閘墩裂縫成因分析及補(bǔ)救措施

江　磊

(江西省水利投資集團(tuán)有限公司， 江西 南昌　330096)

閘墩裂縫成因分析及補(bǔ)救措施

江磊

(江西省水利投資集團(tuán)有限公司， 江西 南昌330096)

【摘要】許多混凝土構(gòu)造物在建設(shè)和使用的過(guò)程中均會(huì)出現(xiàn)不同程度、不同形式的裂縫，這是長(zhǎng)期困擾工程技術(shù)人員的技術(shù)難題。本文結(jié)合工程實(shí)際對(duì)閘墩建造過(guò)程中產(chǎn)生的裂縫進(jìn)行了成因分析，并采取了針對(duì)性的補(bǔ)救措施，可為同類工程提供借鑒。

【關(guān)鍵詞】閘墩裂縫； 成因分析； 補(bǔ)救措施

裂縫的種類繁多，不同的裂縫對(duì)結(jié)構(gòu)物的危害各有輕重，特別是對(duì)于沿海水工構(gòu)造物，裂縫易導(dǎo)致內(nèi)部鋼筋銹蝕，降低結(jié)構(gòu)的耐久性，影響構(gòu)造物的受力狀況和穩(wěn)定性，危害極大[1]。正確分析裂縫出現(xiàn)的原因并及時(shí)采取有效措施，是克服和控制裂縫、保證構(gòu)造物正常使用的關(guān)鍵。

1工程概況

樂(lè)清市樂(lè)海圍涂工程位于樂(lè)清灣西部海岸的海涂上，排澇閘規(guī)模為3孔，單孔寬5m，基礎(chǔ)座落在海涂面的軟土地基上。設(shè)計(jì)最高潮水位重現(xiàn)期為50年一遇，閘室、岸墻、翼墻基礎(chǔ)均采用φ800鋼筋混凝土灌注樁。排澇閘工作環(huán)境條件類別為Ⅳ類，屬海水浪濺區(qū)及鹽霧作用區(qū)，潮濕并有嚴(yán)重侵蝕性介質(zhì)作用的環(huán)境。

2閘墩的裂縫成因分析

2.1現(xiàn)場(chǎng)狀況

排澇閘閘墩混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C30，閘墩頂?shù)赘卟?.85m，邊墩厚1m，中墩厚3m，混凝土方量為618m3。于2010年7月4日~10月12日分4次澆筑，采用C30商品混凝土泵送施工。10月29日，在4只閘墩處幾乎同一位置出現(xiàn)垂直裂縫(見(jiàn)下頁(yè)圖)。超聲法裂縫檢測(cè)結(jié)果顯示，裂縫長(zhǎng)2～4m，寬度為0.35～0.45mm，大于沿海海水水位變動(dòng)區(qū)裂縫寬度允許值0.20mm，并貫通閘墩，確定為貫穿裂縫。為保證水閘正常運(yùn)行，該裂縫必須及時(shí)采取補(bǔ)救或處理措施。

裂縫位置示意圖

2.2病因分析

2.2.1設(shè)計(jì)原因

設(shè)計(jì)分析：結(jié)構(gòu)力學(xué)與實(shí)際受力情況相符，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙計(jì)算閘墩部位有效截面配筋率高于最小配筋，結(jié)構(gòu)安全系數(shù)比較高。設(shè)計(jì)圖紙中，保護(hù)層為6cm，滿足海水、鹽霧區(qū)保護(hù)層的最低要求?？v向配置了應(yīng)力鋼筋，但橫向僅僅考慮了構(gòu)造要求，配置了直徑較小的箍筋。閘墩底板結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土超靜定結(jié)構(gòu)，約束作用較大。

2.2.2施工原因

a.閘墩地基為淤泥質(zhì)軟土層，但有長(zhǎng)達(dá)40m的樁基礎(chǔ)和1m厚的底板，保證了地基的承載力和沉降要求。

b.閘墩上部主體房建荷載并未施工，且在施工過(guò)程中無(wú)機(jī)具、材料的堆放，外荷載過(guò)大造成的裂縫因素可排除。

c.閘墩為C30泵送商品混凝土澆筑，配合比為：P.O42.5普通硅酸鹽水泥320kg/m3，水185kg/m3，砂710kg/m3，含泥量1.02%，碎石(5~31.5mm)1060kg/m3，含泥量0.8%，粉煤灰65kg/m3，外加劑6.9kg/m3，總?cè)葜?345kg/m3，坍落度為12±3cm，外加劑為ZWL-A-III型高性能緩凝泵送劑，混凝土各項(xiàng)指標(biāo)均合格。

d.施工中混凝土按照順序分層澆筑，分層距離為1m左右，采用插入式振搗器。第一次于9月14日6:30~16:30進(jìn)行混凝土澆筑，天氣為多云；第二次于9月14日6:30~16:30進(jìn)行混凝土澆筑，天氣為陰；第三次于10月12日12:30~18:30澆筑，天氣為多云；第四次于10月12日12:30~18:30澆筑，天氣為多云。

e.施工中為考慮澆筑強(qiáng)度與鋪蓋面積及安全，避免上升速度過(guò)快，澆筑到3/5高度時(shí)，中間間隔90min后再續(xù)澆。

f.模板拆除及混凝土的養(yǎng)護(hù)：閘墩的拆模時(shí)間均在澆后3d進(jìn)行。拆模后，每天澆水不少于6次，時(shí)間為上午7:30、10:30兩次，中午12:30、14:00兩次，下午15:30、17:30兩次。

2.3診斷

降溫與收縮及其共同作用是引起混凝土開(kāi)裂的最主要的兩個(gè)因素。本文從該工程的實(shí)際情況出發(fā)，來(lái)驗(yàn)算混凝土的溫度變化及其產(chǎn)生的應(yīng)力，從而確定裂縫成因。

2.3.1混凝土溫度的計(jì)算

a.絕熱溫升(水化熱)。

2345)=65.39℃

式中Tmax——絕熱溫升(指四周無(wú)任何散熱條件、無(wú)任何熱損耗的條件下，水泥與水化合產(chǎn)生的反應(yīng)熱(水化熱)全部轉(zhuǎn)化為溫升后的最高溫度,℃)；

W——每m3混凝土的水泥用量，取320kg/m3；

Q——水泥水化熱，28天水化熱為460×103J/kg；

c——混凝土比熱，取0.96×103J/(kg·℃)；

γ——混凝土容重，取2345kg/m3。

b.混凝土中心溫度。

式中Th——混凝土中心溫度,℃；

Tj——混凝土澆筑溫度,℃；

ζ——不同澆筑混凝土塊厚度的溫度系數(shù)，對(duì)1m厚混凝土澆筑3d時(shí)ζ=0.36。

c.混凝土澆筑溫度。

其中A2=Q·t

式中TC——混凝土拌和溫度(與各種材料比熱及初溫度有關(guān)，按多次測(cè)量資料，有日照時(shí)，混凝土拌和溫度比當(dāng)時(shí)溫度高5~7℃，無(wú)日照時(shí)，混凝土拌和溫度比當(dāng)時(shí)溫度高2~3℃，按5℃計(jì)；

TP——混凝土澆筑時(shí)的室外溫度(室外平均溫度以26℃計(jì))；

A1+A2+A3+…+An——溫度損失系數(shù)；

A1——混凝土裝卸，每次A1=0.032(裝車、出料二次數(shù))；

A2——混凝土運(yùn)輸時(shí)溫度損失系數(shù)；

Q——6m3滾動(dòng)式攪拌車其溫升-0.0042℃，混凝土泵送不計(jì)；

t——運(yùn)輸時(shí)間(以min計(jì)算)，從商品混凝土公司到工地約30min；

A3——澆筑過(guò)程中A3=0.003×60=0.18。

Tj=TC+(TP+TC)·(A1+A2+A3+…+An)=31+(26+31)×(0.064-0.126+0.18)=31+57×0.118=37.73℃

則混凝土內(nèi)部中心溫度:Th=Tj+Tmax·ζ=37.73+65.39×0.36 =61.27℃

從混凝土溫度計(jì)算得知,在混凝土澆筑后第三天混凝土內(nèi)部實(shí)際溫升為61.27 ℃,比當(dāng)時(shí)室外溫度(26℃)高出35.27℃。

2.3.2溫度應(yīng)力計(jì)算

a.先驗(yàn)算由溫差和混凝土收縮所產(chǎn)生的溫度應(yīng)力σ。

建立以閘墩中心為零點(diǎn)的空間直角坐標(biāo)系(如上頁(yè)圖)，采用公式[2]：

式中H(t，τ)——松弛系數(shù)，取t=2～20d的平均值0.6；

E——混凝土各齡期時(shí)對(duì)應(yīng)的彈性模量，Et=Ec(1-e-0.9t)，其中e=2.718，自然對(duì)數(shù)的底，t——混凝土齡期(天數(shù))；

Ec——混凝土28天時(shí)C30的彈性模量，Et=3×104MPa；

α——混凝土的線膨脹系數(shù)，取1.0×10-5；

T——結(jié)構(gòu)計(jì)算溫度，前面已述實(shí)際溫升最高Th=61.27 ℃；

μ——彈性變形條件下的系數(shù)，取0.15。

b.表面應(yīng)力。

即當(dāng)y=l時(shí)，σ表= 12.975×2/3=8.65MPa

c.中心應(yīng)力。

即當(dāng)y=0時(shí)，σ中=12.975×(-1/3)=-4.325MPa

2.3.3診斷結(jié)果

a.由溫度應(yīng)力σ的計(jì)算式得知，閘墩從表面至中心的降溫和收縮變化都是按相似拋物線型分布，見(jiàn)裂縫位置示意圖，在混凝土的固結(jié)過(guò)程中，由溫度引起的最大拉應(yīng)力出現(xiàn)在混凝土表面。

b.查《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》表4.1.4得，C30混凝土軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值(σ標(biāo))為2.01MPa[3]，由σ表>σ標(biāo)、σ中<σ標(biāo)得知，每只閘墩兩側(cè)的表面裂縫是由溫度應(yīng)力引起的，兩側(cè)由溫度應(yīng)力引起的裂縫深度范圍約為閘墩厚度的1/3(σ表=σ標(biāo))。

c.夏季外界環(huán)境溫度高，太陽(yáng)光直射強(qiáng)度大，混凝土受陽(yáng)光直射，水分蒸發(fā)快，失水不均勻引起體積收縮變形不均勻。

d.閘墩與底板澆筑間隔60多d，閘墩混凝土澆筑早期，產(chǎn)生大量熱量，混凝土體積不斷膨脹，隨著時(shí)間推移，熱量散發(fā)，混凝土體積產(chǎn)生收縮。閘墩下部受閘底板的超靜定結(jié)構(gòu)已凝固混凝土的約束，產(chǎn)生了較大的拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力超過(guò)其抗拉強(qiáng)度時(shí)，就產(chǎn)生了貫通整個(gè)截面的垂直裂縫。

e.在橫向上只配了直徑較小的構(gòu)造箍筋，無(wú)受拉應(yīng)力鋼筋的存在，降低了整個(gè)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的縱向抗拉性能。

f.在該工程中，養(yǎng)護(hù)是在拆模3d后才開(kāi)始，養(yǎng)護(hù)面也直接受到太陽(yáng)曝曬，如無(wú)任何保護(hù)措施，將導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生干縮裂縫。

3補(bǔ)救措施

混凝土裂縫的修補(bǔ)措施主要有以下一些方法：表面修補(bǔ)法，灌漿、嵌逢封堵法，結(jié)構(gòu)加固法，混凝土置換法，電化學(xué)防護(hù)法以及仿生自愈合法。由于該工程產(chǎn)生的裂縫對(duì)結(jié)構(gòu)的整體性有影響，并且有防滲要求，因此，采用化學(xué)灌漿、嵌逢封堵法修補(bǔ)混凝土裂縫。

a.由于發(fā)現(xiàn)裂縫時(shí)氣溫還未降到最低點(diǎn)，混凝土體積仍有可能持續(xù)產(chǎn)生收縮，裂縫有進(jìn)一步擴(kuò)展的可能，因此修補(bǔ)裂縫的時(shí)間選在次年2～3月，待裂縫發(fā)展基本穩(wěn)定后再處理。

b.灌漿材料采用水溶性聚氨酯HW，它具有良好的親水性能，漿液遇水后先分散乳化，進(jìn)而凝膠固結(jié)；可在潮濕或涌水情況下進(jìn)行灌漿，對(duì)水質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng)，在海水和PH3-13的水中均能固化；固結(jié)體經(jīng)急性毒性試驗(yàn)屬實(shí)際無(wú)毒類；施工工藝簡(jiǎn)便，漿液無(wú)需繁雜配制；有較高的力學(xué)性能，適用于混凝土或基礎(chǔ)的補(bǔ)強(qiáng)加固處理。

c.處理時(shí)，首先在裂縫兩側(cè)鑿6cm寬槽坑(裂縫兩邊各3cm)，槽坑邊緣應(yīng)鑿成1∶1的坡，凈深為3cm，然后對(duì)槽孔先用HK-903聚合物水泥砂漿涂抹一遍作為界面處理。

d.灌漿孔采用預(yù)埋孔徑1.8cm銅管方式，須注意孔口的保護(hù)，避免水泥砂漿充填時(shí)將孔口封閉，灌漿孔自下而上布置，間距50cm，待HK-903聚合物水泥砂漿達(dá)到10d強(qiáng)度后進(jìn)行灌漿處理，并對(duì)灌漿孔進(jìn)行壓水試驗(yàn)，檢查灌漿孔的貫通性。

e.灌漿時(shí)，采用手搖式灌漿泵，灌漿壓力0.2MPa。先進(jìn)行下排灌漿孔灌注，待上排灌漿孔開(kāi)始排漿1min后，可視為結(jié)束并進(jìn)行封孔；之后進(jìn)入上排灌漿孔灌漿，最末排孔以吸漿率小于0.02L/min時(shí)作為結(jié)束灌漿標(biāo)準(zhǔn)；達(dá)到結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)后，在設(shè)計(jì)壓力下繼續(xù)灌漿30min，之后封孔；封孔后將預(yù)埋銅管外露部分切除，并采用HK-903聚合物水泥砂漿抹平封孔。

f.灌漿完成7d后，采用單點(diǎn)壓水試驗(yàn)法進(jìn)行質(zhì)量檢查，壓水檢查壓力為0.3MPa，透水率不大于0.1Lu時(shí)，視為合格。

4結(jié)語(yǔ)

裂縫是混凝土結(jié)構(gòu)中普遍存在的一種現(xiàn)象，其產(chǎn)生的原因很多，在實(shí)際工程中要進(jìn)行認(rèn)真研究，區(qū)別對(duì)待，根據(jù)實(shí)際情況，采用合理的方法進(jìn)行處理。在設(shè)計(jì)與施工中，綜合考慮各種影響因素，采取各種有效措施預(yù)防裂縫的出現(xiàn)，確保構(gòu)造物安全。

參考文獻(xiàn)

[1]戴亞飛,符國(guó)兵.水利工程閘墩裂縫的成因及預(yù)防措施[J].水利建設(shè)與管理，2012(4).

[2]王鐵夢(mèng).工程結(jié)構(gòu)裂縫控制[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1997.

[3]GB 50010-2010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

引洮供水一期工程正式通水試運(yùn)行

2014年12月28日，甘肅人民翹首期盼了半個(gè)多世紀(jì)的“圓夢(mèng)工程”——引洮供水一期工程，在歷時(shí)8年的艱苦鏖戰(zhàn)后，宣告全線正式通水試運(yùn)行，這標(biāo)志著引洮供水一期工程開(kāi)始發(fā)揮效益。

引洮工程是新中國(guó)成立以來(lái)甘肅省水利建設(shè)史上最大的跨流域調(diào)水工程，主要解決以定西、會(huì)寧為代表的甘肅中部干旱地區(qū)5個(gè)市11個(gè)縣(區(qū))、161個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)425萬(wàn)城鄉(xiāng)人口飲水問(wèn)題。

為確保引洮供水一期工程通水運(yùn)行安全，受益縣區(qū)各級(jí)政府和水利部門從2014年11月開(kāi)始對(duì)工程進(jìn)行了為期一個(gè)月的試通水，主要檢驗(yàn)引洮總干渠、干渠、支渠及城市供水管線、地方配套工程(水廠)及管網(wǎng)等水利工程的各項(xiàng)設(shè)計(jì)指標(biāo)和工程質(zhì)量，對(duì)發(fā)現(xiàn)的質(zhì)量缺陷及時(shí)進(jìn)行處理，為正式通水運(yùn)行提供數(shù)據(jù)和運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)。

12月28日上午10時(shí)，隨著通水號(hào)令的下達(dá)，九甸峽水庫(kù)右岸引洮取水口閘門緩緩開(kāi)啟。

清澈的洮河水，從卓尼縣九甸峽水庫(kù)，穿越總干渠18座隧洞，跨越洮河、渭河、祖厲河三大流域，穿越西秦嶺山地、興隆山、馬啣山山地及隴西黃土高原，預(yù)計(jì)29日下午將流入定西市安定區(qū)內(nèi)官水廠，滿載著隴原數(shù)百萬(wàn)人民的期望，流進(jìn)隴原人民的心田，滋潤(rùn)干旱已久的黃土地。

引洮供水一期工程總投資50億元，主體工程包括1條110.47公里長(zhǎng)的總干渠(其中隧洞18座長(zhǎng)96.35公里)，3條總長(zhǎng)146.18公里的干渠，18條總長(zhǎng)236.83公里的支渠，2條總長(zhǎng)47.02公里的縣城以上城市供水專用管線，5個(gè)水廠及管網(wǎng)設(shè)施。

引洮工程建設(shè)牽動(dòng)著全省上下的心，更牽動(dòng)著黨中央、國(guó)務(wù)院領(lǐng)導(dǎo)的心。2013年2月3日，習(xí)近平總書記視察引洮工程，他指出，民生為上、治水為要。要尊重科學(xué)、審慎決策、精心施工，把這項(xiàng)惠及甘肅幾百萬(wàn)人民群眾的圓夢(mèng)工程、民生工程切實(shí)做好，讓老百姓早日喝上干凈甘甜的洮河水。

引洮供水一期主體工程的全面建成，凝結(jié)著甘肅幾代水利人的智慧和汗水，圓了隴原數(shù)百萬(wàn)人民半個(gè)世紀(jì)的期盼和夢(mèng)想，解決了甘肅中部干旱地區(qū)的定西、蘭州、白銀3個(gè)市轄的會(huì)寧、安定、隴西、渭源、臨洮、通渭、榆中7個(gè)縣(區(qū))154.65萬(wàn)人民生產(chǎn)和生活用水問(wèn)題，為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展提供水資源保障，同時(shí)為二期工程早日啟動(dòng)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

來(lái)源：中國(guó)水利網(wǎng)站2014年12月29日

http://www.chinawater.com.cn/newscenter/df/gs/201412/t20141229_365462.html

中圖分類號(hào)：TV662+.2

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1005-4774(2015)02-0064-04

Analysis of Gate Pier Crack Cause and Remedy Measures

JIANG Lei

(JiangxiWaterConservancyInvestmentGroupCo.,Ltd.,Nanchang330096,China)

Abstract：Many concrete structures have cracks at varying degrees and varying forms in the process of construction and use. The crack is a technical problem which has long plagued the engineering and technical personnel. In the paper, engineering practice is combined for analyzing crack causes in gate pier construction process, targeted remedy measures are adopted to provide reference for similar projects.

Keywords：gate pier cracks; cause analysis; remedy measures