倒虹吸結(jié)構(gòu)混凝土裂縫成因及防治措施分析

譚聰睿 王慶新 單杰 王澍

倒虹吸結(jié)構(gòu)混凝土裂縫成因及防治措施分析

譚聰睿 王慶新 單杰 王澍

以南沙河倒虹吸工程中的混凝土裂縫為例，對混凝土裂縫的成因進(jìn)行了研究，提出了切實可行的裂縫處理方案，并對下一步施工中需要采取的預(yù)防措施進(jìn)行了分析。

倒虹吸 混凝土裂縫 溫度

1 工程概況

南沙河倒虹吸位于河北省邢臺市與沙河市，是南水北調(diào)中線一期工程大型河渠交叉建筑物之一，由南沙河倒虹吸南段和北段組成，其中南段和北段倒虹吸分別由進(jìn)口漸變段、進(jìn)口檢修閘、管身、出口節(jié)制閘（或檢修閘）、出口漸變段5部分組成。倒虹吸進(jìn)出口檢修閘均為開敞式鋼筋混凝土整體結(jié)構(gòu)，進(jìn)出口檢修門庫均布置在閘室兩側(cè)，為地下結(jié)構(gòu)；倒虹吸管身段為3孔一聯(lián)雙向預(yù)應(yīng)力混凝土箱涵結(jié)構(gòu)，分底板、墻體與頂板2次澆筑成型，底板和頂板均設(shè)計有間距50 cm的橫向預(yù)應(yīng)力鋼束（每孔15束），邊墻設(shè)計有間距50 cm的豎向預(yù)應(yīng)力鋼束（每孔11束），中墻設(shè)計有間距50 cm的豎向預(yù)應(yīng)力鋼束（每孔5束），采用HDPE塑料波紋管成孔，采用后張法預(yù)應(yīng)力張拉施工工藝。預(yù)應(yīng)力施工完成后，經(jīng)對澆筑完成的混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行排查，發(fā)現(xiàn)中墻及邊墻上均有裂縫生成。

2 裂縫成因分析

通過現(xiàn)場裂縫檢查及裂縫產(chǎn)狀分析，發(fā)現(xiàn)裂縫狀況為豎向裂縫，一般產(chǎn)生在墻體中部、施工縫以上0.3～4 m，縫寬小于0.2 mm，縫深一般在2～10 cm。經(jīng)分析，管身段混凝土裂縫產(chǎn)生的主要因素是溫度，具體成因如下：

（1）洞口封閉不及時，春秋季節(jié)大風(fēng)導(dǎo)致混凝土表面產(chǎn)生溫度裂縫。這類裂縫大多發(fā)生在拆模以后，裂縫細(xì)且雜亂無章，沒有明顯的走向，一般產(chǎn)生在施工縫以上第二塊模板。后期洞口封閉之后，裂縫不再產(chǎn)生。

（2）夏冬季澆筑混凝土溫度變形與結(jié)構(gòu)自身變形不協(xié)調(diào)。就南沙河倒虹吸北段預(yù)應(yīng)力管身而言，倒虹吸管身坐落在C10混凝土墊層上，墊層下有50 cm厚碎石墊層，整個預(yù)應(yīng)力混凝土管身塊體可近似認(rèn)為是一個自由體，其外力約束可以近似不計。但是，就倒虹吸管身塊體內(nèi)部而言，由于底板混凝土跟頂板混凝土屬于分次澆筑，因此，底板混凝土在頂板混凝土澆筑初期，可以看作是頂板混凝土的約束端，對頂板混凝土溫度應(yīng)力具有約束作用。這種作用產(chǎn)生的裂縫一般出現(xiàn)在頂板混凝土發(fā)育早期，大多在拆模后能夠立即發(fā)現(xiàn)，其產(chǎn)狀大致為：裂縫底端靠近底板混凝土，裂縫呈直線型，且發(fā)育連續(xù)，長度在1 m左右，后期隨著時間增長有所增長。頂板混凝土達(dá)到設(shè)計強度以后，頂板混凝土與底板混凝土結(jié)合為一體，這時受混凝土水化熱影響及內(nèi)外溫差影響，混凝土繼續(xù)發(fā)生變形，但是由于混凝土塊體內(nèi)部的鋼筋在一定程度上限制了混凝土的自由變形，于是便又形成了新的裂縫。這類裂縫大致發(fā)生在混凝土拆模3個月以后，其產(chǎn)狀大致為：裂縫底端伸入施工縫以下，裂縫呈直線型，且發(fā)育連續(xù)，裂縫也較長，大多在2 m以上，開口較寬。

（3）管身內(nèi)外溫差大，引起開裂。根據(jù)以往工程經(jīng)驗，鋼筋混凝土倒虹吸管，內(nèi)表面水溫很低，外表面經(jīng)太陽暴曬溫度會相對較高，管壁的內(nèi)表面就可能產(chǎn)生裂縫。南沙河倒虹吸數(shù)屬3孔一聯(lián)式預(yù)應(yīng)力倒虹吸，春夏秋3個季節(jié)受太陽暴曬影響，外表面溫度相對較高，內(nèi)表面溫度相對較低，在內(nèi)表面產(chǎn)生了拉應(yīng)力，是裂縫產(chǎn)生的又一個原因。

（4）塑性坍落?；炷了苄蕴浒l(fā)生在混凝土澆筑后的初期，這時混凝土還處在塑性狀態(tài)，如果混凝土出現(xiàn)泌水現(xiàn)象，在振搗作用下混合料中的固體顆粒有向內(nèi)移動而漿液外泛的傾向，當(dāng)這種移動受到鋼筋骨架或者模板的約束時，就會產(chǎn)生沿鋼筋長度方向的順筋裂縫。這類裂縫大多具有一個特點，就是裂縫縫口有白色析出物，并伴有細(xì)微滲水，滲水越多白色析出物堆積越厚，滲水經(jīng)過數(shù)個月之后會消失。但當(dāng)空氣比較潮濕時，白色析出物附近又會重新出現(xiàn)滲水。

3 處理方案

根據(jù)《南水北調(diào)中線混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量缺陷及裂縫處理技術(shù)規(guī)定（試行）》，Ⅰ類裂縫可采用表面涂刷、縫口鑿槽嵌縫方法處理，Ⅱ類裂縫可采用噴涂法、粘貼法、充填法和灌漿法處理。根據(jù)以往的裂縫處理經(jīng)驗，對于Ⅰ類裂縫采用表面法處理；對于Ⅱ類裂縫，縫寬小于0.3 mm的裂縫采用噴涂法處理，縫寬大于0.3 mm的裂縫采用低壓灌漿法進(jìn)行處理。

3.1 修補材料

修補材料采用在工程裂縫處理中已得到廣泛應(yīng)用的環(huán)氧樹脂裂縫灌漿料，環(huán)氧樹脂裂縫灌漿料由A、B兩種組分組成，具有環(huán)氧樹脂的傳統(tǒng)特性，可處理0.1 mm以下裂縫，可操作時間長，固化收縮率小。固化物粘結(jié)強度不小于2.4 MPa，固化物抗壓強度不小于60 MPa。

3.2 表面處理

用鋼刷將縫口周邊混凝土基面清理干凈，先涂刷1層環(huán)氧基液，然后再涂刷1層環(huán)氧樹脂。

3.3 低壓灌漿

對沿裂縫走向5 cm范圍內(nèi)的混凝土表面進(jìn)行清理，清除混凝土表面雜物。混凝土表面質(zhì)量不良、縫兩側(cè)有較多細(xì)微龜裂的部位，要清理至8～10 cm。鑿除裂縫兩側(cè)疏松的混凝土塊和砂粒，露出堅實的混凝土表面。將混凝土表面浮塵清除干凈并徹底晾干。

混凝土表面徹底清潔及干燥后，分別取縫口膠的2種成分，按照主劑∶硬化劑為7∶3（重量比）的比例，并充分拌制后注入裂縫中心。沿裂縫走向5 cm寬的范圍內(nèi)涂抹厚度約2 mm的封口膠。

待封口膠充分固化后，使用BL注入器進(jìn)行灌漿并確保灌漿飽滿。

4 預(yù)防措施

（1）在保證混凝土設(shè)計強度的前提下，優(yōu)化混凝土配合比，根據(jù)實際情況適當(dāng)調(diào)整外加劑摻量及骨料比例，減少用水量及膠凝材料用量，坍落度盡量采用低限，墻體坍落度小于頂板坍落度2cm。

（2）縮短底板與墻體澆筑間歇時間，管身墻體與頂板宜分倉澆筑。

（3）進(jìn)一步加強混凝土溫控措施，如：墻體模板外貼保溫板和在墻體中下部埋設(shè)冷卻水管。

譚聰睿 女 工程師 中水北方勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司 天津 300222

王慶新 男 高級工程師 中水北方勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司 天津 300222

單杰 男 工程師 中水北方勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司 天津 300222

王澍 男 助理工程師 中水北方勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司 天津 300222

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