水工建筑裂缝成因及加固对策

水工 建筑裂 缝成因 及加固 对策 袁华 堂贵阳 市息烽 县水利 局摘要 ： 在水 利水电 工程施 工中 ， 混凝 土是工 程中使 用最普 遍 、 用量 最广泛 的一种混合 材料。 虽然使 用率高 ，但混 凝土均 匀性差 ，离散 性大， 特别容 易产生 裂缝 。本文 对水工 建筑混 凝土裂 缝产生 的因素 进行分 析 ， 并提 出加固 对策 ， 供同 行参考 。关键 词：水 工建筑 ；裂缝 因素； 加固对 策 一、 水工混 凝土裂 缝产生 的因素按裂 缝产生 的原因 划分有 ：由外 荷载 (包括 施工和 使用阶 段的静 荷载、 动荷载 )引起 的裂缝 ；由变 形 (包括 温度、 湿度、 变形、 不均匀 沉降等 )引起 的裂缝 ；由施 工操作 (如制 作、脱 模养护 、堆放 、运输 、吊装 等 )引起 的裂缝 。水工 建筑物 产生裂 缝因素 有以下 几种：大体 积混凝 土水化 时产生 的大量 水化热 得不到 散发 ， 导致 混凝土 内外温 差较大， 使混凝 土的形 变超过 极限引 起裂缝 。混凝 土在硬 化的过 程中， 由于干 缩引起 的体积 变形受 到约束 时产生 的裂缝 ，这种 裂缝的 宽度有 时会很 大 ， 甚至 会贯穿 整个构 件 ， 在厚 度较大 的构件 中 ， 由于混凝 土的塑 性塌落 引起的 裂缝。 当有 约束时 ，混凝 土热涨 冷缩所 产生的 体积涨 缩，因 为受约 束力的 限制 ， 在内部 产生了 温度应 力，由 于混凝 土抗拉 强度低 ，容易 被温度 引起的 拉应力 拉裂 ，从而 产生温 度裂缝 ，由于 太阳暴 晒产生 裂缝也 是工程 中最常 见的现 象。混凝 土加水 拌和后 ，水泥 中的碱 性物质 与活性 骨料中 活性氧 化硅等 起反应 ，析出 的胶状 碱 硅胶 从周围 介质中 吸水膨 涨 ， 体积 增大三 倍 ， 从而 使混凝 土涨裂产生 裂缝 。 在炎 热的大 风天气 ， 混凝 土表面 蒸发较 过快 ， 造成 混凝土 内部水 化热过高 ，在混 凝土浇 筑数小 时仍处 于塑性 状态， 易产生 塑性收 缩裂缝 。构件 超载产 生的裂 缝 ， 例如 ： 构件 在超出 设计的 均布荷 载或集 中荷载 作用下产生 内力弯 矩 ， 出现 垂直于 构件纵 轴的裂 缝 ， 构件 在较大 剪力作 用下 ， 产生 斜裂缝 ， 并向 上下延 伸 ， 当结 构的基 础出现 不均匀 沉陷 ， 就有 可能会 产生裂 缝 ， 随着沉陷 的进一 步发展 ，裂缝 会进一 步扩大 。当钢 筋混凝 土处于 不利环 境中 ， 例如 ： 侵蚀 性水 ， 由于 混凝土 保护层 厚度有限 ， 特别 是当混 凝土密 实性不 良 ， 环境 中的氯 离子等 和溶于 水中的 氧会使 混凝土中的 钢筋生 锈 ， 生成 氧化铁 ， 氧化 铁的体 积比原 来金属 的体积 大得多 ， 铁锈 体积膨胀 ，对周 围混凝 土挤压 ，使混 凝土胀 裂。二、 混凝土 裂缝产 生的危 害 混凝 土裂缝 将对混 凝土结 构产生 严重危 害 ， 贯穿 裂缝和 深层裂 缝会破 坏混凝土结 构的整 体性 ， 从而 改变混 凝土的 受力条 件 ， 有使 局部甚 至整体 结构发 生破坏的可 能 ， 严重 影响建 筑物的 质量和 安全 。 混凝 土表面 的早期 裂缝在 以后气 温骤降形成 的温度 应力和 外力作 用下 ， 表面 裂缝极 有可能 发展成 为具有 破坏性 的贯穿 裂缝和 深层裂 缝。因 此严格 控制混 凝土表 面早期 裂缝的 产生就 显得尤 为重要 。三、 加固对 策分析 1高 压喷射 灌浆技 术在堤 坝防渗 工程中 ， 高压 喷射灌 浆技术 与常规 砼防渗 墙相比 ， 可不 同程度 地降低 工程造 价 ， 具有 开挖量 小 、 施工 方便 、 占地 少 、 对临 近建筑 物影响 小等特 点 。此项 技术很 大程度 地提高 了江 、 河 、 湖 、 库渠 的堤坝 防渗抗 灾能力 ， 减轻 防洪压力 ， 对保 障人民 生命财 产安全 以及社 会经济 发展将 起到积 极的作 用 ， 其社 会效益是十 分明显 的。1.1 钻孔泥浆 固壁回 转 （ 或冲 击 ） 钻进 。 造孔 过程中 做好充 填堵漏 ， 使孔 内泥浆 保持正常 循环， 返出孔 外，直 至终孔 ；跟管 钻进。 边钻进 边跟入 套管， 直至终 孔 。 钻进时 应注意 保证钻 机垂直 ，偏斜 率宜 1； 下入喷 射杆泥 浆固壁 的钻孔 可以将喷射 杆直接 下入孔 内，直 至孔底 。 1.2高压 喷射灌 浆施工 工艺施工 中所用 技术参 数因使 用高喷 的方法 不同而 不同。 所用的 灌浆压 力不同 ，提升 速度也 有差异 。对各 类地层 而言， 若使用 同一种 施工方 法则水 压、气 压 、 浆压的 变化不 大 ， 唯有 提升速 度变化 较大 ， 是影 响高喷 质量的 主要因 素 。 一般 情况下 ， 确定 提升速 度应注 意下列 几个问 题 ： 因地 层而异 ， 在砂 层中提 升速度 可稍快 ，砂 卵（ 砾 ）石 层 中应 放 慢些 ， 含有 大 粒径 （ 40cm以 上） 块 石或 块 石比 较 集中 的地层 应更慢 ；因分 序而异 。先序 孔提升 速度可 稍慢， 后序孔 相对来 讲可稍 快 ； 高喷施 工中发 现孔内 返浆量 减少时 宜放慢 提升速 度。 1） 墙体 位置的 确定 。 根据 设计要 求平整 好场地 ， 要求 场地内 地下无 障碍物 ，对某 些作业 地基软 ， 不平 整 ， 有可 能引起 整机翻 倒引起 的事故 的地段 ， 一定 要采取防 范措施 ，在平 整场地 上对墙 体中心 线进行 测量定 位。2）喷 墙管理 。应控 制好掘 进速度 和灌浆 压力、 提升速 度，送 气量的 大小应使浆 液成沸 腾状为 宜 。 灌浆 阶段浆 液不能 发生离 析和不 允许发 生断浆 现象 ， 保证墙体 均匀， 无夹心 层，若 发生管 道堵塞 或因故 短暂停 机，应 迅速抢 修。 2一 般灌浆 治漏加 固技术2 1灌浆 治漏加 固技术 简介1）坝 体坝基 帷幕灌 浆；主 要充填 漏洞和 缝隙， 防渗裁 漏，通 过灌浆 加固，形成 防渗体 。此方 法适用 于浆砌 石重力 坝。 2）坝 上游面 固结灌 浆；堵 塞漏洞 和缝隙 ，加固 补强坝 体和提 高防渗 性能，以进 一步提 高坝体 的承载 能力和 完整性 。 3）坝 下游面 追踪固 结灌浆 ；在下 游坝面 有漏水 或溶蚀 物出逸 的地方 ，造成水平 孔或斜 孔 ， 埋注 浆管进 行灌浆 ， 以堵 塞漏水 通道和 坝体空 洞 、 裂缝 ， 加固 坝体 ， 增加 坝面稳 定性和 抗冲刷 能力 。 这种 反向灌 浆工艺 ， 非常 适合拱 坝和支 墩坝工程 ， 对重 力坝工 程只有 搞清扬 压力并 设排水 孔也可 采用 。 采用 这种方 法时最 好是坝 前无水 。4）坝 面重新 剔勾缝 ；剔缝 后，用 高标号 水泥砂 浆干硬 性预缩 水泥砂 浆或用防水 材料配 制高标 号水泥 砂浆勾 缝 ， 提高 坝面防 渗漏能 力及坝 体稳定 性 、 整体 性和抗 冻融 、 抗风 浪淘刷 能力 。 此方 法即 “ 前堵 、 中截 、 后追 踪 ” 灌浆 治漏加 固法 。2.2灌浆 治漏加 固技术 布孔和 造孔应 遵循的 原则1） 帷幕 灌浆布 孔 ， 在漏 水坝段 沿坝顶 中心线 ， 以孔 距 3m、 孔径 50mm或 75mm为 宜， 或 根据 试 验确 定 孔距 。 孔深 钻 至漏 水 部位 以 下 1-2m， 如接 触 带或 基 岩漏水 ，钻 孔 可钻 至 不透 水 基岩 以 下 1-2m。 造孔 可 一次 性 造孔 ， 也可 分 序造 孔 ，破碎地 带上下 分段造 孔、分 段海浆 ，同时 在浆体 凝固 5-7天后 ，再继 续向下 钻孔 ，以防 止卡钻 、 埋钻 事故发 生 。 坝体 与基岩 接触部 位和坝 基灌浆 ， 也可 采取在 上游坝脚 打斜孔 或垂直 孔灌浆 堵漏， 但造孔 前应先 清基， 在坝脚 浇筑 0.3-0.5m厚混凝土 ,待凝 固后再 打孔 。 垂直 或倾角 小于 5的帷 幕灌浆 孔 ， 其孔 向的偏 差值不 得大于 规定值 。2） 坝上 游固结 灌浆布 孔 ； 在漏 水部位 呈 “ 梅花 ” 型 ， 钻孔 间距和 排距 13m为宜 ， 根据 漏水情 况确定 ， 钻孔 位置选 在砌石 “ 丁 ” 缝中 ； 在裂 缝部位 ， 可沿 裂缝每 1m布设 一孔。 孔径为 42mm，孔 深 0.7-1.5m，根 据坝体 实际情 况确定 。3） 坝下 游面追 踪固结 灌浆布 孔 ； 在裂 缝部位 沿缝隙 每 1m布一 孔 ； 在其 它渗水部 位，按 照 “ 梅花 ” 型布 孔，排 距和孔 距 2-3m为宜 。3.截渗 墙技术截渗 墙为临 河截渗 。 其作 用是加 固堤防 ， 降低 大堤浸 润线出 逸点 ， 确保 大堤安全 。截渗 墙技术 分为两 种 ： 一种 是水泥 土截渗 墙其造 价最低 ； 一种 是混凝 土截渗墙， 其造价 较水泥 土截渗 墙略高 。混凝 土截渗 墙是在 地面上 进行开 槽（造 孔 ） 施工 ， 在地 基中以 泥浆固 壁 ， 开凿 成槽形 孔或连 锁桩柱 孔 ， 回填 防渗材 料 ， 筑成 具有防 渗性能 的地下 连续墙 。 水泥 土搅拌 桩截渗 技术是 利用多 头 、 小直 径深层 搅拌机具 把水泥 浆喷入 土体并 搅拌形 成水泥 土 ， 以水 泥为固 化剂 ， 固化 剂和土 体之间发生 物理化 学反应 ， 使土 体固结 成具有 良好整 体性 、 稳定 性 、 不透 水性 ， 并具 有一定 强度的 水泥土 截渗墙 ，以达 到截渗 的目的 。 优点 ：工程 造价低 ，占地 少，施 工进度 快缺点 ：截渗 墙为地 下隐蔽 工程， 施工工 艺复杂 ，技术 要求高 ，特别 是在地 基土层 复杂时 ， 施工 中容易 出现意 想不到 的问题 ， 造成 施工中 断 。 混凝 土截渗 墙还容易 出现槽 壁坍塌 、 漏浆 、 墙体 接缝有 泥皮夹 层 、 墙体 槽间横 向倾斜