工程事故分析与工程安全ch14_W

1、第 14 章工程结构裂缝处理方法教学提示：本教材的重点是工程事故分析而不是工程结构加固，所以本章的重点也只是一般性的结构裂缝封闭处理，旨在提高结构的耐久性，不涉及工程结构加固问题，着重介绍了一些裂缝处理的技术操作方法。 教学要求：裂缝封闭处理是一种劳动强度不高而技术要求很高的劳动实践。为了加强理论与实践的结合，最好提倡学生亲自动手体验一下。 钢筋混凝土在框架结构中是主要的承重构件，混凝土工程质量的好坏，决定了结构的物理力学性能的好坏，对结构的稳定性与整个工程安全具有最直接的影响。混凝土工程质量不过关，就有可能对结构造成 性的后果。而混凝土总是存在这样的或那样的病害， 病害产生的原因来自多方面：

2、混凝土的水化作用、工程施工的不当、混凝土构造物使用环境的恶化以及建筑结构承载力的变化，这些均可使混凝土产生各种各样的病害。其中，裂缝病害约占 70%以上，裂缝的扩展在局部形成应力集中，使混凝土强度降低、结构承载力下降，成为造成建筑物事故的重要原因。裂缝问题严重影响混凝土建筑物的寿命，以致每年要耗费巨资对钢筋混凝土工程进行修补与加固。 14.1 钢筋混凝土结构裂缝处理方法钢筋混凝土裂缝处理方法有下列几种。 (1) 表面修补。常用的方法有压实抹平、涂抹环氧树脂胶粘剂、喷涂水泥砂浆或细石混凝土、压抹环氧胶泥、环氧树脂粘贴玻璃丝布、增加整体面层、钢锚栓缝合等。 (2) 局部修复法。常用的有充填法、部分

3、凿除重新浇筑混凝土等。 (3) 水泥压力灌浆法。适用于缝宽大于 0.5mm 的稳定裂缝。 (4) 化学灌浆。可灌入缝宽大于 0.05mm 的裂缝。 (5) 减小框架结构内力。常用的方法有卸载或控制荷载、设置卸荷结构、增设支点或支撑、改简支梁为连续梁等。 (6) 框架结构补强。常用的方法有增加钢筋、加厚板、外包钢筋混凝土、外包钢、粘贴钢板、预应力补强体系等。 (7) 改变框架结构方案，加强整体刚度。例如，框架裂缝采用增设隔板深梁法处理。 (8) 其他方法。如拆除重做、改善框架结构使用条件，通过试验或分析论证不处理等。在选择裂缝处理方法时应考虑如下一些因素：裂缝性质、大小、位置、环境、处理目 的以

4、及结构受力情况和使用情况等。对框架结构裂缝处理方法的选择可参照表 14-1 进行。 第 14 章工程结构裂缝处理方法139表 14-1 裂缝处理方法选择分类处理方法表面修补局部修补灌浆减小内力结构补强水泥化学裂缝性质 温度收缩荷载 地基变形 裂缝宽度(mm)0.1 0.10.50.5 处理目的 美 观防渗漏耐久性 承载能力 注：较常用；较少用；应与表面修补配合使用。 14.2 用化学灌浆法处理结构裂缝化学灌浆就是用压送设备将化学材料配制的浆液灌入混凝土构件的裂缝内，使其扩散、固化。固化后的化学浆液具有较高的粘结强度，与混凝土能较好地粘结，从而增强了构件的整体性，使构件恢复使用功能，提高耐久性，

5、达到防锈补强的目的。 用于结构修补的化学浆液主要有两类：一类是环氧树脂浆液；另一类是甲基丙烯酸甲酯液(简称甲凝)。用于防渗堵漏的化学浆液主要有水玻璃、丙烯酰胺、聚氨酯、丙烯酸盐等。这些材料可充填缝隙，使之不透水并增加强度。 14.2.1 灌浆材料的选用及配方1. 灌浆材料的选用 用于结构修补的灌浆材料，可根据裂缝的宽度、深度的不同，按以下方法选用。 (1) 对于宽度小于0.3mm的细而深的裂缝，宜采用可灌性较好的甲凝或低粘度的环氧树脂浆液灌注补强。 (2) 当裂缝宽度大于 1.0mm 时，宜用微膨胀水泥砂浆液修补。 (3) 对宽度为 0.3mm1.0mm 的裂缝，宜采用收缩性较小的环氧树脂浆液

6、灌注补强。 2. 浆液配方及使用条件 浆液配方由浆液的用途及使用条件而定。下面分别介绍几种常用的环氧树脂浆液、甲凝的配方及其使用性能。 139 1) 环氧树脂液 混凝土结构加固技术规范所建议使用的环氧树脂浆液配方见表 14-2。 表 14-2 加固规范推荐的浆液配方及其性能材料名称规格配合比(重量比)配方 1配方 2配方 3配方 4配方 5环氧树脂 6101 号或 634 号 100100100100100糠醛 工业 2025 5050 工业 2025 6060邻苯二甲酸二丁酯 工业 10 甲苯 工业 3040 50 苯酚 工业 10乙二胺 工业 81015258102020使用性能 1天后固

7、化， 流动稍差 2 天后为弹性体，流动性较好 4 天后为弹性体，流动性较好 6 天后为弹性体，流动性较好 7 天后为弹性体，流动性较好 从表 14-2 可以发现，各种添加剂的掺加比例对环氧树脂浆液的性能和使用功能都有较大的影响。在工程中，应该根据不同情况选用不同的配方。 2) 甲基丙烯酸甲酯浆液(简称甲凝)甲凝能灌入 0.05mm 的细微裂缝中，当水坝、水池一类的建(构)筑物出现裂缝时，用甲凝进行修复补强是非常有效的。加固规范推荐的配方见表 14-3。 表 14-3 加固规范推荐的甲凝配方材料名称代号配合比(重量比)配方 1配方 2配方 3甲基丙烯甲酯 MMA100100100醋酸乙烯 18

8、015丙烯酸 10010过氧化二苯甲酸 BPO1.51.011.5对甲苯亚磺酸 TSA1.01.02.00.51.0二甲基苯胺 DMA1.00.51.00.51.514.2.2 灌浆方法及设备目前，常用的灌浆方法分手动和机械两类，近年来国外已有自动灌浆法。 1. 手动灌浆施工法 手动灌浆工具是油脂枪，枪筒可装 200mL 以下的浆液。操作时将配制好的浆液装入枪 第 14 章工程结构裂缝处理方法145筒，枪头与灌浆嘴(盒)相接，扳动操纵杆即可把浆液压入缝中。施工时可任意调节灌注压力。当用强力板压杠杆时，枪端最大压力达 20MPa。这样大的压力，即使膏糊也可注入。手动法所用的工具少，机动灵活，当裂

9、缝不多，灌浆量不大时，适宜采用此法。 2. 机动灌浆施工法 机动灌浆是一种靠泵连续压浆的机械施工方法。它所需要的机具包括：灌浆泵、管、灌浆嘴。目前市场上的化学灌浆泵主要有： HGB 型，其排浆流量调节范围为 0L/min 6.4L/min； 2MJ-3/40 型隔膜计量泵，其精度高，既适用于化学灌浆，又适用于水泥灌浆， 流量调节范围为 0L/min3L/min； JN-4 型化学灌浆泵，可用于甲凝灌浆，最大流量为2.8L/min。压浆筒可自制，其容量根据工程上耗浆量的大小自行决定。 目前，国外多采用双组分灌浆泵，即环氧浆液按环氧树脂及硬化剂两种组份分别装在两个容器内。灌浆时，按所要求的比例自动

10、混合，形成可固化的浆液，灌入缝内。 14.2.3 安全技术及注意事项环氧树脂和甲凝的组成材料大多数，人体健康，并且污染环境；有的还易燃、易爆。施工过程中如果不加以注意，则很可能危及施工人员的安全。这些物质可通过接触、呼吸及消化道等途径进入人体而引起中毒；更应该注意的是，有些毒性反应在短时期内并不明显，但经过长期的积累中毒后，将对人体造成严重伤害。因此，必须从安全教育、材料管理、现场施工组织管理、劳动保护、防火、防爆等几方面采取切实可行的措施， 以确保施工人员的安全和环境免受污染。 1. 安全教育 加强对全体施工人员(包括贮运人员)的业务培训和安全教育，充分认识化学灌浆材料的毒性及性，并且熟悉、

11、掌握各种安全技术和防护措施。 2. 材料管理中的安全技术 对性和刺激性的挥发性材料，应有专人负责，将其密封贮存在阴凉通风的室内。 、甲苯等易燃易爆材料，应贮存在远离施工现场处。 3. 施工现场的安全技术 施工现场应采取有效的通风设施，如施工地点在地下或井下，更应设置足够的排风设备，将 气体排出现场，并引入新鲜空气。施工结束后，余下的废料都应妥善处理，防止污染环境。 4. 劳动保护 (1) 施工人员应穿戴防护服、橡胶或乳胶手套、专用臂套、防护口罩以及防护眼镜等劳保用品，并应在浆液的上风位置工作。室内试验应在通风橱内进行。不准用手直接接触化学灌浆材料。 (2) 施工人员不准在化学灌浆现场进食、吸烟

12、，离开现场前应洗手。 (3) 若皮肤粘有浆液，应用热水、肥皂或酒精擦洗干净。粘有环氧树脂时，可先用锯木屑去掉污粉；擦洗后，再用热水、肥皂洗净。不准用 等渗透性强的溶剂洗涤，防止 145 物质渗入人体。 5. 防火防爆措施 (1) 施工现场不准贮存易燃、易爆材料。 (2) 施工现场不准吸烟、禁用明火。使用强光灯泡时，应加防护安全罩，防止灯管爆裂而失火。 (3) 施工现场应有化学灭火机(泡沫、四氯化碳、二氧化碳等)与黄砂等消防设施。泡沫适用于乙醇、 灭火；四氯化碳适用于 、苯、甲苯等材料灭火；二氧化碳适用于电气设备灭火；黄砂适用于小范围的灭火。 6. 紧急抢救措施 由于通风不良，浆管爆裂、材料着火

13、等突发事故造成急性中毒或灼伤，应在现场采取紧急抢救措施。 (1) 浆液喷射入眼睛时，应立即用大量清水或生理盐水彻底冲洗后，立即送医院救治。 (2) 发现中毒昏厥人员，应立即将病员移至空气新鲜场所，由医务人员急救，脱险后送医院治疗。 (3) 灌浆材料着火，应迅速灭火，切断电源、火源，移走未用完的易燃、易爆材料， 消防人员也应穿戴劳动防护用品。 14.3 用喷射混凝土处理结构裂缝喷浆或喷射混凝土都是用压缩空气将水泥砂浆或细石混凝土喷射修补结构上的裂缝、孔洞或加大结构断面，以恢复或提高原结构的承载能力、刚度和耐久性。 14.3.1 适用范围及特点喷浆与喷射混凝土在建筑物加固中的应用十分广泛，它常与钢

14、筋网、钢丝网、金属套箍、扒钉等共同使用。 喷浆与喷射混凝土常应用于局部或全部地更换已损伤混凝土；填补混凝土结构中的孔洞、缝隙、麻面等等。 喷浆与喷射混凝土有如下特点。 (1) 喷射层以原有结构作为附着面，不需要另设模板，在高空对板、梁的底面或复杂曲面施工较方便。 (2) 对混凝土、坚固的岩石有较强的粘结力。 (3) 喷射层密度大，强度高，抗渗性好。 (4) 工艺简单，施工高速、高效。 (5) 可在拌合料中加入速凝剂，使水泥浆在 10 分钟内终凝，2 小时后具有强度，可以大大缩短工期。 喷射混凝土的密度一般取 2200kg/m3，设计强度不应低于 15MPa(C15)。 14.3.2 施工工艺及

15、技术要求养护 喷射 埋设喷厚标志 补配钢筋 喷射混凝土的施工工艺如图 14.1 所示。 待喷面处理 1. 待喷面处理 图 14.1 喷射混凝土的施工工艺待喷面的处理是结构构件加固的关键工序。待喷面的处理包括裂缝、空洞的外形处理和受损伤构造的处理等。 用喷浆修补结构裂缝和孔穴时，应将裂缝和孔穴修成“V”形，使灰浆可以顺利喷入并堆积密实。当待喷面比较光滑时，则应凿成麻面，以保证新旧混凝土的粘结。 结构待喷面为损伤混凝土时，一般应该铲除至坚实的结构层为止。如果铲除不彻底， 会造成“夹馅”，影响喷射层的粘结、耐久性和新旧结构层的共同受力。 2. 补配钢筋 若经结构评定，认为应在喷射层内加配钢筋时，可在

16、待喷面处理之后补配钢筋。当附着面上出现孔洞时，应注意孔洞的尺寸，并分别作出处理。当孔洞较小时，可直接喷补；当孔洞面积较大时，可先在孔洞表面敷贴直径 46，间距 100mm 的钢筋网，再作喷面处理。 对于承载力不足的混凝土梁、混凝土柱等，应补配钢筋或钢筋网或钢丝网，随后才可喷射。钢筋网与受喷面间的距离不宜小于 2D(D 为最大骨料粒径)。 3. 埋设喷射层厚度标志 每次不能喷得太厚。一次喷射厚度见表 14-4。在喷射前应埋设喷层厚度的标志，以方便喷射施工和保证喷射质量。 表 14-4 喷射混凝土一次喷射厚度喷射方向一次喷射厚度(mm)加速凝剂不加速凝剂向上 50703050水平 70100607

17、0向下 1001501001504. 喷射 喷射混凝土可分为干法喷射、湿法喷射和半湿法喷射三种。 所谓干法喷射是将材料干拌合后用气压把它以悬浮状态通过软管带到喷嘴，在距喷嘴口 25cm30cm 处，将多股细水流加入料中进行混合，最后喷到喷射面上。 为了减少喷射粉尘，在距喷嘴数米处应供给压力水，这样，拌合的材料为干料，而喷嘴喷出的材料为湿料。因此，这种方法称为半湿法。 所谓湿法喷射是将干料与水搅拌后用泵将湿料送至喷嘴，在喷嘴处加入速凝剂后，用 气压将砂浆或混凝土喷出。 干法喷射具有材料输送距离长、能喷射轻型多孔集料等优点；其缺点是回弹大、粉尘较大。湿法喷射具有用水量及配合比控制较准确、材料能充分

18、搅拌、回弹小、节约材料、粉尘较小等优点，其缺点是输送的混合料含水量较大，因而其强度、抗渗性、抗冻性受到一定的影响。在结构的修理加固中，采用干喷射较为普遍。 干法喷射的质量控制应注意以下几点。 (1) 骨料的级配要好。 (2) 混合物在进入喷嘴与水混合之前，其含水率控制在 2%5%。如果小于 2%，会增大粉尘；若大于 5%，易造成管道堵塞。 (3) 喷嘴距喷面应保持 0.9m1.2m 的距离。 湿法喷射工艺既可用于细石混凝土的喷射，也可用于水泥浆的喷射。 5. 养护 对于喷射薄层混凝土，尤其对于砖砌体的喷射混凝土加固层，喷射施工完毕后，加强养护是至关重要的。第一次洒水养护一般应在喷射后12 小时

19、进行，以后的洒水养护应以保持表面湿润为宜。 14.4 钢筋混凝土结构裂缝处理工程实例14.4.1 实例一1. 工程事故概况 某单层厂房跨度 20m，屋架采用薄腹屋面梁，混凝土强度等级为 C35，采用平卧重叠制作，翻身扶正时第一榀屋面梁出现严重开裂现象，其中，上弦裂缝 5 条，最小间距 350mm， 裂缝最大宽度 0.45mm。屋面梁端部附近有斜裂缝 3 条，最大裂缝宽度 0.25mm。 2. 裂缝原因分析 (1) 原设计规定屋面梁设两个吊环，位置离端部 3000mm，屋面梁制作时施工单位在位置离跨中 2500mm 处增加了两个吊环。屋面梁翻身扶正时，四个吊环受力不均，由于薄腹屋面梁的刚度很小，

20、导致了裂缝的出现。 (2) 屋面梁重叠生产，隔离层质量有问题。主要是靠左端梁与下层的隔离不良，粘结力较大，起吊时，没有事先将部分粘结的两榀梁凿开。梁在翻身起吊时，左半部分梁脱离较慢，相当于在上弦侧向增加了较大的剪力和弯矩。 (3) 平卧叠层制作的第一榀屋面梁往往因制作场地沉降不均，模板变形引起裂缝。 3. 事故处理措施 1) 开裂的屋面梁 将屋面梁裂缝区段约6m 长的混凝土凿去，将钢筋整理好，对原有混凝土连接处进行充 分的湿润后，再浇捣 C40 强度等级的混凝土，并浇水养护14 天。 2) 端部斜裂缝 在斜裂缝区及两端各超出 200mm 的范围内新增箍筋，其数量按所承受的实际剪力计算确定，即不

21、考虑混凝土截面和原有的钢箍作用。新增箍筋为双肢箍8150。施工处理时，先将梁侧混凝土表面凿毛，下弦底面及两侧的保护层凿去，安装新增箍筋后，用强度等级 C40 的喷射混凝土覆盖。 14.4.2 实例二1. 工程事故概况 某综合楼为三层混合结构，纵墙承重，外墙厚 240mm，内墙厚 180mm，三合土基础， 现浇钢筋混凝土肋形楼盖。该工程于 2001 年 5 月底浇捣第二层楼盖钢筋混凝土，7 月初浇捣第三层楼盖，主体结构于 2001 年 9 月完工。次年 1 月做装饰工程时，发现大梁两侧的混凝土楼板上部混凝土普遍开裂，裂缝方向与大梁平行。凿去部分混凝土检查，发现板内负钢 筋被踩塌。决定加固楼板，4

22、 月初开始施工，板厚由原设计的 80mm 增加到 100mm。 大梁裂缝特征如下。 (1) 裂缝分布与数量：梁的两端裂缝密集，数量众多，跨中相对较少，每榀梁裂缝数量在 8 到 20 条之间，梁主筋截断处附近均出现裂缝。 (2) 裂缝方向：多数为斜裂缝，倾角一般为 5060，少数为 40左右，跨中为竖向裂缝。 (3) 裂缝位置：一般裂缝均在梁的中性轴以下，至受拉纵筋边缘，有少数裂缝已贯通梁的全高。 (4) 裂缝宽度：梁两端的裂缝较宽，约 0.5mm1.2mm，跨中附近裂缝较窄，约 0.1mm 0.5mm。 (5) 裂缝深度：一般小于梁宽的 1/3，少数裂缝贯穿大梁的两面。 2. 裂缝原因分析 专家现场实地考察之后，一致认为，该事故与设计、施工均有关系，但施工单位应负主要责任。具体原因如下。 1) 施工方面的问题 (1) 严重违反施工规范与设计要求，浇筑混凝土时，施工人员将板中的负弯矩钢筋踩塌，这是造成板与梁连接处附近出现通长裂缝