某倒虹吸管身裂縫成因分析及處理

□楊長(zhǎng)庚 □朱穎放 □蘇衛(wèi)濤（河南省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限公司）

1 概況

某倒虹吸工程順?biāo)鞣较蛎扛?3m 設(shè)一道永久縫，避免結(jié)構(gòu)由于受溫度變化、混凝土收縮以及地基不均勻沉降而產(chǎn)生對(duì)整體性有影響的裂縫。橫斷面1 聯(lián)3 孔，單孔孔徑尺寸為6.80m ×6.80m，底板厚為1.25m，頂板厚1.25m，邊墻厚1.20m，中隔墻厚1.10m。混凝土標(biāo)號(hào)為C30、W6、F150。

工程區(qū)位于太行山前洪積扇前緣與傾斜平原交界部位。倒虹吸水平段基礎(chǔ)置于第⑥層卵石與第⑦層中粉質(zhì)壤土中，第⑥層重探擊數(shù)12～36 擊，平均22 擊，結(jié)構(gòu)密實(shí)，承載力標(biāo)準(zhǔn)值500kPa。第⑦層壓縮系數(shù)0.12～0.29MPa-1，平均0.22MPa-1；標(biāo)貫擊數(shù)4～15 擊，平均10 擊，屬中等壓縮性中硬土，承載力標(biāo)準(zhǔn)值165kPa。

倒虹吸管施工完成后，管頂尚未覆土?xí)r檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，14＃、18＃、19＃、21＃、23＃管身邊墻和中隔墻出現(xiàn)不同程度裂縫共24 條，其中貫穿性裂縫11 組，其余2 條為深度>50cm 的裂縫。裂縫均為豎縫，縫寬多在0.10～0.30mm，裂縫起點(diǎn)均從一期混凝土與二期混凝土接縫處開(kāi)始。

2 裂縫成因分析

倒虹吸出現(xiàn)裂縫時(shí)，管身兩側(cè)及頂部均未進(jìn)行填土，不產(chǎn)生填土荷載。排除了由于外荷引起裂縫的可能性。倒虹吸水平段基礎(chǔ)置于第⑥層卵石與第⑦層中粉質(zhì)壤土中，分節(jié)長(zhǎng)度為13m，符合《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》的分節(jié)要求。底板未出現(xiàn)裂縫且止水未現(xiàn)變形也排除了基礎(chǔ)不均勻沉陷的可能性。裂縫發(fā)生后，根據(jù)規(guī)范對(duì)倒虹吸結(jié)構(gòu)安全性進(jìn)行復(fù)核，經(jīng)計(jì)算，該倒虹吸管身結(jié)構(gòu)尺寸和配筋均滿足規(guī)范承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)要求。

某倒虹吸邊墻、側(cè)墻和中隔墻厚度均在1m 以上，分析其配合比及試塊強(qiáng)度記錄，墻體很早即達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度C30，說(shuō)明混凝土早期水化熱釋放過(guò)于集中，由于混凝土是不良導(dǎo)體，水化熱不易散發(fā)，會(huì)引起墻體內(nèi)部溫升。而墻外表面又恰受到當(dāng)?shù)卮┨蔑L(fēng)的影響，溫度較低，內(nèi)外溫差產(chǎn)生拉應(yīng)力可能造成裂縫。另外，根據(jù)該倒虹吸澆筑記錄，管身底板（相當(dāng)于一期混凝土）澆筑完成兩～五個(gè)月后澆筑墻體（相當(dāng)于二期混凝土），二期混凝土產(chǎn)生的收縮變形會(huì)受到一期混凝土的約束，可能造成裂縫。

管身裂縫出現(xiàn)后，相關(guān)單位召開(kāi)了混凝土裂縫專家咨詢會(huì)議，咨詢意見(jiàn)認(rèn)為:混凝土裂縫是由多種原因形成，主要是由一期混凝土約束、氣候條件變化較大、混凝土早期水化熱釋放過(guò)于集中、混凝土施工工藝等原因引起的。

3 加固處理

3.1 處理方案

混凝土結(jié)構(gòu)裂縫，按開(kāi)度變化可分為死縫、活縫、增長(zhǎng)縫三種，其處理措施是不同的。根據(jù)工程質(zhì)量檢測(cè)機(jī)構(gòu)《某倒虹吸管身段檢測(cè)報(bào)告》結(jié)論：“經(jīng)過(guò)5 個(gè)月的觀測(cè)，裂縫的長(zhǎng)度、寬度、深度均未發(fā)現(xiàn)明顯變化?！迸卸车购缥苌砹芽p為死縫。裂縫的存在給倒虹吸的結(jié)構(gòu)安全以及工程正常使用帶來(lái)影響。主要表現(xiàn)在：降低倒虹吸的抗?jié)B能力；造成鋼筋銹蝕，降低材料耐久性；影響結(jié)構(gòu)整體性、安全性；不利于工程正常運(yùn)行。需要進(jìn)行處理?；炷亮芽p處理應(yīng)遵循以下原則：一是裂縫處理遵循“外部封閉，內(nèi)部灌漿”的防滲補(bǔ)強(qiáng)原則；二是裂縫處理前，先選取1～2條裂縫進(jìn)行裂縫處理工藝試驗(yàn)，經(jīng)檢測(cè)滿足要求后再對(duì)所有裂縫進(jìn)行處理；三是裂縫處理后，在保證內(nèi)在質(zhì)量的前提下，處理后的外觀與原混凝土外觀保持一致；四是裂縫處理安排在冬春季低溫時(shí)期，裂縫張開(kāi)度較大時(shí)進(jìn)行處理。

根據(jù)以上處理原則，外部采用防滲防裂纖維混凝土表面封縫，內(nèi)部采用環(huán)氧樹(shù)脂灌漿處理。待灌漿達(dá)到固化齡期后，進(jìn)行壓水試驗(yàn)檢測(cè)灌漿質(zhì)量。

防滲防裂纖維混凝土在修復(fù)或翻新受損結(jié)構(gòu)方面具有廣闊的應(yīng)用前景。國(guó)內(nèi)外對(duì)此均進(jìn)行過(guò)實(shí)際工程的應(yīng)用，并對(duì)其性能進(jìn)行了跟蹤監(jiān)測(cè)。在“關(guān)于修復(fù)被堿骨料反應(yīng)損傷的混凝土擋土墻的研究”中，使用了5～7cm 厚的防滲防裂纖維混凝土對(duì)該受損擋土墻(寬18m，高5m)進(jìn)行修復(fù)，以阻止由基層混凝土發(fā)展到修復(fù)層的裂縫，提高該擋土墻的使用年限。經(jīng)跟蹤檢測(cè)，修補(bǔ)10 個(gè)月后，防滲防裂纖維混凝土修復(fù)層的裂縫寬度<50μm，而同期對(duì)比的預(yù)拌水泥砂漿處的最大裂縫寬度已經(jīng)達(dá)到200μm。2003年，日本的Mitaka 大壩已運(yùn)行60a，其表層混凝土破壞較為嚴(yán)重，出現(xiàn)了裂縫、剝落、滲漏等嚴(yán)重的損傷現(xiàn)象。為了提高大壩的耐久性，在大壩上游面噴射了一層2cm 厚的防滲防裂纖維混凝土保護(hù)層，至今沒(méi)有再出現(xiàn)裂縫等缺陷。

防滲防裂纖維混凝土的安全性能指標(biāo)應(yīng)符合表1的規(guī)定。

環(huán)氧灌漿材料一般均分成主劑和固化劑雙組分，按規(guī)定比例配制后進(jìn)行灌漿。影響環(huán)氧灌漿材料固化速度的因素比較多，如不同溫度條件、一次配漿量的多少、固化劑用量的多少等，因此需在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行配合比試驗(yàn)以確定最佳配合比，并可根據(jù)需要通過(guò)添加促進(jìn)劑來(lái)調(diào)整反應(yīng)速度，以滿足灌漿需要。環(huán)氧樹(shù)脂灌漿材料的安全性能指標(biāo)應(yīng)符合表2的規(guī)定。

表1 防滲防裂纖維混凝土材料安全性能指標(biāo)表

表2 環(huán)氧樹(shù)脂灌漿材料安全性能指標(biāo)表

3.2 施工工藝流程

清理縫口→埋設(shè)灌漿嘴→結(jié)構(gòu)膠封縫→防滲防裂纖維混凝土施工→密封檢查→配制漿液→壓力灌漿→封口檢查→打磨檢驗(yàn)。

3.3 施工技術(shù)要求

一是根據(jù)《水工建筑物化學(xué)灌漿施工規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定，結(jié)合倒虹吸管身混凝土的特點(diǎn)，采用鉆騎縫孔貼嘴灌漿法，騎縫孔深度2cm 左右，貼嘴間距定為0.25～0.40m。裂縫交叉點(diǎn)、尖滅點(diǎn)應(yīng)布置貼嘴。貼嘴和封縫前應(yīng)先將縫口兩側(cè)各10cm 混凝土基面打磨平整并清理縫口，再用潔凈的壓縮空氣吹干凈后及時(shí)貼嘴和封縫。二是貼嘴和封縫施工12h 后，采用潔凈壓縮空氣對(duì)裂縫與貼嘴之間的暢通性、封縫的密封性、管路安裝的牢固性和可靠性等進(jìn)行壓風(fēng)試氣檢查，風(fēng)壓≤0.10MPa。三是混凝土豎向裂縫（包括斜縫）灌漿應(yīng)從最底部一個(gè)灌漿嘴開(kāi)始，自下而上，由深至淺，逐嘴上移注漿。貫穿縫對(duì)稱均衡進(jìn)行灌漿。四是灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：灌漿時(shí)應(yīng)待下一個(gè)漿嘴出漿飽滿，有原漿溢出時(shí)結(jié)束灌漿，或達(dá)到設(shè)計(jì)灌漿壓力并且吸漿率<0.02L/5min 時(shí)，穩(wěn)壓30min，再結(jié)束灌漿。五是灌漿達(dá)到固化齡期后，進(jìn)行壓水試驗(yàn)檢測(cè)倒虹吸管身灌漿質(zhì)量。

4 結(jié)論和建議

管身裂縫經(jīng)處理后，不影響倒虹吸工程安全與正常輸水。需要注意的是，《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50367-2006）規(guī)定，混凝土結(jié)構(gòu)加固后的使用年限宜按30a 考慮。小于某倒虹吸的設(shè)計(jì)使用年限50，30a 到期后，應(yīng)該對(duì)該倒虹吸管身重新進(jìn)行可靠性鑒定。若結(jié)論正常，可以延長(zhǎng)其使用年限；若出現(xiàn)異常，應(yīng)采取加固措施。