管架縱系梁混凝土裂縫成因分析及治理探討

莊乾寶

(山東港通工程管理咨詢有限公司,山東 煙臺(tái) 264000)

0 引 言

某工程管廊支架工程在進(jìn)行承臺(tái)砼澆筑施工時(shí)，在補(bǔ)償管架縱系梁處普遍出現(xiàn)了環(huán)形裂縫，本文主要是對這種環(huán)形裂縫的成因進(jìn)行分析并且探討該現(xiàn)象的防止和治理方案。

1 工程概況簡介

某工程施工里程約16 000 m，沿疏港路規(guī)劃了19 m寬的管廊通道，管廊支架采用兩層梁架式結(jié)構(gòu)，可安放各類大小管線15根左右。主要施工內(nèi)容包括樁基工程、混凝土工程、鋼結(jié)構(gòu)工程。其中混凝土基礎(chǔ)工程包括三種管架類型基礎(chǔ)，分別為滑動(dòng)管架基礎(chǔ)、固定管架基礎(chǔ)及補(bǔ)償管架基礎(chǔ)?；炷猎O(shè)計(jì)總方量為15 300 m3，混凝土強(qiáng)度等級均為C40，抗凍等級不小于F300。

三種管架基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)形式如圖1所示。

圖1 三種管架基礎(chǔ)

2 裂縫存在部位

2.1 裂縫存在部位

裂縫出現(xiàn)位置主要集中在補(bǔ)償管架縱系梁處，待混凝土澆筑完成后早期出現(xiàn)混凝土裂縫，如圖2所示。

2.2 裂縫數(shù)量

約有15%的補(bǔ)償管架縱系梁無裂縫出現(xiàn)，其余補(bǔ)償管架縱系梁均存在不同程度的裂縫，大部分縱系梁裂縫數(shù)量1～3條，小部分4～6條。

3 裂縫產(chǎn)生的原因及驗(yàn)證

3.1 裂縫產(chǎn)生的原因探討

因本次裂縫集中出現(xiàn)在補(bǔ)償管架縱系梁處，在滑動(dòng)管架及固定管架中未見其裂縫，可首先排除混凝土質(zhì)量及澆筑工藝的原因。其次通過仔細(xì)分析裂縫形式及產(chǎn)生的位置，并經(jīng)過與設(shè)計(jì)單位溝通后判斷其產(chǎn)生的原因應(yīng)該為不均勻沉降所致。

因本工程所處位置為原擋浪墻后方陸域，拋填而成且長期受雨水及海浪的循環(huán)作用，空隙較大、壓實(shí)困難，承載力較低，而承臺(tái)混凝土及連系梁混凝土對地基作用差別較大且未在同一水平面，在混凝土未達(dá)到一定強(qiáng)度前，可能會(huì)產(chǎn)生不均勻沉降，從而造成縱系梁裂紋的產(chǎn)生。

3.2 裂縫產(chǎn)生原因的驗(yàn)證

為了驗(yàn)證上述的分析結(jié)論，對一組補(bǔ)償管架進(jìn)行驗(yàn)證性施工，調(diào)整后的工藝為： 將一次澆筑成型工藝變?yōu)榉謨纱螡仓葷仓闹艹信_(tái)及橫向連系梁，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到80%以上后再用微膨脹混凝土澆筑縱向連系梁。 如圖2所示，施工完成后，縱向連系梁至今未出現(xiàn)混凝土裂縫，證明變更后的工藝可行，同時(shí)也印證了裂縫形成原因的分析結(jié)論正確。

圖2 施工工藝調(diào)整

3.3 裂縫產(chǎn)生原因的總結(jié)

通過人、機(jī)、料、法、環(huán)等各方面綜合分析，最終確定了裂縫產(chǎn)生的原因主要為以下兩點(diǎn)。

(1) 與施工期荷載有關(guān)?？v向連系梁(長4.4 m)兩側(cè)承臺(tái)重量為64.78 t，對地基土壓力2.77 t/m2，由于補(bǔ)償管架一次澆筑成型，在混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度前，承臺(tái)底部地基土產(chǎn)生微小沉降變形，縱向連系梁與承臺(tái)底標(biāo)高未在同一水平面，因?qū)Φ鼗翂毫Σ煌?，造成不均勻沉降?dǎo)致裂縫產(chǎn)生。

(2) 連系梁兩側(cè)混凝承臺(tái)尺寸較大，截面尺寸為1 600 mm×1 200 mm，而連系梁截面尺寸為500 mm×500 mm，由于混凝土收縮產(chǎn)生的形變不同，導(dǎo)致應(yīng)力在連系梁上集中，最終導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。

4 裂縫修補(bǔ)方案

4.1 準(zhǔn)備工作

修復(fù)前，現(xiàn)場核實(shí)裂縫數(shù)量、長度、寬度等，對裂縫進(jìn)行編號并做好記錄，使用HC-CK101型裂縫寬度觀測儀對裂縫寬度進(jìn)行實(shí)測。

4.2 裂縫修補(bǔ)工藝簡介

通過對規(guī)范的分析和新型修復(fù)材料的調(diào)查，結(jié)合裂縫調(diào)查參數(shù)，分別選擇滲透結(jié)晶型修復(fù)材料進(jìn)行封閉修補(bǔ)，環(huán)氧樹脂進(jìn)行灌漿修補(bǔ)，具體方法如下。

(1) 對于寬度在0.2 mm以下的非貫通裂縫，清潔表面后采用滲透結(jié)晶型修復(fù)材料進(jìn)行封閉修補(bǔ)。

(2) 對于寬度在0.2～0.3 mm的非貫通裂縫，采用延裂縫鑿U型槽，再用滲透結(jié)晶型修復(fù)材料進(jìn)行封閉修補(bǔ)；

(3)對于寬度在0.3 mm以上的裂縫及貫通裂縫，采用環(huán)氧樹脂灌漿修補(bǔ)。

4.3 滲透結(jié)晶型修復(fù)工藝

滲透結(jié)晶型材料采用某公司研制生產(chǎn)的雙組分水泥增強(qiáng)補(bǔ)強(qiáng)劑，經(jīng)過涂刷后滲透到混凝土中，生成堅(jiān)硬的結(jié)晶物質(zhì)，增強(qiáng)水泥中的凝膠結(jié)構(gòu)，混凝土中的各成分固化為一個(gè)密實(shí)的整體，封堵了混凝土的毛孔，增加了密實(shí)度，使混凝土表面的強(qiáng)度、硬度及耐磨性大幅提高，達(dá)到密封、防塵、堅(jiān)硬、耐磨、易清潔的使用功能。適用于修補(bǔ)混凝土結(jié)構(gòu)所出現(xiàn)的裂縫，恢復(fù)其整體性和使用功能。

4.3.1 切槽

對于寬度在0.2～0.3 mm的非貫通裂縫，沿裂縫走向騎縫切深度不小于30 mm和寬度不小于20 mm的U形槽。切槽完成后，清除槽內(nèi)松散層、油污、浮灰和其他不牢附著物。

4.3.2 裂縫表面清理

對于寬度在0.2 mm以下的非貫通裂縫，將混凝土表面的塵土、銹跡、殘?jiān)捎娩撍⑶謇砀蓛?，做到不留積灰，不留雜質(zhì)。部分裂縫鹽顆粒較多或雜質(zhì)較厚的也可采用細(xì)鐵絲清理。

4.3.3 配制修補(bǔ)材料

水泥增強(qiáng)補(bǔ)強(qiáng)劑為A、B組分，分別為無色透明和乳白色液體，使用時(shí)需采用天平秤按1∶1等重量比例攪拌均勻使用。稱重時(shí)兩種液體裝盛在體積大小一樣的容器中，稱重后倒入同一容器攪拌，攪拌時(shí)間不超過1分鐘，邊融合邊施工。若攪拌時(shí)間過長，可能引起溶液過稀，影響處理效果，施工中應(yīng)盡量避免。

4.3.4 涂刷修補(bǔ)材料

修補(bǔ)材料按比例兌好攪拌均勻后，采用毛刷或刮板沿裂縫涂刷于混凝土面，涂刷范圍在裂縫兩側(cè)5～10 cm，涂刷水泥增強(qiáng)補(bǔ)強(qiáng)劑時(shí)靜置風(fēng)干的時(shí)間不少于3 h，使液劑能夠充分滲透并凝結(jié)。涂刷聚合物水泥防水涂料時(shí)凝固時(shí)間約3 min。

混凝土涂刷控制措施：

(1) 頂面、側(cè)面裂縫直接采用毛刷或刮板涂刷即可。

(2) 頂面涂刷自一端向另一端進(jìn)行。

(3) 使用水泥增強(qiáng)補(bǔ)強(qiáng)劑時(shí)沿裂縫處涂刷3～4遍，使裂縫內(nèi)充滿白色結(jié)晶體，如涂刷后未達(dá)到效果應(yīng)進(jìn)行第五遍或第六遍補(bǔ)刷。

(4) 對于局部起沙嚴(yán)重或有較粗裂紋的情況需要補(bǔ)刷，補(bǔ)刷的次數(shù)與補(bǔ)刷的量根據(jù)現(xiàn)場情況而定，對于滲透很快的地方，一定要及時(shí)補(bǔ)料，以保證它的滲透與浸潤。

4.4 化學(xué)灌漿法修復(fù)工藝

化學(xué)灌漿是將一定的化學(xué)材料(無機(jī)或有機(jī)材料)配制成溶液，用化學(xué)灌漿泵等壓送設(shè)備將其灌入地層或縫隙內(nèi)，使其滲透、擴(kuò)散、膠凝或固化，以增加地層強(qiáng)度、降低地層滲透性、防止地層變形和進(jìn)行混凝土建筑物裂縫修補(bǔ)的一項(xiàng)加固基礎(chǔ)。

4.4.1 材料準(zhǔn)備

灌漿貼嘴、封縫膠，環(huán)氧樹脂，灌漿機(jī)，鉆孔機(jī)。

4.4.2 施工方法

判定裂縫寬度及是否貫通。

基層處理：清除裂縫表面的灰塵，油污和不牢附著物。

確定注入口：一般按照 50 cm間距(直徑為22 mm)設(shè)置一個(gè)注入口，注入口的位置盡量設(shè)置在裂縫較寬，開口較暢通的部位，貼上膠帶，預(yù)留。

封閉裂縫，采用封縫膠，先加水?dāng)嚢璩筛嗪隣睿缓笱亓芽p表面刮涂，留出注入口。

安設(shè)塑料底座：揭去注入口上的膠帶，用封縫膠將底座粘于注入口上。

安設(shè)灌漿器：將配好的灌漿樹脂注入軟管中，將裝有灌漿樹脂的灌漿器旋緊于底座上。

灌漿：灌漿時(shí)如果裂縫是垂直的、先從最底下的灌漿口開始灌漿，直到上面灌漿口出漿，把下面的灌漿口封好，然后在上面的灌漿口進(jìn)行灌漿，重復(fù)該過程，一直到全部裂縫被充滿，而且封閉所有的灌漿孔。水平方向裂縫灌漿從裂縫的一側(cè)以同一方式到另一側(cè)，保持灌漿壓力。打開灌漿器，確定注入狀態(tài)，如灌漿樹脂不足，可補(bǔ)充再繼續(xù)注入。工程施工過程中嚴(yán)格按照材料的配比進(jìn)行調(diào)制漿液。

注入完畢：待注入速度降低，確認(rèn)不再進(jìn)膠后，可拆除灌漿器，封閉灌漿孔。

灌漿樹脂固化后，去掉底座及堵頭，清理表面封縫膠，修補(bǔ)灌漿孔。

4.5 質(zhì)量檢查

根據(jù)《港口水工建筑物修補(bǔ)加固技術(shù)規(guī)范》7.2條，修補(bǔ)完成后可采用目測、敲擊等方法進(jìn)行外觀檢驗(yàn)，修補(bǔ)連接處結(jié)合緊密，發(fā)現(xiàn)有縫隙、夾層、空腔等缺陷應(yīng)返工修補(bǔ)。

采用灌漿料修補(bǔ)的可以根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行壓水試驗(yàn)，如果對修補(bǔ)質(zhì)量有質(zhì)疑時(shí)也可以采用取芯法或超聲波檢測法。