水利工程混凝土裂缝成因分析及处理措施

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　　中图分类号：TV
　　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
　　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。15～20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。28～30号挡水坝段各出现1～2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15～20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Ф25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）；分布筋为Ф14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28～30 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LW∶HW=4∶1。化学灌浆采用斜向钻孔方法，钻孔间距为40～100 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13～15 cm，钻孔角度在450～600 之间，钻孔穿透裂缝，一般超过10～20cm。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。

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