混凝土结构裂缝分析评定及修补技术研究.pdf

2 0 1 0 年 第 4 期 (总 第 2 4 6 期 ) Nu mb e r 4 i n 2 0 1 0 ( To t a l No2 4 6) 混 凝 土 Co nc r e t e 实用技术 PR A CTI CAL TECHN0L oGY d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 0 0 4 0 4 1 混凝土结构裂缝分析评定及修补技术研究 潘明远 ，付殿武 ( 1 长春工程学院 土木学院，吉林 长春 1 3 0 0 1 2 ；2 东北大学 基建处，辽宁 沈阳 1 1 0 0 0 0 ) 摘要： 钢筋混凝土结构在使用过程中， 因受力、 变形、 某些环境因素影响可能会产生裂缝， 如果裂缝过长、 过宽会影响建筑物的耐久性 和使用寿命， 有的建筑事故发生之前， 一般也会有裂缝的出现。因此对混凝土结构裂缝的分析评定尤为重要， 针对不同的裂缝进行修补或 加固补强 ， 避免重大事故的发生 ， 确保建筑物 的耐久性和使用年 限。 关键词： 混凝土结构；建筑事故；裂缝；分析评定； 修补加固 中图分类号 ： T U5 2 8 0 7 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 0 ) 0 4 0 1 2 6 0 2 An al y s i s a nd a s s e s s men t o f c onc r e t e s s t r u c t ur e cr ac k an d t he s t ud y o f r e p ai r i ng t e c hnol og y P AN M i n g - y u a n ， FU Di a n wn ( 1 S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e r i n g ， C h a n g c h u n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y ， C h a n g c h u n 1 3 0 0 1 2 ， C h i n a 2 C a p i t a l Co n s t r u c t i o n D e p a r t me n t ， N o r t h e a s t e rn Un i v e r s i t y ， S h e n y a n g I 1 0 0 0 0 ， C h i n a ) Abs t r a c t ： Th e r e i n f o r c e dc o n c r e t e s t r u c t u r e ， d ue t ot h ef o r c e ， d e for mi o na n d s o mee n v i r o n me n t a l f a c t o r s ， ma yc r a c kd u rin gt h eu s i n gp e r i od J f the c r a c k i s t o o l o n g o r t o o wi d e ， i t wi l l a ffe c t t h e d u r a b i l i t y a n d t h e s e r v i c e s p a n o ft h e c o ns t r u c t i o n So me b u i l d i n g s h a ve c r a c k s b e f o r e the i n c i d e n t O C c u r r e d Th e r e f o r e ， th e a n a l y s i sa n da s s e s s m e n t o f c o n c r e t e s t ru c t u r ec r a c k s a r e pa r t i c ul arl yi mpo r t a n t Th i s pa p e re l a bo r a t e dt h e r e p a i rin g a n dr e i nf o r c e me n t t e c h n o l o g y f o r d i ff e r e n t c r a c k s ， i no r d e r t oa v o i d t h e o c c u r r e n c e o f ma j o r a c c i d e n t ， t o e n s u r e t h e d u r a b i l i tyand the l i f e s p ano f t h e c o n s t ruc t i o n Ke y wor ds ： c o n c r e t e s t r u c tur e； a r c h i t e c t u r a l a c c i d e n t ； c r a c k； a n a ly s i s a n d a s s e s s me n t ； r e p a i r i n g a n d r e i n f o r c e me n t 0 引言 钢筋混凝土构件是带裂缝工作的。更确切地说， 混凝土在 凝结硬化过程中就有微裂缝存在。微裂缝主要有两种： 一种是 黏结裂缝( 沿骨料和水泥石界面的微裂缝) 。另一种是水泥石微 裂缝 ( 骨料之 间水泥石中的微裂缝 ) 。混凝 土微裂缝的宽度小于 O 0 5 mi l l ， 肉眼是看不见的。 微裂缝在混凝 土中的分布既不规则 也不贯通 ， 因此只有微裂缝的混凝土是可以承受拉力的。微裂 缝对混凝土的承重 、 防渗漏、 防腐蚀等使用功能没有危害性。只 有微裂缝的混凝土也称“ 无裂缝混凝土” 。但是， 钢筋 昆 凝土构 件因受力 、 变形、 某些环境因素影响而产生的裂缝， 则是混凝土 可见 裂缝 的发生和开展 ， 是钢筋与混凝土间不能再 保持变形协 调而出现相对滑动的结果。在设计中， 混凝土结构裂缝的计算 是很粗略的， 很多防裂 、 限制裂缝开展靠构造措施， 普通钢筋混 凝土结构在使用过程中， 出现宽度小于 0 3 n l I T I 的细微裂缝是正 常的、 允许的。 但是， 如果出现的裂缝过长、 过宽就不允许了， 甚 至是危险的。许多混凝土结构在发生重大事故之前， 往往有裂 缝出现并不断发展， 应加以重视。 1 裂缝调查 裂缝调查的目的是为分析推断结构开裂原因、 评估裂缝对 结构危害性以及确定裂缝修补方法等， 提供第一手资料。 1 1 基 本调 查 基本调查是原因分析 、 危害性评估及修补方法确定所必不 收稿 日期 ：2 0 1 0 4) 1 1 4 1 2 6 可少的最根本的调查， 主要包括 ： 裂缝现状、 裂缝发生及开展的 时间过程、 裂缝对使用功能的影响、 设计资料、 施工记录、 使用 情况及环境状况等。基本调查方法主要是用肉眼观察裂缝 ， 审 视结构外观质量， 分析核对设计图和计算书 ， 了解核查施工情 况及记录。裂缝现状包括裂缝形式、 裂缝宽度及其变化规律 、 裂 缝长度、 裂缝是否贯穿 、 裂缝内有无盐析锈水等渗出物 、 裂缝表 面干湿度、 裂缝周围混凝土剥离剥落等。裂缝发生的时问及其 开展的过程是判断开裂原因的重要依据， 但往往发现裂缝的时 间与真正开裂的时间并不一致 ， 因此， 应多方收集线索， 特别是 混凝土初凝、 拆模及竣工时是否发现裂缝， 以及裂缝变动情况 等。裂缝对使用功能的影响， 主要是观察开裂部位有无渗漏 、 有 无顺筋锈痕锈水 、 裂缝有无盐析及污染 、 结构有无过大变形等 ， 以及这些影响的严重程度及变化过程。设计资料主要包括设计 图、 计算书的审核及与规范的对比分析。施工记录重点是核查 混凝土用料 、 配合 比、 浇灌养护情况 、 试验保证资料、 结构隐检 资料、 模板状况以及气候条件等。使用及环境状况包括实际荷 载情况、 温湿度条件及有害介质作用等。 1 2 详细调查 有的结构裂缝， 仅根据基本调查尚难于分析推断出产生裂 缝的真正原因或诸多原因中谁是最主要的原因， 无法判断该裂 缝是否需要修补或补强加固， 或者无法选择确定最合适的修补 及加固方法， 此时则必须对可能引起结构开裂的内在因素及外 部条件进行现场检测 、 测试及更详细的反复调查研究。详细调 查主要包括混凝土劣化度( 强度 、 碳化 、 配合比及氯盐含量) 检 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 测 、 钢筋劣化度( 强度、 锈蚀、 面积 、 保护层厚度 ) 检测 、 结构几何 尺寸与设计图是否吻合 、 荷载量值及条件核查 、 裂缝性状( 型 式 、 走向、 宽度变动、 深度) 的深入调查 、 结构使用状况及环境条 件的深入调查 、 混凝土孔隙率测定 、 反应性骨料调查和检验以 及结构载荷试验等。 2 裂缝原因分析 裂缝原因分析是为裂缝危害性评定及修补提供依据 ， 若不 经分析或忽视原因分析就进行裂缝处理， 往往会导致修补 、 加固 无效而不得不再次修补及加固， 对于已处在危险状态应该拆除 的结构 ， 如已产生贯通性纵向裂缝而接近极限状态的轴心受压 柱及存在严重顺筋锈蚀裂缝的受弯结构或受拉结构 ， 不经分析 研究就盲目进行处理， 不仅无效而且潜藏着突发事故的危险性。 混凝土结构开裂原因是多方面的， 归纳起来有以下 4方面的原 因： 材料使用不当、 结构设计错误 、 施工质量低劣、 使用不当及 外 界环境 的不 良影响 。 由调查统计及结构试验可知， 裂缝形态与产生原因也密不 可分， 尤其是单因素典型裂缝 ， 裂缝形式与原因有着完全对应 关 系。 混凝土结构裂缝原因分析， 主要是基于以上关系， 根据调 查结果， 逐项地对可能引起结构裂缝的各种因素进行分析 ， 最终 筛选出统一的或主要的因素。其具体步骤是： 首先根据标准调 查结果 ， 分别按裂缝产生的阶段 、 裂缝形态 、 设计资料 、 混凝土 级配及气候条件等要素 ， 对开裂原因进行分析 ， 找出各种分析 中的共同原因， 此原因可断定为该结构开裂的真正原因。若根 据标准调查找不 出开裂 的共同原因或主要原 因， 则应在可能 引 起开裂的有关原因的小范围内进行详细调查， 并根据详细调查 结果， 进一步筛选， 综合分析， 推断其开裂的最终原因。 3 裂缝危害性评定 裂缝对结构物危害主要表现在结构物耐久性和适用性的 降低。耐久性主要是对承重结构； 适用性一般是对非承重结构， 主要包括防水性 、 美观及气密性等。 昆 凝土结构 比较容易出现 裂缝， 在一定范围内， 规范也是允许结构带裂缝工作， 裂缝对结 构极限承载力短期虽无直接关系， 但能预示结构承载力可能不 足或存在严重问题 ， 可通过结构验算加以判断和排除， 确定是 否需要加固补强或立即加固补强。裂缝对结构耐久性和防水性 影响主要表现在钢筋锈蚀及结构渗漏随裂缝宽度的增大而加 快， 当裂缝宽度大到一定程度， 则认为是不允许的， 必须进行修 补处理； 相反 ， 当裂缝宽度小于一定数值， 上述不利影响就完全 可以忽略不计 。从耐久性和防水性考虑， 必须修补和无需裂缝 宽度限值 ， 可按表 1 采用。 表 1 必须修补和无须修补的裂缝宽度限值 根据渗水试验和调查研究表明， 对渗漏没有影响无需修补 的裂缝宽度为 O 0 5 n U T I ， 对渗漏有较大影响必须修补的裂缝宽度 为 0 2 mm。从耐久性考虑， 表 1中裂缝宽度限值主要考虑的是 环境因素和钢筋锈蚀影响因素。环境因素分为“ 恶劣的” 、 “ 中等 的” 及“ 优良的” 三档。恶劣的” 指在露天受雨淋处于干湿交替状 态或潮湿状态下结冻 ， 或受海水及有害气体腐蚀环境 ； “ 中等的” 指不被雨淋的一般地上结构 ， 浸泡在水中不结冰的地下结构 ； “ 优良的” 指与外界大气及腐蚀环境完全隔绝的情况。对钢筋锈 蚀影响程度“ 大、 中、 小” ， 是按裂缝( 贯通 、 内部、 表面) 、 保护层 厚度( 7 c m) 、 混凝土表面有无涂层、 材料配合 比及有无施工缝等条件综合判定。影响结构耐久性的因素是多 方面的， 应根据结构验算结果， 开裂原因、 裂缝深度及宽度、 裂 缝性状、 以及环境条件等因素， 综合分析判断确定是否需要修 补或加 固补强 。 4 裂缝修补技 术 4 1 填缝 法 这种方法适用数量少但宽度大于0 5 I L IT I 的裂缝 ， 或因钢筋 锈胀使混凝土顺筋剥落而形成的裂缝可用填缝法。填缝材料一 般为水泥砂浆、 聚合物水泥砂浆、 环氧砂浆和环氧树脂等。填充 前， 应把裂缝凿宽成槽， 槽的形状有 v形、 u形及梯形等， 对于 防渗漏要求高的可加一层防水油膏。对锈胀缝， 应凿到露出钢 筋， 去锈干净， 先涂上防锈涂料。为了增加填充料和混凝土界面 间的黏结力， 填缝前可在槽面涂上一层环氧树脂浆液。 4 2 灌浆法 这种方法适用于裂缝宽大于 0 3 mm且深度较深的裂缝修 补。灌浆法是把封缝浆液用压力方法注入裂缝深部 ， 使构件的 整体性、 耐久性及防水性得到加强和提高。封缝浆液一般为水 泥浆液、 聚合物水泥浆液和树脂浆液等。压力灌浆的浆液要求 可灌性好 、 黏结力强。裂缝较细的常用树脂类浆液， 裂缝较宽的 常用水泥类浆液。 如果孔洞较大时， 可用小豆石混凝土填实。 对 表面积较大的混凝土表面缺损 ， 可用喷射混凝土方法。 5结 语 钢筋混凝土结构事故的发生 ， 首先一般表现为裂缝的出现， 因此对裂缝的分析研究就显得非常重要。对构件承载力无影响 或影响很小的裂缝可以用修补的方法进行处理。混凝土结构裂 缝修补的程序一般为 ： 裂缝调查一裂缝原因分析一裂缝危害性 评定一裂缝修补。对构件修补的目的是使建筑外观完好， 并防 止风化、 腐蚀 、 钢筋锈蚀及缺损的进一步发展， 以保护构件的核 心部分， 确保建筑物的耐久性和使用年限。 参考文献 ： 1 钱瑞芳 北京： 中国建筑工业出版社， 1 9 9 3 下转第 1 4 4页 1 2 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 城” 挤占市场的桩基形式首推钻孔灌注桩。 钻孔灌注桩施工事故常见形式有以下七类： ( 1 ) 孔壁坍塌， 其原因很多， 但不外护壁不力， 土质不好等二 方面。其危害性极大， 使孔底沉渣增多变厚、 使单桩混凝土方量激 增， 充盈系数变大、 使桩端与持力层不接触， 降低桩端阻力、 使桩侧 土体变松软， 降低桩侧磨擦力， 形成一个“ 软垫子” 、 一个“ 软套子” 。 ( 2 ) 桩身缩颈、 夹泥和断桩， 其原因更多， 其 中最主要的一 种原因就是灌注混凝土过程中孔壁局部坍塌和内挤， 这种事故 使桩的完整性在受损害， 桩身的强度和承载能力都降低。 ( 3 ) 混凝土导管漏水 ， 使浇灌的混凝土断断续续地被水冲 稀而严重离析。 ( 4 ) 混凝土导管堵塞 ， 其主要原 因是隔水塞制做粗糙 ， 导管 内壁不平直 ， 变形过大 ， 使隔水塞受阻卡住 。 其后果是 已浇好 的 混凝土面上易重新积存沉渣 ， 处理堵管需要时间， 新混凝土与 已浇混凝土之间存在夹泥， 易致断桩。 ( 5 ) 桩身蜂窝、 麻面、 露筋 ， 其主要原因有二 ： 其一 ， 作为受 弯构件的水平承载桩布筋过密， 筋问净距过 b( 6 0 m m) ， 混凝 土粗骨料就难以从笼内挤出笼外填满孔壁与钢筋笼间的孔隙， 混凝土严重离析； 其二， 钢筋制做不精良， 段间焊接空中作业操 作不规范， 笼体弯曲不直， 笼与孔壁间隙过大或过小， 其后果是 严重削弱桩的轴向受压和抗弯的承载能力； 用作基坑开挖支护 的桩， 露筋不但影响观瞻， 还易生锈蚀。 ( 6 ) 桩头( 包括桩头以下相当一段上部桩身) 浮浆， 缺失粗 骨料且疏松几乎无强度， 其主要原因是混凝土离析。其后果是 桩上段承载能力丧失， 必须截除后重新灌注混凝土。 ( 7 ) 钢筋笼上浮或下沉 ， 其主要原因是导管置放和上拔过 程中挂住钢筋笼， 带动它一起上下。其后果是桩的承载能力严 重削弱 。 3 钻孔灌注桩施工事故分析、预 防措施及事 故 后 处 理 由上述可见 ， 各种事故都不是孤立的， 而是互为因果或多 上接第 1 2 7页 2 】罗福午 ， 江见鲸， 陈希哲， 等 建筑结构的事故分析及其防治 M 】 E 京： 清华大学出版社， 1 9 9 6 3 】 中国建筑业联合会质量委员会 建筑工程倒塌实例分析 M 】 E 京 ： 中 国建筑工业出版社 ， 1 9 8 8 4 】潘明远 建筑工程质量事故分析与处理 M 】 北京 中国电力出版社， 2 0 0 9 5 C RU Z J S， B A RR O S J Mo d e l i n g b o n d b e t w e e n n e a r s u r f a c e m o u n t e d C F RP l a m i n a t e s t r i p s a n d c o n c e l J J C o m p u t e r s a n d s t r u c t u r e s ， 2 0 0 4， 8 2 ( 1 7 1 9 ) ： 1 5 1 3 1 5 2 1 【 6 】 岳清瑞， 李庆伟， 扬勇新 纤维增强复合材料嵌入式加固技术【 J J 工业 因一果的。现将常见事故发生主要原因及防止措施和事故后处 理措施见表 1 。 4 小结 钻孔灌 注桩的施工质量 直接影响到 L 部 结构的稳定 与安 全， 对钻孑 L 灌注桩的质量控制， 仍应强调以下几点： ( 1 ) 对质量控制应注重预防为主， 做好事前控制， 即在施工 前做好充分准备工作， 制定相应的防范措施， 并责任到人； ( 2 ) 成桩后逐根桩作超声波法检测 ， 如果缺陷处理后再做 二次声测， 若声测仍有缺陷， 则该桩再辅以承载试验( 大应变) ， 以确保成桩质量及工程的安全性。 大量的桩基工程实践 和检测数据证 明， 只要 对钻孔灌注桩 的施工工艺和常见问题有清晰的了解，对施工过程中的前期、 中期、 后期各环节抓住质量控制要点， 正确掌握其处理方法， 钻 孑 L 灌注桩的施工质量是完全可以保证的。 参考文献： 1 赵明华， 等 土力学与基础工程 M 】 武汉： 武汉工业大学出版社， 2 0 0 0 2 王有志， 常晓莉， 等 复杂地质条件下超长钻孔灌注桩施工风险分析 岩土力学， 2 0 0 6 ， 1 0 ( 2 7 ) ： 7 6 9 7 7 1 3 吴鹏， 龚维明， 等钻孔灌注桩护壁泥浆对桩基承载性能的影响f J 1 岩 土工程学报， 2 0 0 8 ， 3 0 ( 9 ) ： 1 3 2 7 1 3 3 2 4 马茂军， 曲学进 ， 等护壁泥浆对抗浮桩承载力的影响分析【 J 】 青岛理 工大学学报， 2 0 0 7 ， 2 8 ( 1 ) ： 1 1 4 1 1 6 5 】 戴国亮， 龚维明， 等 超长钻孔灌注桩桩端后压浆效果检测 岩土力 学， 2 0 0 6 ， 2 7 ( 5 ) ： 8 4 9 8 5 2 【 6 祝和芬 影响钻孔灌注桩成桩质量的几个问题分析 J 】 石家庄铁道学 院学报， 2 0 0 6 ， 1 9 ( 5 ) ： 1 0 6 1 0 8 7 】吴文鑫 ， 蔡春梅 浅析厚淤泥层中钻孔灌注桩施工【 J J 中国农村水利 水电 ， 2 0 0 9 ( 8 ) ： 1 1 2 1 1 4 8 姜永博健设工程钻孔灌注桩施工的质量控制 施工技术， 2 0 0 9 ( 6 ) ： 1 5 3 -1 5 5 作者简介 单位地址 联系电话 张勤良， 男， 硕士， 高级工程师。 浙江省绍兴市柯桥裕民路 1 2 0 1 号 勤业广场 2 0 楼人力资 源 部( 3 1 2 0 3 0 ) 1 3 61 6 7 5 2 3 3 0 建筑 ， 2 0 0 4 ， 3 4 ( 4 ) ： 1 - 4 7 朱晓旭， 姚谏 ， 周延阳 混凝土表层嵌帖 C F R P 板条的极限黏结承载 力分析 J 】 _ 科技通讯， 2 0 0 6 ， 2 2 ( 6 ) ： 7 9 2 7 9 5 8 潘明远， 等 冈 筋混凝土结构加固技术研究【 z 长春： 2 0 0 8 作者简介 单位地址 联系电话 潘明远 ( 1 9 6 4 一 ) ， 男 ， 副教授 ， 全国注册建筑监理工程师 ， 全 国注册建筑咨询工程师， 研究方向： 钢筋混凝土结构的检 测及加固研究。 长春市红旗街 2 4 9 4 号 长春工程学院土木学院( 1 3 0 0 1 2 ) O 4 31 8 l 1 5 7 9 5 8 上接第 1 2 9页 在可能的情况下 ， 二衬施工时间， 选择年平均气温时期， 可有效 技出版社， 1 9 9 4 减 过 4 茎 蓑 通 9 m ) ， 可 以 将 温 度 缝 诱 导 在 施 工 缝 处 产 生 ， 避 免 对 结 构 产 生 破 坏 。 ，出 箍 “ J _ “ 一 参 考文献 ： 1 壬建秀， 朱合华， 等 双联拱公路隧道裂缝成因及防治措施 J 岩石力 学与工程学报， 2 0 0 5 ， 2 4 ( 2 ) ： 1 9 5 2 0 1 ( 2 】张学龙， 罗缵锦 三都岭隧道裂缝形成原因分析 J 1 j 胡南交通科技， 2 0 0 3， 2 9 ( 1 )： 8 4 8 6 3 】王梦恕 大瑶山隧道2 0 世纪隧道修建新技术【 M 】 厂州： 广东科 1 4 4 作者简介： 覃荷瑛( 1 9 7 2 一 ) ， 女， 讲师， 博士研究生， 主要从事混凝土结 构耐久性研究。 单位地址： 广西桂林市建干路 l 2 号 桂林理工大学土木与建筑工程 学院( 5 4 1 0 0 4 ) 联系电话 ： 0 7 7 3 3 9 6 0 9 9 2 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m