倒虹吸结构混凝土裂缝成因及防治措施分析

2015-04-05谭聪睿王庆新单杰王澍

水利水电工程设计 2015年3期

关键词：灌浆墙体底板

谭聪睿王庆新单杰王澍

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

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。

倒虹吸混凝土裂缝温度

1 工程概况

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孔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50 cm的横向预应力钢束（每孔15束），边墙设计有间距50 cm的竖向预应力钢束（每孔11束），中墙设计有间距50 cm的竖向预应力钢束（每孔5束），采用HDPE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。

2 裂缝成因分析

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 m，缝宽小于0.2 mm，缝深一般在2～10 cm。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C10混凝土垫层上，垫层下有50 cm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，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 m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：裂缝底端伸入施工缝以下，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0.3 mm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 mm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 MPa，固化物抗压强度不小于60 MPa。

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1层环氧树脂。

3.3 低压灌浆

对沿裂缝走向5 cm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8～10 cm。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 cm宽的范围内涂抹厚度约2 mm的封口胶。

待封口胶充分固化后，使用BL注入器进行灌浆并确保灌浆饱满。