基坑工程混凝土噴層裂縫防治方法

1.沈陽中冶檢測工程有限公司 遼寧 110016；2.大連金州新區(qū)勘測中心 遼寧 116600

摘要：噴射混凝土作為地下工程的一種支護方式，具有減小截面、提高強度、施工簡便等優(yōu)點，已得到日益廣泛的應用。基坑工程噴射混凝土面層經(jīng)常出現(xiàn)裂縫，本文對基坑工程混凝土面層出現(xiàn)的裂縫的工程現(xiàn)象，分別從地質(zhì)、設計、材料、施工等方面分析了裂縫產(chǎn)生原因，針對各自產(chǎn)生的原因提出了加強地質(zhì)勘察工作、動態(tài)優(yōu)化設計、嚴格控制噴射混凝土質(zhì)量及溫控技術(shù)措施，并針對已有基坑工程裂縫提出了表面處理法、填充法、灌漿法及結(jié)構(gòu)補強法等方法，能夠有效地指導和基坑噴射混凝土工程。

關(guān)鍵詞：基坑工程；混凝土面層混凝土；裂縫原因；裂縫防治；裂縫處理

噴射混凝土是借助噴射機具將按一定比例配合的拌合料高速噴射到受噴面上的混凝土。噴射混凝土在礦山井巷與地下工程支護、巖土邊坡加固和建筑結(jié)構(gòu)的補強等應用領域都有獨特功用和明效益。噴射混凝土作為地下工程的一種支護方式，具有減小截面、提高強度、施工簡便等優(yōu)點，已得到日益廣泛的應用。在基坑工程和隧道工程臨時支護，采用噴射混凝土，與鉆孔灌注樁、掛網(wǎng)錨桿、錨索等支護、圍護結(jié)構(gòu)一起使用，基坑開挖實行“分層、分段開挖”及時架設支護結(jié)構(gòu)掛網(wǎng)噴射混凝土，縮短基坑無支護不安穩(wěn)的裸露狀態(tài)。然而實際工程混凝土噴層出現(xiàn)了很多裂縫，對工程造成了潛在的隱患。

1、噴射混凝土出現(xiàn)裂縫的原因分析

1.1 地質(zhì)原因

由于基坑開挖前提供的勘察資料不詳細，對場地范圍的地質(zhì)信息不全面，基坑開挖期間噴層參數(shù)一樣，而地質(zhì)情況較差、土體垂直節(jié)理發(fā)育、穩(wěn)定性差巖土層參數(shù)差異性和不均勻性導致了混凝土噴層受力不均勻?qū)е聡妼娱_裂。

1.2 設計原因

由于地質(zhì)條件的差異性，導致采用的設計參數(shù)取值與工程實際參數(shù)差異性，導致出現(xiàn)噴層混凝土配比等設計參數(shù)不準確。

1.3 施工原因

噴射混凝土材料使用不當產(chǎn)生的裂縫，比如：使用導致混凝土收縮性較高的礦渣水泥、快硬水泥、低熱水泥及水泥標號低或水灰比高均易產(chǎn)生裂縫。施工方法不規(guī)范會導致混凝土產(chǎn)生裂縫。下段基坑開挖對上部基坑坡面混凝土面層產(chǎn)生振動等。

1.4 客觀原因

溫度應力引起裂縫，目前溫度裂縫產(chǎn)生主要原因是由溫差造成的。收縮引起裂縫，收縮有很多種，包括干燥收縮、塑性收縮、自身收縮、碳化收縮等等。這里主要介紹干燥收縮和塑性收縮。

2、基坑噴射混凝土面層防治裂縫技術(shù)措施

2.1 加強地質(zhì)勘察工作

由于基坑工程為隱蔽性工程，基坑開挖過程中，發(fā)現(xiàn)揭露地層與勘察報告存在差異，應立即停止施工，加強監(jiān)測，并立即匯報監(jiān)理、設計及勘察單位，并進行補充地勘工作，探明地質(zhì)信息。

2.2 動態(tài)優(yōu)化設計

基坑支護設計應該是一個動態(tài)的設計過程，在施工過程中應結(jié)合基坑開挖揭露地質(zhì)信息、監(jiān)測成果動態(tài)調(diào)整優(yōu)化設計。

2.3 嚴格控制噴射混凝土質(zhì)量技術(shù)措施

施工期間防治基坑面層出現(xiàn)裂縫是關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，應該從以下五方面進行控制：

1、混凝土材料控制

控制水泥、砂子、石子、水、及外加劑等原材料的質(zhì)量，按設計及相關(guān)規(guī)范要求，對進場原材料進行檢查與復檢。水泥優(yōu)先采用普通硅酸鹽水泥或硅酸鹽水泥、也可選用礦渣硅酸鹽水泥或火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥，必要時，采用特種水泥。水泥強度等級不應低于32.5Mpa；水泥進場時按同一生產(chǎn)廠家、同一等級、同一品種、同一批號且連續(xù)進場的水泥，袋裝不超過200t為一批，散裝不超過500t為一批，每批抽樣不少于一次。檢驗方法：檢查產(chǎn)品合格證、出廠檢驗報告和進場復檢報告；當在使用中對水泥質(zhì)量有懷疑或水泥出廠超過三個月（快硬水泥超過一個月）時，應進行復檢，并按復檢結(jié)果使用。

砂子與石子 砂子應采用堅硬耐久的中砂或粗砂，細度模數(shù)宜大于2.5。干噴法時，砂的含水率宜控制在5%—7%；石子應采用堅硬耐久的卵石或碎石，粒徑不宜大于15mm，當使用堿性速凝劑時，不得使用含有活性二氧化硅的石材。

水，選用的水質(zhì)中不應含有影響水泥正常凝結(jié)與硬化的有害雜質(zhì)，不得使用污水及PH值小于4的酸性水，宜使用飲用水或符合《混凝土拌合用水》的標準。

為使混凝土快速早強，宜在噴射混凝土中加入速凝劑。使用速凝劑應遵守下列規(guī)定：

（1）速凝劑的質(zhì)量應符合要求并有出廠合格證。

（2）摻速凝劑的混凝土的性能必須符合設計要求 應采用符合質(zhì)量要求的外加劑，摻外加劑后的噴射混凝土性能必須滿足設計要求。

（3）速凝劑在使用前，應做出廠說明書的要求進行水泥凈漿凝結(jié)效果試驗，其初凝不應大于5min，終凝不宜大于10min。

（4）過期或受潮變質(zhì)的速凝劑不得使用。

2、控制噴射混凝土配合比、計量、攪拌時間等

噴射混凝土配合比的選擇，應保證設計要求的強度等級，并有利于節(jié)約水泥和減少回彈。在特殊情況下，還應符合抗凍性、抗?jié)B性等要求。干混合料的配合比，一般按經(jīng)驗和試噴試驗確定，并應符合下列規(guī)定：

水泥與砂石重量比宜為1：4～1：4.5；砂率宜控制在45%～55%；水灰比宜為0.4～0.5，；速凝劑的參量以水泥重量的百分比計算，一般為2～6%，最佳摻量應在施工前通過試驗確定。

拌合料按重量計，允許偏差：水泥和速凝劑均為±2%；砂石均為±3%。

干混合料宜隨半隨用。不摻速凝劑時，存放時間不超2小時；摻速凝劑時，存放時間不應超過20min.混合料在運輸、存放過程中，嚴防雨淋、滴水及大石塊等雜物混入，裝入噴射機前應過篩。

3、檢查鋼筋網(wǎng)片的掛設與搭接長度、及固定是否牢固

掛設鋼筋網(wǎng)片前，檢查樁面或侵限樁面鑿除、松動的樁間土清理的情況，滿足施工作業(yè)要求后，掛設鋼筋網(wǎng)片。網(wǎng)片與網(wǎng)片的連接，可采用焊接或綁扎搭接（長度300mm），鋼筋網(wǎng)片通過植筋固定于鉆孔灌注樁上，噴射時鋼筋不得晃動。

4、噴射混凝土作業(yè)，埋設好控制噴層厚度的標志，根據(jù)厚度合理分層噴射，同時留置好試塊

噴射混凝土施工作業(yè)應分片、自下而上依次進行；

分層噴射混凝土施工時，一次噴射混凝土的最大厚度不宜大于規(guī)定值；

表1 一次噴射混凝土厚度控制

部位摻速凝劑不摻速凝劑

水平噴射70～100mm50～70mm

向上噴射50～60mm30～40mm

埋設控制混凝土厚度的標志，其縱橫間距宜為1.0～1.5m

分層噴射時，后一層噴射應在前一層混凝土終凝后進行；若終凝后1h后在進行噴射時，應先用風水清洗噴層表面；

噴射中如發(fā)現(xiàn)混凝土表面干燥松散、下墜滑移或拉裂時，應及時清除，進行補噴。

噴頭與受噴面應垂直，宜保持0.6～1.0m的距離；

干法噴射時，噴射手要控制好水灰比，保持混凝土表面平整，呈濕潤光澤，無干斑或滑移流淌現(xiàn)象；

噴射混凝土必須做抗壓強度試驗，試塊數(shù)量，每噴50～100m3混合料或每噴混合料少于50 m3，不得少于一組，每組試塊不得少于3個；材料或配合比變更時，應另做一組，標準條件下養(yǎng)護28天。

5、做好噴射混凝土的養(yǎng)護工作

噴射混凝土終凝2h后，應噴水養(yǎng)護；養(yǎng)護時間，一般工程不得少于7d，重要工程不得少于14d。

氣溫低于+5℃時，不得噴水養(yǎng)護；

每晝夜噴水養(yǎng)護的次數(shù)，以經(jīng)常保持混凝土表面具有足夠的潮濕狀態(tài)為度；噴射混凝土工程處于相對濕度在95%以上的環(huán)境中時，可不專門進行養(yǎng)護。

冬期施工：噴射作業(yè)區(qū)的氣溫不應低于+5℃；混合料進入噴射機的溫度不應低于+5℃。

2.4 溫度的控制措施

（1）盡量選用低熱或中熱水泥，如礦渣水泥、粉煤灰水泥等。

（2）采用改善骨料級配，用干硬性混凝土，摻混合料，加引氣劑或塑化劑等措施以減少混凝土中的水泥用量，將水泥用量盡量控制在450kg/m3以下。

（3）降低水灰比，一般混凝土的水灰比控制在0.6以下。

（4）改善骨料級配，摻加粉煤灰或高效減水劑等來減少水泥用量，降低水化熱。

（5）改善混凝土的攪拌加工工藝，在混凝土中摻加一定量的具有減水、增塑、緩凝等作用的外加劑，改善混凝土拌合物的流動性、保水性，降低水化熱，推遲熱峰的出現(xiàn)時間。

（6）加強混凝土養(yǎng)護，混凝土澆筑后，及時用濕潤的草簾、麻片等覆蓋，并注意灑水養(yǎng)護，適當延長養(yǎng)護時間，保證混凝土表面緩慢冷卻。長期暴露的混凝土澆筑塊表面或薄壁結(jié)構(gòu)，在寒冷季節(jié)采取保溫措施，以防止寒潮襲擊。

（7）在混凝土中配置少量的鋼筋或者摻入纖維材料將混凝土的溫度裂縫控制在一定的范圍之內(nèi)。

3、基坑工程混凝土噴層裂縫處理方法

3.1 表面處理法

包括表面涂抹和表面貼補法。表面涂抹適用范圍是漿材難以灌入的細而淺的裂縫，深度未達到鋼筋表面的發(fā)絲裂縫，不漏水的縫，不伸縮的裂縫以及不再活動的裂縫。表面貼補法適用于大面積漏水（蜂窩麻面等或不易確定具體漏水位置、變形縫）的防滲堵漏。

3.2 填充法

用修補材料直接填充裂縫，一般用來修補較寬的裂縫（〉0.3mm），作業(yè)簡單，費用低。寬度小于0.3mm、深度較淺的裂縫，或是裂縫中有充填物、用灌漿法很難達到效果的裂縫，以及小規(guī)模裂縫的簡易處理可采取開V型槽，然后作填充處理。

3.3 灌漿法

此法應用范圍廣，從細微裂縫到大裂縫均可適用，處理效果好。

3.4 結(jié)構(gòu)補強法

因超荷載產(chǎn)生的裂縫、裂縫長時間不處理導致的混凝土耐久性降低、火災造成的裂縫等影響結(jié)構(gòu)強度可采取結(jié)構(gòu)補強法。包括斷面補強法、錨固補強法、預應力法等混凝土裂縫處理效果的檢查包括修補材料試驗、鉆心取樣試驗、壓水試驗、壓氣試驗等。

4 結(jié)論

本文針對基坑工程混凝土面層出現(xiàn)的裂縫的工程現(xiàn)象，分別從地質(zhì)、設計、材料、施工等方面分析了裂縫產(chǎn)生原因，針對各自產(chǎn)生的原因提出了加強地質(zhì)勘察工作、動態(tài)優(yōu)化設計、嚴格控制噴射混凝土質(zhì)量及溫控技術(shù)措施，并針對已有基坑工程裂縫提出了表面處理法、填充法、灌漿法及結(jié)構(gòu)補強法等方法。

參考文獻：

[1] 程良奎著.噴射混凝土.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1990

[2] 中華人民共和國國家標準，錨桿噴射混凝土支護技術(shù)規(guī)范（GBJ86 - 85），1985.

[3] 中華人民共和國國家標準，混凝土強度檢驗評定標準，（GBJ107 - 87），1987.

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拆除一跨棧橋只需要吊裝5個模塊（一個模塊3m），共計吊裝10次即可完成。除了吊裝次數(shù)大大減少之外，模塊化施工工藝省去了分配梁上安裝或拆除騎馬螺栓這一過程。由此可知，模塊化工藝能夠大大提高上部結(jié)構(gòu)安裝及拆除的效率。根據(jù)本項目實際經(jīng)驗，采用“釣魚法”在正常工作時間的情況下，現(xiàn)場拼裝式工藝每天可搭設1跨，拆除2跨；模塊化工藝每天保守估計搭設2跨，拆除3跨左右，大大提高了機械、人工的使用效率，縮短工期。

4后期維護

現(xiàn)場拼裝工藝是由下向上逐層搭設，橋面板鋪設在I12.6面板縱肋上后，只能將鋼板兩邊與I12.6頂焊接，無法完成鋼板與I12.6縱橋向連接的焊縫，焊縫長度不足。在棧橋使用過程中，車輛動載的反復作用下，經(jīng)常發(fā)生面板翹曲，I12.6面板縱肋嚴重變形等情況。

模塊化施工采用后場加工，I12.6面板縱肋與橋面板之間的焊縫采用連續(xù)跳焊，焊縫質(zhì)量容易控制，成橋后能夠承受住動荷載的反復作用。本項目采用模塊化施工的部分鋼棧橋在一年多的使用過程中，幾乎沒有維修作業(yè)，棧橋運營情況非常好。

現(xiàn)場拼裝工藝相比于模塊化施工方式，棧橋的維護工作量要大的多，若是棧橋戰(zhàn)線長、交通壓力大，棧橋的維護工作將會給橋梁施工作業(yè)造成很明顯的不便，如因維護作業(yè)將棧橋封閉等情況。根據(jù)本項目的實踐經(jīng)驗，采用現(xiàn)場拼裝工藝部分鋼棧橋在使用過程中，因I12.6面板縱肋變形嚴重、橋面板嚴重翹曲等原因，棧橋的維護工作量很大，并且專門成立了棧橋維護小組進行作業(yè)。現(xiàn)場拼裝工藝部分棧橋?qū)嶋H維護時間為1.5年，而維護費用高達145萬元，這部分費用還不包括因維護更換的材料費用、機械設備費用等。

5效益分析

模塊化施工的最終目的需要反映出效益，效益主要考慮人、材、機三個方面的經(jīng)濟價值。

從直觀經(jīng)濟價值方面來說，采用模塊化施工方式的每一跨棧橋，需要多投入I25a型鋼1714.5kg，節(jié)省騎馬螺栓660kg，若按每噸型材4000元考慮，則增加約4000元的材料費用；在正常作業(yè)時間情況下，搭設一跨施工工期縮短0.5天，拆除施工工期縮短0.17天，相應的人工、機械費用也會大大降低，節(jié)約人工費用約12000元，機械費用約3500元；棧橋使用期（1.5年）內(nèi)，維護費用將節(jié)省約3500元；增加5個模塊的工廠加工投入約15000元。經(jīng)上述測算結(jié)果可知，就直觀經(jīng)濟價值來說，采用模塊化施工方式與現(xiàn)場拼裝方式投入的成本基本相同，無需額外增加費用。棧橋若是周轉(zhuǎn)其他項目所采用的模塊，則無需模塊的加工費用，可大大節(jié)約成本。

模塊化施工的方式將鋼棧橋橋面板的水上作業(yè)變成工廠加工，不僅簡化了施工工藝，還降低了施工作業(yè)的安全風險。對同一個項目而言，這種施工方式雖然不能產(chǎn)生直觀的經(jīng)濟效益，但其節(jié)省的工期對整個橋梁施工及企業(yè)的競爭力而言，其價值是無可比擬的。

6結(jié)論

根據(jù)目前橋梁施工中最為常見的鋼棧橋?qū)挾龋蓪摋驑蛎姘宸殖?m、7m及8m三種模塊，一次投入加工成本，后續(xù)循環(huán)使用，不僅可以加快施工進度、節(jié)約成本、降低安全風險，還減少了后期棧橋的維護作業(yè)，對于經(jīng)常使用鋼棧橋的橋梁施工單位而言，是值得推廣使用的。

參考文獻：

[1] 《公路橋涵設計通用規(guī)范》（JTG D60-2004）；

[2] 《鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》（GB 50017-2003）；

[3] 王朝軍.鋼棧橋施工結(jié)構(gòu)優(yōu)化及工藝改進技術(shù)[J].中小企業(yè)管理與科技，2013（01）。