白云庄北沟排水渡槽墙体裂缝及灌浆处理.pdf

第 8卷O 1 2 0 1 0 年 3 月 南水 北调与 水利 科技 S o u t h - t o - N o r t h Wa t e r T r a n s f e r s a n d Wa t e r S c i e n c e& T e c h n o l o g y Vo 1 8 S u p p Ma r 2 0 1 0 白云庄北沟排水渡槽墙体裂缝及灌浆处理 张海艳 ， 李东岭， 王建华 ( 黄河水 电工程建设有限公司 ， 郑州 4 5 0 0 0 3) 摘要 ： 温度裂缝是混凝 土施工 中常见 的一种裂缝 类型 ， 也是土木工程界 至今难 以很好解决的工程实际问题之一 。在 南水北调中线京石段工程白云庄北沟排水渡槽施工中， 由于温控措施不到位， 导致中跨槽身墙体出现了多条大致平 行于结构短边方向的温度裂缝 ， 有的属贯穿裂缝。介绍了白云庄北沟排水渡槽中跨槽身混凝土裂缝的情况， 简要分 析了裂缝产生的原因； 介绍了高压灌浆处理混凝土裂缝施工工艺及施工过程， 并通过载水实验， 检测处理的效果， 证 明其功能满足结构安全运行要求。为渡槽混凝土温度裂缝的产生原因、 处理方法和处理程序提供了一个案例， 以供 类似工程参考 。 关键词： 白云庄北沟排水渡槽， 温度裂缝， 裂缝处理 中图分 类号 ： TV 3 3 2 文献标识码 ： B 文章编号 ： 1 6 7 2 1 6 8 3 ( 2 0 1 0 ) 0 1 0 0 5 4 0 4 、 Va l I Cr a c k a n d Gr o ut i n g Pr o c e s s i n g of t h e Dr a i ni n g Aqu e du c t i n Be i g o u o f Ba i y u n z hu a n g ZHANG Ha i y a n，LI Do n g - l i n g， WANG J i a n h u a ( Th e Y e l l o w Ri v e r Hy dr o p o we r En gi n e e r i n g Co ns t r u c t i o n Co ，Lt d，Zh e n gz h o u 4 5 0 0 0 3，C hi n a) Ab s t r a c t ：Th e t e mp e r a t u r e c r a c k i s t h e c o l Y a -n o n c r a c k p a t t e r n i n t he c o n c r e t e c o ns t r u c t i o n，a l s o i s h a r d l y t o s o l v e i n t h e c i v i 1 e n g i n e e r i n g u n t i l n o wAt t h e d r a i n i n g a q u e d u c t c o n s t r u c t i o n i n B e i g o u o f B a iy u n z h u a n g o f t h e B e ij i n g - S h ij i a z h u a n g S e c t i o n i n t h e Mi d d l e R o u t e P r o i e c t o f t h e So u t h No r t h Wa t e r Di v e r s i o n，i mp r o p e r t e mp e r a t u r e c o n t r o l s h a d r e s u l t e d i n ma n y c r a c ks a p pr o x i ma t e l y p a r a l l e l t o t h e s t r u c t u r e s h o r t s i d e i n t he mi d s pa n t r o u gh b o d y wa l l ，s o me we r e t h e p e n e t r a t i n g c r a c k s Thi s a r t i c l e int r o d u c e d i n d e t a i l t h e c r a c ks s i t u a t i o n o f t h e a qu e d u c t ，a na l y z e d c r a c k o c c u r r e n c e r e a s o n；i n t r o d u c e d t h e h i g h p r e s s u r e g r o u t i n g f o r c o n c r e t e c r a c k c o n s t r u c t i o n t e c h n i q u e s a n d t h e p r o c e s s Th e wa t e r e x p e r i me n t wa s c a r r i e d o u t t o t e s t p r o c e s s ing e f f e c t ，wh i c h p r o v e d t h a t i t s f u n c t i o n s a t i s f i e d t h e s t r u c t u r e s a f e o p e r a t i o n r e qu e s t Thi s c a s e c o u l d p r o v i d e a r e f e r e n c e f o r t h e s i mi l a r p r o j e c t s Ke y wo r d s：t h e d r a i n i n g a q u e d u c t c o n s t r u c t i o n i n Be i g o u o f Ba i y u n z h ua n g；t h e t e mp e r a t u r e c r a c k；t h e c r a c k p r o c e s s i n g 0 前言 用寿命 甚至威胁到人们的生 命和 财产安全。 温度裂缝多发生在大体积、 高标号混凝土表面或者温差 变化较大地区的混凝 土结构 中。混凝 土浇筑后 ， 在硬化过 程 中， 水泥水化产生 大量的水化热 。大量的水化热 积聚在混凝 土内部而不易散发 ， 导致其 内部温度在 浇筑入仓 温度 基础上 急剧上升， 而混凝土表面散热较快( 尤其在低温环境下) ， 这样 就形成内外较大的温差 ， 造成混凝土内部与外部热胀冷缩程 度不同， 使混凝土表面产生一定的拉应力， 当拉应力超过混凝 土的抗拉强度 时， 混凝 土表 面就会产生裂缝 。这 种裂缝多 发 生在混凝 土施工 的中后期 ， 通常 只在混凝土表 面较浅范 围产 生 ， 严重时还会 深入到结构物 内部 ， 甚至形成贯穿性裂缝 。此 种裂缝 的出现会引起 钢筋 的锈蚀 ， 加 速混凝土 的碳化 ， 降低混 凝土 的耐久性 ， 严重时会出现结构失稳 ， 从而减少结构物的使 1 工程概况 白云庄北沟排水渡槽位于河北省顺平县境内， 是南水北 调中线京石段应急供水工程的左排建筑物。工程等级 I等， 建筑物为 I级建筑物， 设计流量 6 6 r n 3 s ， 设计水深 1 9 4 r n ! 校核流量 9 2 m3 s ， 校核水深为 2 4 8 m， 由进口段、 进口连接 段、 槽身段、 出口连接段及出口段五部分组成。渡槽槽身为一 联两槽多侧墙预应力钢筋混凝土简支结构， 分 3 跨布置， 每跨 长 2 4 iT I ， 宽 1 1 5 m， 高 4 2 m， 设计有： 纵向主梁 3条， 横梁 1 2 条， 两侧墙外侧肋各 1 2条， 每跨布置 1 5 束直径 7 0 mm预应 力孔道。其中两侧墙各 4束， 中墙 7束。单槽过水断面尺寸 为 5 0 m( 宽) 2 6 m( 高) ， 其 中中墙厚 0 5 m， 两侧墙厚 0 4 i n ， 底板厚 0 3 r n 。具体结构尺寸及形式如图 1 所示。 收稿 日期 ： 2 0 1 0 0 3 0 5 修回 日期 ： 2 0 1 0 0 3 1 0 作者简介： 张海艳( 1 9 8 3 一 ) ， 女 ， 河南郑州人 ， 助理工程师 ， 主要从 事水利工程施工监理工作 。 张海艳等 白云庄 北沟排水渡槽墙体裂缝及 灌浆处理 图 1 白云庄北沟排水渡槽槽身结构图 2 渡槽中跨槽身施工过程 中跨槽身混凝土采取底板 与侧 墙分仓浇筑的方式 。分缝 位于底板倒 角 以上 5 c m 处 ， 底板混 凝土 浇筑时 间是 6月 1 0 日 1 9 ： 3 0 1 1日 2 4 ： 0 0 ； 中墙 混 凝 土 浇筑 时间 是 7月 2 日 1 6 ： 4 0 3日 0 ： 3 0 ； 左侧墙混凝 土浇筑时间是 7 月 3日0 ： 4 5 8 ： 4 0 ； 右侧墙混凝 土浇 筑 的时 间是 7月 5日 1 6 ： 3 0 2 2 ： 3 O 。 入仓温 度 2 6 3 O 之 间 ， 拆 模 时 间在 浇筑 后 的 第 四天 进 行 ， 采用洒水车洒水养护 。 原施工配合比是采用 P 0 5 2 5级水泥配置 C 5 0混凝土。 由于当时水泥厂停止生产 P 0 5 2 5 级水泥， 后经监理批准采 用 P 0 4 2 5 级水泥配置的 C 5 0混凝土配合比， 每方混凝土材 料 用量 为 ： 水 泥 4 5 6 k g ， 粉 煤 灰 8 O ， 水 1 5 0 k g ( 水 胶 比 0 2 8 ) ， 砂 5 5 9 k g ( 砂率 3 3 ) ， 5 2 O c m碎石 1 1 3 5 k g ， DH3 G 高效缓 凝减水剂 0 6 ， DH9引气剂 0 5 万 。 混凝土采用拌和楼集 中拌制 ， 混凝土搅拌运输 车运输 ， 人 工配合皮带输送机入仓 ， 插入式振捣棒振捣 。 3 白云庄北 沟排水 渡槽槽身裂缝情况 3 1 裂缝分布情况 7月 2 8日， 发现排水渡槽中跨底板以上 3道墙身混凝土 裂缝多处 ， 监理部 与施工单位立 即进行现场联合调查 ， 调查 共 发现裂缝 4 1 条 ( 按单侧计算 ) 。 左侧墙外侧 6 条 ， 内侧 7条 ， 其 中有 4条缝 走 向、 缝 长 及位置 内外侧基本一致 。 中墙左、 右侧各有 1 O条裂缝 ， 其中 9 条走向、 缝长及位 置基本一致 ， 无 贯穿裂缝 。 右侧墙内侧有 4条裂缝 ， 外侧有 4条裂缝 ， 其 中 2条走 向、 缝长及位置基本一致 。施 工单位随 即委托河南 省水利科学 研究院采用 I ) J c K一2 红外线裂缝测宽仪和 D J S CO 5 超声波 裂缝测深仪对裂缝宽度和深度进行检测， 裂缝宽度共检测 3 6 9 处 ， 其 中O 2 mm的裂缝有 1 1 6 处 。经检 测 ， 共有裂缝 3 8 条 ， 其中左侧墙有贯穿裂缝 5 条， 右侧墙有贯穿裂缝 4 条。 3 2 裂缝特 征 根据调查及检测结果 ， 可以看出该渡槽墙身混凝土裂缝 具有 以下特征 。 裂缝走向基本呈上下方 向， 与结构物的短边平行或大 致平行 。裂缝沿结构 物全 长分段出现 ， 中间较 为集 中， 边墙 尤 为明显。多数裂缝两端较细小， 而中间相对要宽大一些 ， 大体 呈梭形状 。 裂缝多少与墙体厚度及施工人仓温度有关。中墙厚 5 0 c r n混凝土入仓温度 3 O， 共有 2 O条裂缝 ， 而两边墙厚 4 O c m混 凝土入仓温度 2 6 ， 合起来 有 2 2条裂缝 ， 明显少 于 中 墙 裂缝数量 。 裂缝下端均止于渡槽底板与墙身施工缝处， 上端多止 于墙身上倒角 以下 ， 只有 1 O 条 裂缝 延伸 到上倒角之上 。从检 测裂缝的连续 长度统计 ， 有 3 6条 裂缝被 1 6处断开 而不连 贯， 只有两条为首尾相通的连贯裂缝。裂缝贯穿的有 9条， 其 中左边墙 5 条， 右边墙 4条， 中墙无贯穿缝。说明相对较薄的 墙体 ， 一 旦产生裂缝则 贯穿 的机率 要大 一些 。 裂缝 长度 在 1 4 2 3 I T I ， 没有 纵向裂缝 ， 底板 没有 裂缝 。 3 3裂缝 分类 根据南 水北调中线干线工程建设管理局关 于混 凝土结构 裂缝检查判别标准， 按 检测报告 资料判定， 被检测的 3 8条 裂缝 中 ， 属于 类 裂缝 有 2 1条 ， 占 4 4 7 ； 属 于 类 裂缝 有 1 7条 ， ( 其 中 中 墙 1条 、 左 边 墙 9条 、 右 边 墙 7条 ) 占 5 5 3 。 4 裂缝成 因分析 监理部在调查分析的基础上 ， 组织专家于 8 月 1 6日召开 了“ 渡槽裂缝论证会” 。会议论证结果将裂缝种类定性为温度 裂缝 。 渡槽混凝土设计 标号 为 C 5 0 W4 F 2 0 0 ， 用 4 2 5水泥 配制 C5 0 混 凝土 ， 胶材 用量 比原 配合 比增 加 了 1 0 2 k g r n a 。水泥 用量的增多 ， 水化热温 升将 相应 增 高。虽 然采用 夜 间低 温 时 施工， 但因拌和用水及骨料未能采取有效降温措施 ， 使用较高 温度的罐装水泥， 混凝土拌和物温度一直偏高， 入仓温度多在 2 6 3 0 C之 间， 接近或超 出规范要求 _ 2 。 由于当时无混凝土的实际测温资料， 经过绝热温升计算， 当采用 4 2 5 水 泥 ， 单方水泥加粉煤 灰用量 5 3 6 k g时， 水化热 温升后应为 4 1 。 C， 加上入 仓温 度 2 6 3 0 C， 混 凝土 的最 高 温度应在 6 7 C7 1 左右 。面对这样高 的混凝 土温度 ， 不仅 没有采用有效的保护措施 ， 使其缓慢降温， 减少内外温差， 而 是在 4 5 d即拆除模板， 并用井水对混凝土表面喷洒养护， 外部混凝土将产生急剧降温收缩 。由于墙体浇筑时间与底板 间隔过长 ， 混凝土硬化过程中受到先期浇筑的底板约束， 产生 很大 的拉应力 ， 而墙身混凝 土早期抗 拉强度较低 ， 因而产 生深 进 的或贯 穿性 裂缝 。同时 ， 由于墙身顶部 宽度增 大 3 0 c m， 断 面的扩大， 使墙的上端也受到一定的限制 ， 所以大部分裂缝都 停止在墙身上下倒角之间。 5 渡槽裂缝灌浆处理过程 5 1 裂缝 处理 方 案的确 定 施工单位 委托 中国水利水电科学研究 院结构材料研究所 进行裂缝化学灌浆处理， 并于 9月 1 4日请有关专家召开了 “ 白云庄北沟排水渡槽工程混凝土墙裂缝处理方案论证会” 。 根据设计 计算分析结果 ， 渡槽 在运行 期 间底 板 以上侧墙 纵梁 王 箍g 荻8 采 5 5 第 8卷 O 1南水北调与水利科技 2 0 1 0年 3月 基本处于全断面受压状态 。裂缝 经过处理 能够满足工程运行 安全要求。裂缝采用环氧类灌浆材料， 对结构进行补强防渗， 灌浆强度满足要求后再进行张拉作业。从渡槽的结构图来 看 ， 在张拉期间出现裂缝的部位钢筋混凝土承受拉应力， 在运 行期受压 。 对裂缝宽度大于 0 2 m m 的裂缝进行高压化学灌浆处 理。灌浆材料以补强为主， 灌浆工艺采用打斜孔内部高压灌 浆的工艺， 裂缝表面涂刷柔性抗冲磨涂料。裂缝处理方案见 图 3 。对裂缝宽度小于 0 2 mm的裂缝仅进行表面封闭处理。 5 2 化学灌浆施工工艺 5 2 1 灌浆孔造孔及清洗 沿混凝土裂缝两侧打斜孔与缝面相交， 孔距为 2 O 4 O c m， 孔深 2 0 c m以上。灌浆孔钻好后 ， 用高压气吹出造孔时 产生的粉尘， 然后采用高压水冲洗灌浆孔， 冲出孔内的混凝土 碎渣与粉尘等杂物 。 5 2 2 埋灌浆嘴 将已清洗好的灌浆孔装上专用灌浆嘴。 5 2 3 配制化学灌浆材料 化学灌浆材料采用改性环氧树脂浆材， 这种材料黏度低 可灌浆性好 ， 可渗入 0 2 mm混凝土裂缝和微细岩体内， 与国 内外的同类材料相比， 其早期发热量低、 无毒性、 施工操作方 便 ， 是较理想的混凝土 补强加 固材料 。该 材料具体 性能指标 见 表 1 。 一 表 1 S K E改性环氧浆材性能 浆材 浆液粘 浆液比重 屈服抗压抗拉强度 MP a 抗 压弹 度( 印) ( g-a 1 。 ) MP a 纯浆体 潮湿面粘结 模 MP a E改性环氧1 4 I 0 6 4 5 0 5 0 3 0 1 9 X1 0 3 5 2 4 灌 浆 灌浆采用高压灌浆工艺， 分级施加压力， 以 0 2 MP a为 一 级， 直至达到最高灌压。根据现场工艺性试验确定出最高 压力为 0 6 MP a ， 当灌浆孔附近的裂缝出浆并且出浆浓度与 进浆浓度相当时， 结束灌浆。 5 3 表 面涂刷单组份聚脲材料 喷涂聚脲体技术是国外近十年来为适应环保需求而研制 开发的一种新型无溶剂、 无污染的绿色施工工艺。主要特点 是具有较高的抗冲耐磨性 ， 同时具有良好的防渗效果和优异 的耐水、 耐化学腐蚀及耐老化等性能。 单组份聚脲弹性体材料的主要性能技术指标见表 2 。 表 2 单组份聚脲弹性体材 料性 能技术指标 拉伸强扯断伸撕裂强度 硬度， 附着力( 潮 耐磨陛( 阿克 一 度 MP a长率( ) ( k N m - 1 )邵 A 湿面) MP a 隆法) r a g一 指标1 5 4 0 0 7 0 4 0 - - - 5 0 2 MPa1 5 浅灰色 聚脲涂层与混凝土的粘结面采用 E l 4专用界面处理剂， 这是 一种 1 0 0 固含量的环氧底漆 。该底漆 可在饱和水或 干 表面施工 ， 它是一种特种 高性能环 氧树 脂 ， 含 有排湿基 团 ， 因 此能够在饱和水表面涂装， 且具有良好的粘结力。涂刷后 固 5 6 自 馘 瓣 | 赫 化时间一般在 7 小时以上， 干燥面的粘结强度较潮湿面略高， 粘结强度均大于 3 MP a ， 7 d龄期的粘结强度接近最大值。 首先用角磨机打磨混凝土基面( 宽 2 5 12 13 1 ， 长度高出裂缝 缝端 3 0 c m) ， 再用高压水枪清除混凝土表面的灰尘、 浮渣。 然后用专用腻子填补混凝土表面较大的孔洞。待孔洞填补好 后， 涂刷潮湿面界面剂( 宽 2 2 c m) 。待界面剂表干后， 刮涂单 组份聚脲 弹性体涂层 ( 宽 2 0 c m) 。涂刷完聚脲弹性体涂层 后， 2 4 h内不能有水浸泡 ， 施工完成 的涂层三天后可以达到 使用 的强度要求_ 3 。 6 预应力张拉 待灌浆材料达到强度( 本工程为 1 5 d ) 和聚脲涂层达到强 度( 本工程为 3 d ) 后， 即按正常的预应力工程进行张拉施工， 张拉完成后检查未发现裂缝。 7 载水试验 7 1试验 目的 检查裂缝灌浆处理后槽身有无渗水， 验证裂缝处理情况； 检查槽身在设计荷载条件下的挠度变化， 验证槽身安全性。 7 2试验 过程 对渡槽中跨槽身两端封堵， 充水加载， 两边水位基本同步 逐级上升。分级加载水深分别为0 m一1 _ 9 4 m( 设计水深) 一 2 4 8 m( 校核水深) 。设计水深持荷 4 8 d ， 校核水深持荷 2 4 d 后进行观测渗水状况及槽身挠度变化。渗水状况肉眼直接观 测外墙和底板 ， 槽身挠度委托 河北省建 筑工程质量检测 中心 进行 观测 。 7 3 槽 身挠度观测 检测仪器 D S E 2 水准仪、 水准尺、 百分表、 钢卷尺等。 水准基点和工作基点的布设和测定基准点是挠度观 测的基本控制， 在场地外设置 2个水平基准点。观测时先后 视水准基 点 ， 接着依次前视观 测点 ， 最 后再次后视 水准基点 ， 两次前后视读数之差不应超过1 1T i n 3 。 检测方法和检测内容。将中跨槽身纵梁从左至右依 次表述为 I L 2 、 L 3 。 在中跨的 3 根纵梁顶部的跨 中、 两端及 1 4 ， 3 4处共布 置测点 1 5个。在 3 道纵梁两端底部各布置 1 个百分表， 共计 6 个 ， 具体位置见图 2 。 竺 = = L l l 菊 雨 一 I 点 点 查 图 2 梁测点布置水流方向 检测结果。挠度观测结果见表 3至表 5 ， 挠度变化情 张海艳等 白云庄北沟排水渡槽墙体 裂缝及灌浆处理 况见 图 3至 5 。 表 3 L 挠度检测结果汇 总表 2 l l l i l 1 挠 度h rI fll 1 7 4 I J 2 3 4 1 L 。 图 3 L 充水 时挠度 变化 示意图 表 4 L 2 挠度检测结果汇总表 挠度 ra m I 4 U 2 3 4 L L 。 图 4 L z充水 时挠度变化示意 图 表 5 L a 挠度检测结果汇 总表 ( 上接 第 4 9页) -卜 一 卜 一 卜 一 - 卜 “ - +- 一 卜 卜 l mm 挠 度 ra m L 4 1 72 3 4 L L ： ： = 图 5 L a充水时挠度变化示意 图 8 结语 根据现场试验结果 综合分 析 ： 该 跨渡槽 在校 核水深 条件 下能够满足安全要求 。无渗水 漏水现 象 ， 证 明所 有裂缝 均被 浆体充满密实， 槽身整体性良好， 最大挠度发生在中梁跨中位 置 ， 且最大值为 3 6 7 r n n l ， 在设 计允许范围 内。 通过对白云庄北沟排水渡槽中跨槽身混凝土裂缝的分 析， 总结了关于高温季节施工高标号混凝土的一些经验 。 对于高标号混凝土， 应控制其胶凝材料的最大用量， 采 用高效减水剂， 减少水泥用量。在条件许可的情况下， 应结合 施工实际， 采取综合的温控措施 ， 降低混凝土入仓温度， 以减 小混凝 土内部最高温升 。 加设 温 度检 测设 施 ， 混 凝 土浇 筑后 ， 加 强 温度 检 测 ， 根 据混 凝 土 温 度 及 其 周 围环 境 温 度 的 变 化 ， 确 定 拆 模 时 间。加强混凝土养护 ， 当采用洒水 养护时， 应控制水温与 混凝土表面温度的温差 ， 防止混凝土表面突然降温收缩而 产 生裂 缝 。 当采 用分期分层( 块 ) 浇筑混凝土时 ， 尤其是 薄壁 结构 ， 应该 注意控 制新 旧混凝土 浇筑时 间间 隔， 防止 新浇混 凝土受 到旧混凝 土约束而产生裂缝 。 参 考文献 ： 1 曹为 民 混凝土结构质量缺 陷及裂 缝处理技术 规定 ( 试行 ) Z 南水北调 中线干线工程建设管理局 ， 2 0 0 7 2 1 4 2 DL T 1 4 4 2 0 0 1 ， 水工混凝土施工规范 s 3 郭建堂 水利水电工程施工手册 M 北京： 中国电力出版社， 2 0 0 5： 4 8 8 4 9 8 4 潘奎生 白云庄北沟排水渡槽槽身混凝 土裂缝 灌浆处 理和预防 措施 J 河南水利与南水北调 ， 2 0 0 9 ， ( 5 ) 符合设计要求 ， 封水严密， 基本上不漏水， 保证 了洞内干场作 业。前拉装置和钢叠梁联合受力， 达到了预期效果， 封堵后观 察泄洪洞 洞 口混凝 土侧壁 ， 未发 现新生裂缝 等破坏现象 ， 分力 效果良好 ， 保证洞内施工安全。自行式浮动吊装平台设计合 理、 定位准确 ， 实现了钢叠 梁的顺 利运输 和 吊装 安全 ； 保证 了 泄洪 洞加 固改造工作的顺利进行 。为水下建筑物施工 积累 了 宝贵经验 。 参 考文献 ： 1 S L 7 4 9 5 ， 水利水电工程钢闸门设计规范 s 2 D L T S O l 8 9 4 ， 水利水电工程钢闸门制造安装及验收规范 s 3 S D2 6 7 8 8 ，水利水电建筑安装安全技 术工作规 程 S t 硅 蔽 5 7