韓 強

(新疆額爾齊斯河投資開發(fā)(集團)有限公司，新疆 烏魯木齊 830000)

混凝土結(jié)構(gòu)在土木建筑工程占據(jù)主導(dǎo)地位，而混凝土結(jié)構(gòu)由于內(nèi)外各種因素的作用出現(xiàn)裂縫，造成混凝土結(jié)構(gòu)劣化損傷，降低混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性，加劇混凝土內(nèi)部鋼筋的銹蝕，破壞結(jié)構(gòu)的整體性和完整性[1- 2]。大型水利工程中混凝土渡槽結(jié)構(gòu)尺寸較大，易產(chǎn)生各種裂縫，這些裂縫會使混凝土發(fā)生溶蝕破壞，加速混凝土碳化和鋼筋的銹蝕，降低輸水渠道的使用壽命，對輸水工程的安全運行造成巨大威脅[3- 4]。因此對實際工程中遇到的各種裂縫進行統(tǒng)計、分析、處理具有重大研究意義。本文以北疆某輸水工程為例，統(tǒng)計分析了現(xiàn)場渡槽混凝土裂縫情況，總結(jié)了渡槽混凝土裂縫的處理方案，以期為類似水利工程渡槽混凝土裂縫處理提供參考。

1 工程概況

北疆某輸水工程由水利樞紐、攔河引水樞紐、輸水干渠組成。其中輸水干渠工程為Ⅱ等大(2)型工程，全長112.393km，設(shè)計流量為48～55m3/s，渠道主要采取明渠和局部渡槽、隧洞等輸水形式。輸水渠道線路長，跨越眾多洪水沖溝、農(nóng)渠、交通道路等交叉建筑物。布置4座渡槽，分別為阿拉哈克河渡槽、克木齊河渡槽、蘇海提河渡槽和克蘭河渡槽，均為2級建筑物。渡槽比降為1/800～1/1000，槽身采用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土簡支箱形梁槽身結(jié)構(gòu)，單跨為20m。槽身采用矩形斷面，凈高3.5m，凈寬5.5m，底板厚0.5m，側(cè)墻厚0.5m，頂板厚0.4m，邊墻與底板連接處設(shè)置500mm×500mm貼角，槽身兩端采用盆式橡膠支座支承。槽身段混凝土采用C50F300W8鋼筋混凝土，臺帽及蓋梁采用C40鋼筋混凝土。

該地區(qū)氣候條件惡劣，干旱多風(fēng)少雨，晝夜溫差較大，外部環(huán)境不利于混凝土澆筑施工。施工過程中混凝土結(jié)構(gòu)力學(xué)特性、配合比、原材料、拌和、運輸、振搗、養(yǎng)護、溫控、拆模等因素都會造成混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫、質(zhì)量缺陷等質(zhì)量問題。

2 渡槽混凝土裂縫原因分析

2.1 渡槽裂縫具體情況

渡槽主體工程施工完成后，建設(shè)單位組織施工、監(jiān)理、設(shè)計單位對4座渡槽的裂縫分布情況進行調(diào)查統(tǒng)計，調(diào)查內(nèi)容包括裂縫分布、裂縫寬度、裂縫長度、是否貫通等。渡槽裂縫內(nèi)側(cè)采用潑水檢查法，外側(cè)裂縫通過槽身注水(水深1.8m)法觀測滲漏情況。

裂縫統(tǒng)計情況見表1，輸水渡槽的部分槽身段出現(xiàn)裂縫，裂縫主要分布于槽身邊墻，水平縫和豎向縫均有，底板無裂縫分布。除局部呈網(wǎng)狀分布的裂縫沒有貫穿外，其它裂縫均屬于貫穿性(或深層)裂縫。

表1 裂縫統(tǒng)計情況

2.2 裂縫產(chǎn)生的原因分析

裂縫產(chǎn)生的原因主要有以下幾種：荷載引起的裂縫、溫度裂縫、混凝土收縮引起表面龜裂、地基變形引起的裂縫、施工工藝質(zhì)量引起的裂縫。結(jié)合渡槽結(jié)構(gòu)、施工氣候條件、配合比等因素，分析其產(chǎn)生裂縫的原因[5- 7]：

(1)從裂縫產(chǎn)生部位來看，裂縫只是分布在槽身兩側(cè)邊墻上，底板未發(fā)現(xiàn)開裂現(xiàn)象，因此該裂縫不是施工過程中基礎(chǔ)變形所致。基礎(chǔ)變形或者受荷過大一般會導(dǎo)致底板開裂，裂縫位于渡槽中部，并且裂縫寬度較大。

(2)從裂縫形式來看，以豎向裂縫為主，裂縫間距相對均勻，并且縫寬都很小(不超過0.3mm)，結(jié)合國內(nèi)大型渡槽溫控仿真計算結(jié)論和施工管理經(jīng)驗，此種形式分布的裂縫均為溫度裂縫。

(3)對于預(yù)應(yīng)力渡槽而言，邊墻出現(xiàn)的細微溫度裂縫，不會破壞渡槽的整體結(jié)構(gòu)，也不會對渡槽近期安全運行產(chǎn)生不利影響。但是槽身漏水不僅影響外觀，也會使鋼筋產(chǎn)生銹蝕，進而影響渡槽混凝土耐久性。

(4)產(chǎn)生溫度裂縫的主要原因：

①氣候條件惡劣；②水泥用量較高；③澆筑溫度過高；④薄壁結(jié)構(gòu)；⑤施工工序安排

2.3 渡槽混凝土裂縫危害及預(yù)防分析

發(fā)生在渡槽邊墻的微細溫度裂縫，對渡槽本身結(jié)構(gòu)安全沒有大的影響，其主要危害有2點[8- 9]：

(1)裂縫會造成鋼筋銹蝕，影響鋼筋混凝土耐久性，進而影響遠期運行安全性，縮短結(jié)構(gòu)物使用年限。

(2)貫穿性裂縫會使渡槽邊墻漏水，影響整體美觀。

混凝土溫控設(shè)計渡槽所在地區(qū)氣候條件比較惡劣，對混凝土的澆筑客觀上存在著“冷”“熱”“風(fēng)”“干”等4大不利因素。渡槽槽身厚度為0.5m，對外界氣溫和水溫的變化比較敏感，槽身溫度變化比較大。理論計算和實踐均表明，溫度應(yīng)力是導(dǎo)致結(jié)構(gòu)裂縫的主要因素，其它荷載所引起的應(yīng)力與溫度應(yīng)力相比相對較小，溫度應(yīng)力起著控制作用?；炷恋臏夭钍强刂茰囟葢?yīng)力的關(guān)鍵。

施工過程中實施的溫控措施如下：

(1)在滿足混凝土設(shè)計強度前提下，優(yōu)化混凝土配合比，減少發(fā)熱量，降低絕熱溫升。

(2)在滿足施工進度的前提下，盡可能充分利用低溫季節(jié)澆筑槽身混凝土。

(3)在槽身混凝土內(nèi)埋設(shè)冷卻水管，采用天然河水進行冷卻降溫。

(4)加強養(yǎng)護，全面實現(xiàn)流水養(yǎng)護。

(5)采用2層棉被進行全斷面臨時保溫。

3 渡槽混凝土裂縫處理方案

根據(jù)裂縫可能帶來的危害，借鑒南水北調(diào)類似渡槽裂縫處理辦法[10- 17]，提出本工程渡槽裂縫處理辦法：

(1)對豎向和水平貫穿性裂縫進行補強防滲處理，即對豎向和水平貫穿裂縫采用環(huán)氧類化學(xué)灌漿處理，恢復(fù)渡槽整體性。

(2)貫穿性裂縫化學(xué)灌漿完成后，對渡槽邊墻內(nèi)側(cè)豎向裂縫進行騎縫粘貼碳纖維布補強處理，粘貼2層。

(3)上述工序完成后，對槽身內(nèi)壁進行全面防滲處理，即對槽身邊墻和底板涂刷2mm厚單組份聚脲防滲。

3.1 渡槽槽身裂縫處理措施及技術(shù)要求

渡槽槽身裂縫的存在會造成滲漏，長此以往會降低結(jié)構(gòu)的耐久性，因此需進行化學(xué)灌漿及加固防滲處理，以恢復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)的整體性。灌漿操作如圖1所示。

圖1 渡槽槽身裂縫灌漿

施工工藝：清理裂縫表面→粘貼灌漿嘴→封閉裂縫→配制漿液→灌漿→去除灌漿嘴→打磨清理裂縫表面→碳纖維補強

技術(shù)要求：

(1)由于渡槽槽身為預(yù)應(yīng)力混凝土且厚度較薄，因此裂縫灌漿采用騎縫貼嘴灌漿方式，灌漿材料使用環(huán)氧類灌漿料。

(2)灌漿嘴的間距為15～20cm。

(3)使用環(huán)氧膩子對裂縫進行封閉，涂抹寬度為20～30mm，并檢查裂縫封閉效果。

(4)裂縫表面粘貼3層碳纖維布，碳纖維布寬度為50cm。

3.2 渡槽槽身防滲防護施工工藝、方法及技術(shù)要求

對渡槽槽身內(nèi)壁混凝土進行防滲防護，可提高其使用耐久性。

施工工藝：混凝土基面處理→涂刷界面劑→涂刷單組分聚脲涂層→養(yǎng)護

技術(shù)要求：

(1)混凝土表面需要清理干凈，不能有污漬和脫空層。

(2)涂刷界面劑時，要求不流淌、不漏涂。

(3)涂刮單組分聚脲涂層厚度不小于2mm，且不能有流掛和皺皮。

渡槽槽身內(nèi)聚脲涂層涂刷后的情況如圖2所示。

圖2 渡槽內(nèi)壁及連接段涂刷聚脲涂層

3.3 渡槽伸縮縫止水處理方法及技術(shù)要求

施工工藝：基面處理→填充高壓聚乙烯閉孔泡沫板→涂刷界面劑→涂刮單組分聚脲并復(fù)合胎基布→涂刷單組分聚脲→養(yǎng)護

技術(shù)要求：

(1)基面要求處理干凈，高壓聚乙烯閉孔泡沫板要與伸縮縫底部鋼板粘結(jié)牢固，不能脫空。

(2)單組分聚脲涂層厚度為4mm，且伸縮縫中間要求復(fù)合胎基布，聚脲涂層表面不能有流掛和皺皮。

(3)沿伸縮縫中心左右各外延30cm。

3.4 扭面裂縫防滲防護處理方法工藝及技術(shù)要求

由于當(dāng)?shù)馗稍?、風(fēng)大且冬季寒冷，渡槽扭面段混凝土表面存在一些裂縫，為防止裂縫出現(xiàn)滲漏及降低結(jié)構(gòu)的耐久性，因此需進行化學(xué)灌漿及表面聚脲涂層封閉防滲處理。

施工工藝：清理裂縫表面→粘貼灌漿嘴→封閉裂縫→配制漿液→灌漿→去除灌漿嘴→打磨清理裂縫表面→涂刮單組分聚脲涂層→粘貼胎基布→最終涂層厚度為2mm

技術(shù)要求：

(1)裂縫灌漿采用騎縫貼嘴灌漿方式，灌漿材料使用環(huán)氧類灌漿料。

(2)灌漿嘴的間距為15～20cm。

(3)使用環(huán)氧膩子對裂縫進行封閉，涂抹寬度為20～30mm。

(4)裂縫表面涂刮單組分聚脲涂層，并粘貼胎基布，最終聚脲涂層涂刮厚。

底板裂縫處理后的情況如圖3所示。

圖3 底板裂縫涂刮聚脲涂層

4 裂縫處理效果檢測

本次施工槽身內(nèi)裂縫全部進行處理，按照技術(shù)要求對各工序環(huán)節(jié)進行檢測，化學(xué)灌漿完成后進行現(xiàn)場檢驗，渡槽槽身采用壓水法檢測灌漿情況。粘貼碳纖維布及伸縮縫粘貼胎基布施工監(jiān)理工程師都到現(xiàn)場進行了旁站，最終對聚脲涂層進行了粘結(jié)強度和厚度的檢測，檢測結(jié)果見表2。

表2 聚脲涂層粘結(jié)強度和厚度檢測結(jié)果

聚脲涂層粘結(jié)強度檢測，粘貼的拉拔頭均從混凝土處斷裂，說明聚脲涂層與混凝土粘結(jié)牢固，粘結(jié)強度滿足設(shè)計標準要求。施工人員對粘結(jié)強度進行檢測，如圖4所示。

圖4 涂層粘結(jié)強度檢測

渡槽裂縫全部處理完成后，建設(shè)單位、監(jiān)理工程師、設(shè)計及施工單位對阿拉哈克渡槽、克木齊渡槽、蘇海提渡槽、克蘭河渡槽工程的完工情況和工程實體質(zhì)量進行現(xiàn)場驗收，質(zhì)量評定合格。

經(jīng)過對整個施工過程質(zhì)量嚴格控制，中間過程質(zhì)量檢查、檢驗，以及最終聚脲防滲防護涂層粘結(jié)強度和厚度檢驗，各項檢測指標滿足設(shè)計及規(guī)范要求，施工質(zhì)量達到了工程要求。

5 結(jié)語

(1)渡槽裂縫會導(dǎo)致局部滲漏，如不處理混凝土鋼筋會加速銹蝕，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)耐久性降低。在實際工程中，根據(jù)裂縫的位置、走向、長度等具體參數(shù)，需對不同裂縫進行針對性的處理，處理不當(dāng)會對工程造成不良影響。

(2)加強輸水工程全過程安全監(jiān)測，根據(jù)實際工程進展制定監(jiān)測頻率，及時對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行定量評價，發(fā)現(xiàn)問題及時反饋。

(3)本文使用的裂縫處理方案是針對特殊的氣候條件和施工環(huán)境設(shè)計，對類似的渡槽結(jié)構(gòu)有一定的參考意義，但對于不同的施工條件不能完全適用，還需要進行相關(guān)的研究。