西四环暗涵衬砌混凝土裂缝的成因与防治.pdf

水利水电技术第4 1 卷2 0 1 0年第5期 西 四环 暗涵衬砌 混凝土裂缝 的成 因与 防治 孙波，王长春 ( 中国人民武装警察部队 水电第一总队， 广西 南宁 5 3 0 0 2 8 ) 摘要：南水北调 中线京石段应急供水工程 ( 北京段) 西四环暗涵工程施工 中在 少数仓号混凝土在施 工过程 中产生 了裂缝质量问题。文中针对混凝土产生的原 因，提 出裂缝的预防和防治方法，对提 高类 似工程混凝土衬砌施工水平有一定的借鉴意义。 关键词 ：暗涵施工；混凝土裂缝 ；原因分析 ；防治措施 ；南水北调 中线京石段 中图分类号 ：T V 6 8 2 9 ( 2 1 ) 文献标 识码 ：B 文章编号 ：1 0 0 0 0 8 6 0 ( 2 0 1 0 ) 0 5 0 0 4 5 0 3 C a u s a t i o n a n d c o n t r o l o f l i n i n g c o n c r e t e c r a c k i n g o f b u r i e d c u l v e r t u n d e r We s t No 4 R i n g R o a d i n B e i j i n g S UN Bo，W ANG Ch a n g c h un ( T h e N o 1 G e n e r a l T e a m o f A r m e d P o l i c e H y d r o p o w e r T r o o p s ， N a n n i n g 5 3 0 0 2 8 ，G u a n g x i ， C h i n a ) Ab s t r a c t ：D u ri n g t h e c o n s t r u c t i o n o f the b u ri e d c u l v e r t u n d e r We s t N o 4 R i n g R o a d i n B e r i n g f o r t h e E m e r g e n c y Wa t e r S u p p l y P r o j e c t o f B e ij i n g S h i j i a z h u a n g S e c t i o n w i t h i n t h e M i d r o u t e o f t h e S o u t h t o - N o r t h Wa t e r T r a n s f e r P ro j e c t ， t h e q u al i t y p r o b l e m o f c r a c k i n g o c c u r r e d i n a f e w o f c o n c r e t e p l a c i n g b l o c k s T h e r e l e v a n t me t h o d s for p r e v e n t i n g a n d c o n t r o l l i n g t h e c r a c k i n g a r e p u t f o r wa r d h e r e i n i n a c c o r da n c e wi t h t h e c a us a t i o n o f t h e c r a c ki n g；wh i c h c a n pr o v i d e a c e r t a i n r e f e r e nc e for e nh an c i n g t h e c o n s t ruc - t i o n q u a l i t y o f t h e c o n c r e t e l i n i n g o f t h e s i mi l ar p r o j e c t Ke y w o r d s ： c o n s t r u c t i o n o f b u r i e d c u l v e r t ； c o n c r e t e c r a c k ； c a u s a t i o n a n aly s i s ； p r e v e n t i n g a n d c o n t r o l l i n g m e a s u r e ； B e i j i n g S h i j i a z h u a n g S e c t i o n w i t h i n Mi d - rou t e o f S o u t h - t o - N o rt h Wa t e r T r a n s f e r P r o j e c t 1 工程概况 南水北调中线京石段应急供水工程 ( 北京段 ) 西 四 环暗涵工程上接卢沟桥暗涵，下接团城湖明渠 ，为总 干渠的最后控制性工程 ，全长 1 2 6 4 k m。设计流量为 3 0 i n s ，加大流量为 3 5 in s 。本工程主要由 6 4 in的 双洞组成，暗挖段涵管为复合式衬砌结构，采用初期 衬砌为格栅钢架加钢筋 网喷射混凝土 ，浅埋 暗挖法修 建 ，正台阶法 开挖，二衬 为模 筑钢筋混凝 土，初衬、 二衬之间铺设连续防水板。二次衬砌混凝土直线段采 用全圆针梁式钢模台车 、泵送混凝土施工工艺。但少 数仓号混凝土在施工过程 中产生的裂缝不仅影响了美 观，还给工程质量 留下了隐患。施工中必须采取合理 的工程技术措施 ，控制和减少混凝土中裂缝的数量。 2 裂缝的主要类型 衬砌混凝土裂缝类型主要有 ：干缩裂缝、外荷载作 Wa te r Re s o u r ce s a n d Hy d r o p o w e r En g i n e e r i n g V o l 4 1 No 5 用产生的变形裂缝、施工缝处理不当引起的接茬缝等。 2 1 干缩裂缝 混凝土在硬化过程 中水分逐渐蒸发散失 ，使水泥 石中的凝结胶体干燥收缩产生变形 ，由于受到围岩和 模板的约束 ，变形产生应力 ，当应力值超过混凝土的 抗拉强度时，就会出现干缩裂缝。干缩裂缝多为表面 性的 ，走向没有规律。影响混凝土干缩裂缝的因素主 要有 ：水泥 品种 、用量及水灰 比，骨料 的大小和级 配 ，外加剂品种和掺量。 2 2 荷载变形裂缝 模板台车或堵头板没有固定牢固，以及浇筑过程 中浮力过大；过早脱模 ，或脱模时混凝土受到较大的 外力撞击等都容易产生变形裂缝。荷载变形裂缝在隧 道衬砌混凝土病害中占有的比例逐年增大 ，已经引起 收稿 日期 ：2 0 1 0 0 3 0 5 作者简介 ：孙波 ，男 ，工程师。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 孙波， 等西四环暗涵衬砌混凝土裂缝的成因与防治 了广大工程技术人员的重视。 2 3 施工缝( 接茬缝) 继续浇筑混凝土时 ，原有的混凝土基础表面没有 进行凿毛处理 ，或者凿毛后没有用水冲洗干净 ，也没 有铺水泥砂浆垫层 ，就在原混凝土表面浇筑混凝土， 致使新旧混凝土接茬问出现裂缝 。 3 裂缝形成的原因分析 混凝土裂缝形成的原因非常复杂 ，往往是多种不 利因素综合作用的结果。据有关统计 ，施工不规范造 成的混凝土裂缝 占 8 0 左右 ，材料质量差或配合 比 不合理产生的裂缝占 1 5 左右，设计不当引起的裂 缝可能占5 。 3 1 施工工艺或现场操作不规范 ( 1 ) 暗涵一期支护开挖成型差 ，衬砌混凝土厚度 严重不均匀 ；欠挖或初期支护侵入衬砌限界 ，造成衬 砌混凝土厚度不足 。个别暗涵衬砌混凝土背后存在脱 空现象。 ( 2 ) 未及时开展监控量测工作 ，仅凭经验来确定 二次衬砌的施作时间 ，安全可靠性差 ，造成二次衬砌 超设计荷载承受围岩压力 。 ( 3 ) 混凝土生产时原材料计量误差大，尤其外加 剂的掺加随意性大 ，没有根据砂 、石料的实际含水率 及时调整施工用水量，造成混凝土水灰 比增大。在混 凝土运输及泵送过程中加水的现象也 比较普遍 。 ( 4 ) 采用全圆针梁式钢模板 台车施工，混凝土浇 筑时不振捣或漏振 ，混凝土均质性差。 ( 5 ) 盲 目追求施工进度 ，随意提前脱模时间，使 低强度混凝土过量承受荷载 ，破坏了混凝土结构。脱 模后没有进行混凝土的潮湿养护。 ( 6 ) 夏季施工时砂 、石料露天堆放 ，无切实有效 的降温措施 ，混凝土入模温度高。冬期施工时采取的 防寒保温措施不力 。 3 2 原材料质量差、配合比设计不合理 水泥品种选择不当，安定性不 良，不同批次的水 泥混用。碎石 、砂级配差，含泥量超标，碎石 中石粉 含量大 ，针 、片状物过多，影响了水泥与骨料的胶结。 进行配合 比设计时，忽视水泥用量增多对混凝土 品质的影响，错误认为水泥用量越多 ，混凝土强度越 高。对掺合料和外加剂的选用缺乏专业技术人员的指 导 ，往往达不到预期的效果 。 4 混凝土裂缝的治理 混凝土作为多组材料组成的脆性材料，裂缝的存 4 6 在是客观的。作为施工单位应加强衬砌混凝土的施工 管理 ，避免或减少混凝土裂缝 的产生 。对于出现的裂 缝 ，应认真分析原因，分清是有害裂缝还是无害裂 缝 ，并对有害裂缝进行处理 ，防止裂缝继续发展 ，影 响衬砌结构 的稳定。 4 1 细微裂缝 衬砌混凝土表面常出现一些没有扩展性的细微裂 缝 ，这种裂缝是稳定的，一般可 自愈 ，不会影响结构 的使用和耐久性 。从美观考虑，可先清洗干净裂缝表 面，然后涂刷环氧树脂浆液二至三遍，最后用刮抹 料、调色料处理混凝土表面，使其颜色与周围衬砌混 凝土颜色一致。 4 2载荷变形裂缝 载荷变形裂缝 的危害较大，必须采取有效 的治理 方法。沿裂缝方向凿成宽5 c m、深3 c m的V型槽，在 槽内骑缝每隔 o 5 m钻一孔 ，孔深为衬砌厚度的 1 2或 2 3 ，一般不少于 1 5 c m，并不得穿透衬砌以防跑浆。用 清水冲洗干净槽内的杂物及粉尘，在孔内插入 6 1 0的压 浆管， 利用环氧树脂水泥砂浆锚固，用灰刀将砂浆压实 抹光。环氧树脂砂浆配比，环氧树脂 ： 水泥 ： 细砂 ： 乙二 胺 ： 二丁酯 =1 ： 1 6： 3 2： 0 1 ： 0 1 2 ，其 中乙二胺是固 化剂 ，二丁酯是稀释剂。待环氧树脂砂浆有一定的强 度后 ，以0 1 5 0 2 M P a 压力压人水泥一水玻璃浆液 或环氧树脂浆液。压浆结束后在 0 2 M P a 压力下压水 检查压浆效果。裂缝表面用刮抹料和调色料处理。 4 3接茬裂缝 致使新旧混凝土接茬问出现的接茬裂缝，可以沿裂 缝两侧每隔 1 21 5 m交错布点，凿成 1 0 c m X 1 0 c m 大小深 5 c m的方槽 ，用风动凿岩机钻孔 ，孔深 3 m， 安装 WD T 2 5中空注浆锚杆，注入水泥砂浆 ，灰砂 比 1 ： ( 3 5 ) ，水灰 比 1 ： 1 ，施工时由下往上逐级注浆 ， 注浆压力以 0 4 0 6 MP a为宜。注浆结束后 ，另凿 新孔在 0 6 1 0 MP a压力下压入纯水泥浆检查注浆 效果 ，当达到规定压力而砂浆压不进时，即认为已经 注满。注浆 2 4 h后安装锚杆垫板，用环 氧树脂砂浆 抹平方槽 ，表面用刮抹料和调色料处理。 5 预防或缓解混凝土裂缝的措施 5 1 提高设计精度 加强工程前期地质工作 ，为设计提供详尽的工程 地质 、水文地质勘探资料 ，提高设计的质量。 5 2 把好材料进场关，严格控制原材料的质量和技 术标准 水 泥。施 工现场使 用 的是普 通 4 2 5级硅 酸盐 水利水电技术第4 1 卷2 0 1 0年第5期 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 水泥 ，优先选有水化热低 的水 泥 ，对外加剂适应 性 要好 ，均方差要小 ，并应尽量减少单位水泥用量。 碎石。根据泵送管路的内径 ，尽可能选用较大粒 径的碎石。严格控制含泥量 0 5 ，针、片状物含 量 l 0 ，粒径以 52 5 m m为宜。 砂。采用级配 良好 的中砂 ，细度模数应为 2 5 2 7 ，粒径小于 0 3 1 5 m m的颗粒含量所 占比例 宜为 1 5 2 0 ，严格控制含泥量在 2 以内。为方便混 凝土的运输 、泵送和浇筑 ，砂率取 4 0 。 水 。最好选用饮用水 。当采用其他水源时 ，应按 国家现行 混凝土拌和用水标准 ( J G J 6 3 ) 的规定进行 检验 ，p H值应大 于 4 。水灰 比越 大，混凝土 的干燥 收缩越大。严格控制泵送混凝土的用水量是减少裂缝 的根本措施。施工 中水灰 比 0 4 1 ，混 凝土人泵塌落 度控制在( 2 4 2 ) o m。 掺合料。推广掺加粉 煤灰掺合 技术 ，等量替代 水泥 ，以减少水 泥用量 。粉煤灰 比表 面积小 ，需水 量低 ，不仅能有效 降低混凝土的干燥收缩值 ，还可 以改善混凝土的流动性 、粘 聚性 和保 水性 。在水 泥 中掺入原状 或磨 细 粉 煤灰 后 ，可 以降低 混凝 土 中 水泥的水 化 热 ，推 迟水 化 热 峰值 的 出现 ，减 少 绝 热条件 下 的温 升 ，有 利 于控 制 温 度 裂 缝 的 产 生 。 粉煤 灰的掺加 在水 工 大体 积混 凝 土施 工 中应 用 比 较广泛 。 b D H 剂。高效减水剂能够有效减少拌和用水 ，降 低水化热 ，延缓水 化热释放速度 ，从而减少温度 裂 缝 ，但掺量过多 ，会引起混凝土的肿胀和开裂。施工 孙波， 等西四环暗涵衬砌混凝土裂缝的成因与防治 时必须慎重选择外加剂的品种和掺量 。 5 3 严格混凝土施工工艺 ( 1 ) 一期支护时 ，加强暗涵开挖断面检测 ，严格 控制超欠挖 ，为衬砌施工创造 良好 的条件。 ( 2 ) 二次衬砌施作时间 ，应在 围岩和初期支护变 形基本稳定时进行 。当围岩变形 较大 、流变特性明 显 ，需提前进行二次衬砌时 ，必须对初期支护或衬砌 结构进行加强。 ( 3 )混凝土的拌和。 严格按施 工配料单 计量 ，定 期检查校正计量 装 置 。加强砂石料含水率检测 ，及时调整拌和用水量。 控制混凝土的入模温度。夏季施工时 ，当气温高 于 3 2时 ，砂石料 、搅拌机应搭设遮阳棚 ，用冷水 冲洗碎石降温。尽量安排在夜间浇筑混凝土。 ( 4 ) 混凝土的浇筑 。混凝土在运输和泵送过程 中严禁加水。适 当放慢浇筑速度 ，两侧边墙对称分 层浇筑 ，到墙 、拱交界处停 1 1 5 h ，待边墙混凝土 下沉稳定后 ，再浇筑拱部混凝土。混凝土浇筑过程 中必须振捣，提高混凝土的密实度和均质性 ，减少 内 部微裂缝和气孔 ，提高抗裂性。 ( 5 ) 混凝土的脱模 、养护。混凝土拆模时的强 度必须符合设计或规范要求 ，严禁未经试验人员 同意 提前脱模 ，脱模时不得损伤混凝土。待混凝土达到 终凝( 8 h ) 后要洒水养护 ，对于掺入外加剂混凝 土养 护尤为重要。可用喷雾或水管洒水 ，设专人养护 ，时 间不少于 1 4 d 。 ( 责任编辑欧阳越 ) I 1 。 _ l - 。 - - ，“ - 。 “ 。 - 。 “ 。 ， - 。 。 “ ，“ 、 - 。 “ 简讯 中 日合作水库运行管理能力建设项 目启 动会在 京召开 为推进 中 E t 合作水库运行管理能力建设项 目实施进程 ， 做好 水库管理导则 编制工作，水利部和 日本国际协力机构 联合在京召开中日合作水库运行管理能力建设项 目启动会暨 水库管理导则 编写委员会第一次会议。 中日合作水库运行管理能力建设项 目是为了提高我 国水 库运行管理水平，由水利部和 日本国际协力机构合作实施的 政府间专项技术合作项 目。在为期 4年 的项 目实施期 内，日 方将提供接受百名赴 E t 研修人员、派遣专家来华工作等方面 的援助，中日双方围绕 水库管理导则 编制、试点水库课题 研究等开展技术合作和人才培训。 项 目启动会上，水利部国际合作与科技 司副司长刘志广 致开幕辞，建设与管理司司长孙继昌发表题为“ 中国水库建设 与管理” 的主旨讲话，人事司副司长侯京民介绍了项目的实施 管理体制。日本国土交通省土地水资源部部长谷本光司、日 本驻华使馆经济公使片山和之、日本国际协力机构中国事务 所所长山浦信幸出席会议并致辞。部人才资源开发中心主任、 水利水电技术第4 1 卷2 0 1 0年第5期 中日合作水库运行管理能力建设项 目办公室主任陈楚和水利 部大坝安全管理 中心 、海 河水 利 委员 会 引滦工 程管 理局 、长 江水利委员会陆水试验枢纽管理局 、湖南省水利厅、浙江省 水利厅等项目有关单位 、试点水库及上级领导部门代表出席 会议并讲话。 启动会上 ，中E t 双方领导一致表示，中日合作水库运行 管理能力建设项 目的实施 ，是中国政府建设 民生水利 、构建 和谐社会的现实需要 ，是通过采取管理等非工程措施 ，加强 中国水库管理能力、提高水库大坝安全保障水平 、确保防洪、 供水和生态安全的切实举措 ，是将 中日水利领域的合作往更 深更广推进、进一步分享技术经验、拓宽交流领域、深化合 作关系有效途径。通过中日双方 四年时间的扎实工作和努力 ， 一 定能够全面完成项 目在人才培训 、导则编制 、技术推广等 方面的预定目标，为增强 中国水库运行管理能力，推动水利 行业 能力 建设 做出应有 的贡献 。 ( 摘 自“ 中华人民共和国水利部网站” 2 0 1 0年4月1 9日) 4 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m