水利工程混凝土裂缝成因分析及处理措施

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 水利工程混凝土裂缝成因分析及处 理措施 中图分类号：TV 中国论文网 /2/view-12867925.htm 文献标识码： A 文章编号： 摘要：水利工程中的混凝土结构 裂缝普遍存在的一种现象,它的出现不仅 会降低建筑物的抗渗能力,影响建筑物的 使用功能,而且会引起钢筋的锈蚀,混凝 土的碳化,降低材料的耐久性,影响建筑 物的承载能力。本文结合实际工程为例， 对水利工程混凝土裂缝成因分析，并提 出相应的裂缝处理方案及裂缝预防措施。 关键词：水利工程；混凝土裂缝； 成因分析；处理方案；预防措施 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 Abstract: water conservancy project of the concrete structure crack a prevalent phenomenon, it will not only reduce the appearance of the building of the anti-permeability ability, the influence of the building use function, and can cause corrosion of steel, concrete carbonation, reduce the material of durability, the influence of the bearing capacity of the building. Combining with the actual engineering as an example, the water conservancy project concrete cracking reason analysis, and put forward the corresponding treatment scheme and crack crack prevention measures. Keywords: water conservancy projects; Concrete crack; Cause analysis; A plan to deal with; Prevention measures 近代科学研究和大量的混凝土 工程实践证明，在混凝土工程中裂缝问 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 题是不可避免的，在一定的范围内也是 可以接受的，只是要采取有效的措施将 其危害程度控制在一定的范围之内，对 水工建筑物安全是不会产生不良影响的。 钢筋混凝土规范也明确规定：有些结构 在所处的不同条件下，允许存在一定宽 度的裂缝。但在施工中应尽量采取有效 措施控制裂缝产生，使结构尽可能不出 现裂缝或尽量减少裂缝的数量和宽度， 尤其要尽量避免有害裂缝的出现，从而 确保工程质量。 1 混凝土裂缝 某水利枢纽工程，主要建筑物 有水坝段、取水坝段、泄洪闸、电站厂 房和取水泵站等。 汛期后，发现泄洪闸和挡水坝 段出现混凝土裂缝。每孔泄洪闸、坝段 由下部溢流堰和上部闸墩组成，溢流堰 为开敞式平顶堰，上、下游方向长 30.5m，平行坝轴线方向宽 18.6m，溢 流堰体最小厚度为 2.8m，已浇筑混凝土 厚度 2.0m。每个挡水坝段平行坝轴线方 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 向长 16.0 m，上、下游方向底宽约 15.0m，最大坝高约 25.0m，已浇筑混 凝土厚度 10.0m。其中 13 号、14 号泄 洪闸、坝段溢流堰体浇筑层水平面中部 出现垂直坝轴线方向的贯穿性裂缝，缝 长约 30.5m，缝深约 1.0m，缝宽小于 1.0mm。1520 号泄洪闸、坝段堰体距 上游面约 10.0m 处，浇筑层水平面各出 现一条平行坝轴线方向的局部表面裂缝， 裂缝长度约 9.0m，缝深约 0.1m，缝宽 小于 1.0 mm。2830 号挡水坝段各出 现 12 条竖向、垂直坝轴线方向裂缝， 裂缝均位于坝段上游面，缝长约 4.0m， 缝深为 1.0m，缝宽小于 1.0mm。 2 裂缝成因分析 混凝土裂缝成因复杂，多种因 素相互影响，对工程裂缝，从混凝土原 材料、仓面浇筑质量、地基条件和温度 应力等方面进行了分析。 1）原材料及施工质量。采用 PO42.5 级普通硅酸盐水泥，未掺加粉煤 灰和抗裂剂，导致混凝土内部水化热温 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 升过高。混凝土浇筑过程中以振捣代平 仓，漏振；分段浇筑时，接头部位漏振； 混凝土表面局部存在蜂窝、麻面，裂缝 部位混凝土芯样存在骨料分离、胶结不 良、气泡等，影响了混凝土质量，增加 了混凝土开裂的可能性。 2）地基条件。13 号、14 号泄洪 闸、坝段地基处于强风化囊区，强风化 岩软化后易引起坝基不均匀变形。基础 高低起伏很大及岩石有尖角，易引起应 力集中。坝基开挖后，浅表层岩体可能 出现卸荷松弛现象，建基面附近的不均 匀残余变形对混凝土浇筑层产生顶托作 用，混凝土开裂与卸荷松弛变形有一定 关系。坝段基础进行了加密、加深固结 灌浆处理，固结灌浆浆液对浅表基岩中 水平裂隙产生压力充填作用，相对抬升 岩面，沿片岩条带产生垂直向上的不均 匀顶托力，在混凝土表面产生附加拉应 力，固结灌浆是混凝土裂缝产生的诱发 因素。其它坝段建基面以弱风化花岗岩 为主，地基条件较好，裂缝多为局部表 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 面裂缝，所以 13 号、14 号泄洪闸、坝 段的贯穿性裂缝和不良地基条件有很大 关系。 3）温度作用。混凝土的温度变 化，引起混凝土体积变形，如变形受到 地基或内部约束便产生温度应力。当温 度应力为拉应力并超过混凝土的抗拉强 度时，就产生裂缝。浇筑层内部的温度 应力主要受水化热温升控制，表面温度 应力主要受内外温差控制，当表面被上 层混凝土覆盖后，受之影响，拉应力迅 速降低，并转化为压应力。该工程出现 裂缝的坝段浇筑时间在春、夏季，白天 气温较高、昼夜温差大，施工过程中未 采取有效措施降低浇筑温度、减少混凝 土水化热温升，混凝土内部温度过高。 浇筑后拆模时间过早，混凝土表面未进 行保护，汛期停工没有继续向上浇筑新 混凝土。泄洪闸溢流堰体初期浇筑层厚 度为 2m，薄层混凝土受基岩约束也较 大。所以由内外温差和基础温差共同作 用引起的温度拉应力，是导致混凝土裂 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 缝的主要原因。 3 裂缝处理方案 贯穿性裂缝破坏结构的整体性 和稳定性，造成漏水和渗透侵蚀破坏， 危害性严重。上游坝面表面裂缝也会加 剧渗漏，处于基础或老混凝土约束范围 内的表面裂缝，在内部混凝土降温过程 中，可能发展为贯穿性裂缝。处理裂缝 的方法，应根据裂缝深度、部位、将来 的受力条件及当时的施工条件来选定， 本工程采用如下裂缝处理方案： 1）表面裂缝。对于 1520 号泄 洪闸、坝段溢流堰体的平行坝轴线方向 裂缝，延裂缝方向凿断面为上宽下窄的 梯形槽，上口宽 10cm，底部应有一定 的宽度，避免出现新的应力集中点，槽 深不小于缝深，缝上扣直径 20cm 半圆 钢管。在裂缝上方铺设两层限裂钢筋网， 下层钢筋距混凝土面 15 cm，层间距 20cm，主筋为 25 的钢筋，水平间距 15cm，垂直裂缝布置，钢筋长度 4.0m（以裂缝为中心，缝两侧各 2.0m） ； -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 分布筋为 14 的钢筋，间距 20cm，钢 筋网需超过裂缝端部（裂缝发展方向一 端）1.5m。 对于 2830 号挡水坝段垂直坝 轴线方向的顶面裂缝（坝体上游面劈头 缝） ，不凿槽扣管，直接在裂缝上方铺 设两层限裂钢筋网。对于其它上游表面 裂缝处理方法，首先作表面清理，用高 压水枪进行冲洗；然后用水充分浸透基 层混凝土，不得用酸洗；最后涂刷防水 材料，裂缝两侧各 0.25 m、缝两端各延 伸 0.5 m 的范围，涂刷 HK-962 增厚环 氧涂料。 2）贯穿性裂缝。对于 13 号、 14 号泄洪闸、坝段溢流堰体的垂直坝 轴线方向裂缝，采用化学灌浆处理。灌 浆材料选用水溶性聚氨脂（LW，HW 两种） ，该材料具有良好的亲水性，遇 水能均匀地分散乳化，进而凝胶固化。 LW 固结体为水胀性的弹性体，适应变 形能力强、可遇水膨胀，具有弹性止水 和以水止水双重功能；HW 浆液可灌性 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 好、强度高、对潮湿面的粘结力强；补 强加固以 HW 为主，防水堵漏以 LW 为主。考虑到凝胶的固结体需具有一定 的自胀性和强度，采用浆液重量配比为 LWHW=41。化学灌浆采用斜向钻 孔方法，钻孔间距为 40100 cm，具体 尺寸可视现场实际渗漏情况调整。使用 电锤等钻孔工具沿裂缝两侧进行钻孔， 钻头直径为 14mm，孔位距裂缝 1315 cm，钻孔角度在 450600 之间，钻孔 穿透裂缝，一般超过 1020cm。钻孔 完成后采用 0.2MPa 高压水清理表面裂 缝，完毕将冲洗枪头与灌浆嘴连好，采 用高压水灌注，孔内达到饱和状态。进 行化学灌浆时，浆液温度的确定应有利 于延长其凝结时间、降低浆液粘度，并 不得高于 20。灌浆压力对缝宽大于 0.5 mm 的较宽裂缝，采用 0.5 MPa，缝 宽小于 0.5 mm 细裂缝，宜采用较大压 力高压灌浆（压力不大于 1.0 MPa） 。灌 浆压力应逐级升级至设计压力值。灌浆 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 顺序按“由里及表，自下而上，由一端 至另一端”的原则有序进行，以单孔或 多孔并灌的进浆方式进行，灌浆结束标 准为孔内不吸浆后结束。化学灌浆结束 7 d 后，采用压水试验的方法进行灌浆 质量检查，压水检查压力 0.2 MPa，合 格标准为透水率不大于 0.01L/（min m m） 。化学灌浆应在固结及帷幕灌 浆完成后进行，化学灌浆完成后仍延裂 缝铺设两层限裂钢筋网。 4 裂缝预防措施 今后施工期间，为防止和减少 混凝土裂缝的发生，需从结构设计、原 材料选用和施工温度控制等方面采取措 施。 1）结构方面。泄洪闸、坝段溢 流堰下游侧堰体厚度较薄，而堰体长度 较大，承受外部荷载、基础约束和温度 作用等，是裂缝易发生部位。为限制堰 面混凝土裂缝，在下游侧堰面垂直坝轴 线方向布置 3 层限裂钢筋，主筋为 25 的钢筋，钢筋长度 12m，水平间距 15 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 11 cm，层间距 30 cm，分布筋为 20 的钢 筋，间距可适当放宽。另外，在堰体中 间部位预留 1.5 m 宽槽，上下游侧的混 凝土分别进行浇筑，待两侧混凝土温度 稳定后，再采用微膨胀混凝土进行回填， 同时将两侧预留的钢筋焊接在一起。 2）材料方面。合理选择原材料， 优化混凝土配合比，可使混凝土具有较 高的抗裂能力。 泄洪闸、堰体选用水化热较低 的 PHM42.5 级中热硅酸盐水泥，降低 混凝土的水化热温升。 混凝土配合比采用三级配，最 大骨料粒径为 80 mm，可有效降低混凝 土的绝热温升。 掺加粉煤灰可以降低水泥用量， 从而有效降低水化热的峰值温度，推迟 水化热温峰的出现时间。 掺用抗裂（膨胀）剂不仅能补 偿混凝土的收缩，而且能降低 10%15%左 右的水化热，更重要的是能降低混凝土 的综合温差，使混凝土内部温度与环境 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 12 温度控制在 25 以内，避免混凝土由 于温差过大而产生裂缝。泄洪闸、堰体 混凝土中添加具有后期膨胀补偿作用的 抗裂剂，具体掺量经配合比试验后择优 确定，收缩混凝土技术指标要求：水中 14 d 限制膨胀率不小于 1.510-4；空气 中 28 d 限制干缩率不大于 3.010-4。 3）温控方面。施工过程中合理 进行温度控制，可有效减少由温度作用 产生的混凝土裂缝。 坝体约束区及上部混凝土的最 高允许浇筑温度。泄洪闸、坝段基础允 许温差取为 2326 ，基础区的稳定 温度取为坝址区多年平均气温 8，最 高允许浇筑温度为基础温差和该部位稳 定温度之和，即最高允许温度为 3134 。 上下层温差：根据规范的建议 及其它工程经验，结合该工程的具体情 况，确定上下层温差不得大于 17 。 越冬混凝土表面保温。内外温 差是引起混凝土表面裂缝的主要原因， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 13 必须对越冬混凝土进行表面保温防护。 保温材料选用聚苯乙烯泡沫塑料板，材 料厚度按照混凝土重力坝设计规范 附录 F.3 公式计算，约为 50 mm。根据 计算结果看，所需保温材料较薄，但根 据已建的几座混凝土坝的施工经验看， 按照计算结果所采用的保温材料厚度不 能完全满足抗裂要求，所以，为确保大 坝的越冬安全，参照其他工程经验，保 温材料厚度取为 100 mm。