要原因。
收缩裂缝和温度裂缝涉及到设计和施工两方面。由于整段涵道长近80 m，设计上没有考虑设伸缩缝，仅在每隔10 m设1道施工缝，而纵向钢筋又是连续的，浇上混凝土后，钢筋就约束混凝土的自由收缩，地基对底板混凝土收缩也起约束作用。且施工又是采用泵送混凝土，其水灰比较大，这必然引起混凝土的较大收缩。同时，整个涵道底板、侧墙、顶板厚均为900 mm，早期混凝土产生水化热，表面散热快，表面温度很快接近环境温度，但内部温度仍然很高，引起内外温差，表面层混凝土产生拉应力，而这时混凝土的抗拉应力较低，当拉应力超过抗拉应力便产生裂缝。随后，温度降低使混凝土产生收缩及混凝土本身硬化收缩，随混凝土的收缩，在收缩应力作用下，导致裂缝的扩大。同时由于在冬季施工，日夜间的温度差也使裂缝扩大加剧。
以上是施工时可能导致裂缝产生的种种因素。
2．2．2 设计上
根据英国标准从设计上分析本结构可能出现的横向裂缝间距和宽度。
a）计算参数
纵向钢筋布置T20＠125，其表面区配筋率为
式中 α———混凝土的热膨胀系数，1×10-5/℃；
Δt1———混凝土水化峰期与环境间温降，取42（按BS8007表A．2查得）；
Δt2———气候性（日夜间）温度变化，取20℃。
以上计算表明，按原设计，施工时预期667mm间距内最大可能出现0．207 mm的裂缝。
3 结论及对策
从上面分析看，收缩裂缝和温度裂缝是本工程结构产生裂缝的主要原因，所以应从设计和施工方面进行改善，才能保证不再产生裂缝。设计方面，在配筋上应减小钢筋直径或提高配筋率，增设后浇带，对涵道底面采取措施，减少地基对涵道的摩擦约束。材料要选择级配良好，含泥量低的骨料。施工上第一应控制好混凝土的水灰比，添加减少剂，减少混凝土中水多余量蒸发引起的收缩。第二是加强混凝土的养护，减少水化热引起的内部温差和外部温度变化的影响，切实将结构裂缝控制在规定限值之内。
参考文献：
［1］ BS8007—1987，DESIGN OFCONCRETESTRUCTURES FOR RETAINING AQUEOUSLIQUIDS［S］．
［2］ 卓尚杰，季直仓，桌昌志．钢筋混凝土结构事故分析与加固［M］．北京：中国建筑工业出版社，1997．
［3］ 王铁梦．建筑物的裂缝控制［M］．上海：上海科技出版社，1987.
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