倒虹吸结构混凝土裂缝成因及防治措施分析.pdf

． 2 6 水 利 水 电 工 程 设 计D WR HE 2 0 1 5年 第 3 4卷 第 3期 倒虹吸结构混凝土裂缝成因及防治措施分析 谭聪睿 王庆新 单 杰 王 澍 摘 要 以南沙河倒虹吸工程 中的混凝 土裂缝为例 ，对混凝土裂缝 的成 因进行 了研 究，提 出了切 实可行的裂缝处理 方案．并对 下一步施工 中需要采取 的预 防措施进行 了分析。 关 键 词 倒 虹 吸 混凝 土 裂缝 温度 中图分类号T V 5 2 3 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 7 6 9 8 0 2 0 1 5 0 3 0 0 2 6 0 2 1 工 程 概 况 2裂缝 成 因 分 析 南沙河倒 虹 吸位 于河北省邢 台市 与沙河 市 ， 是南水北调 中线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组成 ．其 中南段 和北段倒虹 吸分别 由进 口渐变段 、进 口检修 闸 、 管身 、出 口节制闸 或检修 闸 、出口渐变段 5部分 组成。倒虹吸进 出口检修闸均为开敞式钢筋混凝 土整体结构 ，进 出口检修 门库均布置在 闸室两侧 ， 为地下结构 倒虹吸管身段为 3孑 L 一联 双向预应 力混凝土箱涵结构 ．分底板 、墙体与顶 板 2次浇 筑成型．底板和顶板均设计有间距 5 0 c m的横 向预 应力钢束 每孔 l 5束 ，边墙设计有间距 5 0 c m的 竖 向预应力钢束 每孑 L 1 1 束 ，中墙设计有间距 5 0 c m的竖向预应力钢束 每孔 5柬 ，采用 H D P E塑 料波纹管成孔 ，采用后张法预应力张拉施 工工艺。 预应力施工 完成后 ．经对 浇筑完成 的混凝土结构 进行排查 ，发现中墙及边墙上均有裂缝生成。 通过现场裂缝检查及裂缝产状分析 ，发 现裂 缝 状 况 为竖 向裂 缝 ．一 般 产 生 在 墙 体 中部 、施 工 缝 以上 0 _ 3 ～ 4 n l ，缝宽小于 0 ． 2 mm，缝 深一般在 2 ～ 1 0 c m。经分析，管身段混凝土裂缝产生的主要 因素是温度 ，具体成因如下 1 洞 口封闭不及时 ，春秋季节大风导致混 凝土表 面产生温度裂缝 。这类裂缝大多发生在拆 模 以后 ，裂缝 细且杂乱无 章 ．没有 明显 的走 向 ， 一 般产生在施工缝 以上第二块模板 。后期洞 口封 闭之后 。裂缝不再产生。 2 夏 冬 季 浇 筑 混 凝 土温 度 变 形 与 结 构 自身 变形 不 协 调 。就 南 沙 河 倒 虹 吸北 段 预 应 力 管 身 而 言 ．倒虹吸管身坐落在 C 1 0混凝土垫层上 ，垫层 下有 5 0 c m 厚 碎 石 垫 层 ，整 个 预 应 力 混 凝 土 管 身 块体可近似认为是一个 自由体 ，其外力约束可 以 近似不计 。但是 ，就倒虹 吸管身块 体 内部 而言 ， Mb x ／ 1 2 2 1 ／ 2 0 6 2 6 5 8 5 0 0 0 0 o 2 2 1 ． 5 ／ 3 11 5． 4 mm 3 ． 4 ． 2 竖 向贯通误差估算 根据公式 V ／ 6 m m 按 照 三 等 水 准 估 算 1 0 m m 按照 四等水准估算 mh -* - Ma V 2 3 9 ． 8 7 6 按照三等水准估算 所以 ，采用三等水准可 以满足竖向贯通误差 的要求 。 5 结语 通 过 以上 估算 ，测 角 1 ． 0 ” ，按 照标 称 精 度 1 mm 1 ．5 p p m全 站仪估算 ，导 线边长 采用 4 0 0 m，理论 贯通 误差 为 1 6 7 m m，所 用仪器及洞 内控制网布设 三等导线 能够满 足 贯通要求 。高程采用 三等水准 测量 ，同时按技术要 求和规 范严格施测 ．能够在规定 限差要求下正确贯通 。 作者简介 顾 宏 男 工程 师 中水北 方勘测设 计研究有 限责任 公 司 天 津3 0 0 2 2 2 韩鹏 程 男 助理 工程 师 中水北 方勘 测设计研 究有 限责 任 公 司 天 津3 0 0 2 2 2 李熙乾 男 助理 工程 师 中水北 方勘测设计 研究有 限责 任 公 司 天 津3 0 0 2 2 2 收稿 日期2 01 5 0 5 2 8 谭聪睿等 倒 虹 吸结 构 混 凝 土 裂 缝 成 因 及 防 治 措 施 分 析 2 7 由于底板混凝土跟顶板混凝土属于分次浇筑 ，因 此 ．底板混凝土在顶板混凝土浇筑初期 ，可 以看 作是顶板混凝土 的约束端 ，对顶板混凝土温度应 力具有 约束作用 。这种作用产生 的裂缝一般 出现 在顶板混凝土发育早期 ，大多在拆模后能够立 即 发现 ，其产状大致为 裂缝底端靠 近底板混凝土 ， 裂缝呈 直线型 ，且发 育连续 ，长度 在 1 r n左右 ， 后期随着时间增 长有所增长 。顶板混凝土达 到设 计强度 以后 ．顶板混凝土与底板混凝土结合 为一 体 ．这 时受混凝土水 化热影 响及 内外温 差影 响 ， 混凝土继续发生 变形 。但是 由于混凝土块体 内部 的钢 筋 在 一 定 程 度 上 限 制 了混 凝 土 的 自 由变 形 ， 于 是 便 又 形成 了新 的裂 缝 。这 类 裂 缝 大 致 发 生 在 混凝土拆模 3个 月以后 ，其产状 大致 为 裂缝底 端伸人施工缝 以下 ，裂缝呈直线型 ，且发育连续 ， 裂缝 也较 长 ，大 多在 2 m 以上 ，开 口较 宽 。 3 管身 内外温差大 ，引起开裂 。根据 以往 工程经验 ，钢筋混凝 土倒虹 吸管 ，内表 面水温很 低 ，外表面经太 阳暴 晒温度会相对较高 ，管壁 的 内表 面 就 可 能产 生 裂缝 。南 沙 河 倒 虹 吸数 属 3孔 一 联式预应力倒虹吸 ．春夏秋 3个 季节受太 阳暴 晒影 响，外表面温度相对较高 ，内表面温度 相对 较低 ，在 内表面产生 了拉应力 ，是裂缝 产生的又 一 个原 因。 4 塑性坍落 。混凝土塑性坍落发生在混凝 土浇 筑后 的初期 。这 时混凝 土还处在 塑性状态 ， 如果混凝土出现泌水现象 ，在 振捣作用下混合料 中的固体颗粒有 向 内移动而浆 液外 泛的倾 向 ，当 这种移动受到钢筋骨架或者模 板的约束 时 ，就会 产 生 沿 钢 筋 长 度 方 向的顺 筋 裂 缝 。 这类 裂 缝 大 多 具有一个特点 ，就是裂缝缝 口有 白色析出物 。并 伴有 细微渗水 ，渗水 越多 白色析 出物 堆积越厚 ， 渗 水 经 过 数个 月 之 后会 消失 。但 当 空气 比较 潮 湿 时 。白色析出物附近又会重新出现渗水。 3处 理 方 案 根据 南 水 北 调 中线 混 凝 土 结 构 质 量 缺 陷 及 裂缝处理技术规定 试行 ， I类裂缝可采用表面 涂 刷 、缝 口凿 槽 嵌 缝 方 法 处 理 ， Ⅱ类 裂缝 可 采 用 喷涂法 、粘贴法 、充填法和灌浆法处理。根据 以 往 的裂 缝 处 理 经 验 。对 于 I 类 裂 缝 采 用 表 面 法 处 理 对 于 Ⅱ类 裂缝 ，缝宽 小 于 O ． 3 m m 的裂 缝 采 用 喷涂 法 处理 ，缝宽 大 于 0 ． 3 mm 的裂 缝 采用 低 压 灌 浆 法进 行处 理 。 3 ． 1 修 补材料 修补材料采用在工程裂缝处理 中已得到广泛 应用 的环氧树脂 裂缝灌浆料 ，环氧树脂裂缝灌浆 料 由A、B两种组分组成 ，具有环氧树脂的传统特 性 ，可处理 0 ． 1 m m 以下裂缝 ，可操作时间长 ，固 化 收 缩率 小 。 固化 物粘 结 强度 不小 于 2 ． 4 MP a ，固 化 物抗 压强 度不 小 于 6 0 MP a 。 3 - 2 表 面处 理 用钢刷将缝 口周边混凝土基 面清理 干净 ，先 涂刷 1 层环氧基液 ，然后再涂刷 l 层环氧树脂。 3 ． 3低 压灌 浆 对 沿 裂缝 走 向 5 c m 范 围内 的混 凝 土表 面 进 行 清理 ，清除混凝土表面杂物 。混凝土表面质量不 良、缝两侧有较多细微龟裂 的部位 ，要清理至 8 ～ 1 0 c m。凿除裂缝两侧疏松 的混凝土块和砂粒 ，露 出坚实 的混凝土表面 。将混凝土表面浮尘清除干 净并彻底晾干。 混 凝 土表 面彻 底 清 洁及 干 燥 后 ，分 别 取 缝 口 胶 的 2种成 分 ，按 照主 剂 硬 化剂 为 7 3 重 量 比 的 比例 ，并充分拌制后注入裂缝中心 。沿裂缝走向 5 c m宽的范围内涂抹厚度约 2 mm的封 IS l 胶。 待封 口胶充分固化后 ，使用 B L注入器进行灌 浆并 确保 灌浆 饱满 。 4 预防措施 1 在保证 混凝 土设计强度 的前提下 ，优化 混凝 土配合 比，根据实 际情况适 当调整外加剂掺 量及 骨料 比例 ，减少用水量及胶凝材料用量 。坍 落度尽量采用低限，墙体坍落度小于顶板坍落度 2 c m。 2 缩短底 板与墙体 浇筑 间歇 时间 ，管身墙 体与顶板宜分仓浇筑。 3 进一 步加强混凝 土温控措施 ，如 墙体 模 板 外贴保 温 板和 在墙 体 中下部 埋设冷 却水 管 。 作者简 介 谭聪睿 女 工程 师 中水北方 勘测设计研 究有 限责任公 司 天 津3 0 0 2 2 2 王庆 新 男 高级 工程 师 中水北方勘测 设计研 究有 限责 任 公 司 天 津3 0 0 2 2 2 单 杰 男 工程 师 中水北方勘 测设计研 究有 限责任 公 司 天 津3 0 0 2 2 2 王 澍 男 助理工程 师 中水 北方勘测设 计研究有 限责 任 公 司 天 津3 0 0 2 2 2 收 稿 日期 2 0 1 5 0 5 2 8