连云港海边滩涂软淤地基中挡潮闸混凝土裂缝产生的原因、处理及预防措施.pdf

一水利建设与管理 2 0 1 3 年 第 2 期 连云港海边滩涂软淤地基中挡潮闸混凝土 裂缝产生的原因、 处理及预防措施 陈 勇 孙益松 ( 淮安市水利勘测设计研究院有限公司 2 2 3 0 0 5 ) 【 摘 要】 连云港海边挡潮闸为4 孔， 每孔净宽 1 0 1 n ， 设计流量4 6 2 m s ， 底板面高程一 2 0 m， 底板厚度 1 5 n ， 闸顶 高程7 5 m。闸室底板采用沉井基础， 分两块布置， 单块平面尺寸2 2 2 m1 9 m， 刃脚底高程 一1 2 m； 两侧桥 头堡空箱 岸墙基础也采用沉井， 平面尺寸 1 1 5 m1 9 m， 刃脚底高程同闸室。沉井基础与底板采用固定端约束结构。上下游 翼墙为灌注桩基础。工程建成后发现在 闸室底板、 闸墩及上下游翼墙部位出现混凝土裂缝， 裂缝宽度在o 0 5 o 1 3 n l m之间， 长度在 0 61 2 m之间。本文对裂缝产生的厚因进行了探讨分析， 并针对具体情况提出了一些处理 和预防措施。 【 关键词】 挡潮闸 混凝土裂缝 原因 处理措施 预防措施 1 工 程概 况 1 1 地质情况及评价 a 闸址地貌类 型为水下淤泥质浅滩 ， 自南 向北略微 倾斜， 泥面标高 一1 3 9 0 4 9 m 。从上至下分为6个岩土 层， 其中层细分为3个亚层， 层细分为5个亚层。 淤泥： 灰 色， 饱 和， 流 塑。底 标高 一1 0 8 0 一 1 0 2 2 m， 厚 9 1 0 1 0 9 5 m。 黏 土： 褐黄 色， 湿， 可塑， 局 部 硬 塑。顶埋 深 9 1 0 1 0 9 5 m， 底 标 高 一1 7 7 8 一1 7 4 6 m， 厚 6 7 0 7 3 0 m， 中等压缩性。 一 粉质黏 土： 灰黄 色 、 褐 黄色夹少 量蓝灰 色 ， 湿 ， 可塑 ， 局 部 软 塑 。顶 埋 深 1 6 1 01 8 1 5 m， 底 标 高 一 2 5 0 9一 2 2 4 5 m， 厚 4 8 0 7 6 0 m， 中等压缩性 。 一 中砂： 灰黄色， 饱和， 密实。顶埋 深 l 8 1 0 1 9 1 0 m， 底标高 一 2 1 3 0一1 9 5 4 m， 厚 0 6 0 0 9 0 r n ， 标 准贯人试验击数 N= 2 5击。 一 黏土： 灰黄色夹少量蓝灰色， 湿， 可塑。顶埋深 2 3 7 0 m， 底标高 一 2 6 9 9 m， 厚 1 9 0 m， 中等压缩性。 一 。 中砂： 灰黄色、 灰白色， 饱和， 密实， 局部 中密。 顶埋深 2 1 0 0 2 5 6 0 m， 底标高 一 2 9 3 9一 2 5 0 2 m， 厚 1 0 5 3 7 0 m， 标准贯入试验击数 N= 3 1 击。 一 ， 粉质黏土： 灰黄色夹少量蓝灰色， 湿， 可塑。顶 2 2 埋深 2 2 8 02 6 0 5 m， 底 标 高 一2 8 6 0 一2 6 8 4 m， 厚 0 6 5 4 5 0 m， 中等压缩性 。 一 ， 粉细砂： 灰黄色、 灰白色， 饱和， 密实， 局部中密。 顶埋 深 2 2 4 02 8 1 0 m， 底标 高 一3 1 3 2一 2 7 6 9 r n ， 厚 0 5 5 6 3 0 m， 标 准贯入试验击数 v = 2 9击 。 一 黏土： 灰黄色夹少量监灰色 ， 湿 ， 口 f 塑， 士质较 均 匀 ， 局 部 夹 砂 。顶 埋 深 2 6 ( ) 03 0 9 0 m， 底 标 高 一 3 2 4 8 一 2 9 7 4 m， 厚 0 5 0 3 7 5 I l l ， 中等J玉缩 性。 粉质黏土： 灰黄色夹少量蓝灰色， 湿， 町塑， 土 质 较 均 匀 ， 局 部 粉 粒 含 量 较 高 。顶 埋 深 2 7 3 5 2 8 4 0 m， 底标高 一 3 2 1 6一 3 0 6 9 m， 厚 0 7 0 3 0 0 Il l ， 中等压缩性 。 中砂： 灰黄色 、 灰白色， 饱 和， 密实， 局部 中密。 顶埋 深 2 9 1 03 2 3 0 m。该 层 未 揭 穿 ， 揭 露 最 大 厚 l 1 0 0 m， 标准贯入试验击数 = 4 0击。 粉 质黏 土： 灰 黄 色， 湿， 硬 塑。揭 露最 大 厚 1 0 0 m， 中等压缩性。 b 经分析计算， 层亚层厚度变化较大， 浅部软 土分布稳定， 厚9 1 01 0 9 5 m， 地基较稳定， 选用合适 的基础类型可建造构筑物。 1 2 施工工艺流程 施工工艺流程为： 真空预压一沉井砂垫层一1 0 c m混 水利建设与管理 2 0 1 3 年 第 2 期 d 2 0 1 0年 1 1 月 1 3 日首 次 浇筑 第一 个 沉井 混凝 土 ， 2 0 l 1 年 3 月 1 7日首次浇第一块 闸底板混凝土 ， 4月 1 2 E t 开始浇筑闸墩及交通桥混凝土。沉井与底板 、 底板 与闸墩混凝土浇筑 相隔时间较长 ， 温差变化较 大 ， 新 老 混凝土收缩不一致 ， 造成 闸室底板 、 墩墙部位 出现裂缝。 e 2 0 1 0年 1 2月 2 3日沉井 群开 始下 沉 ， 2 0 1 1年 2 月 2 2日全部下沉 到位。4个沉井均 向下 游偏移 ， 2号 井偏 移量最大 ， 为 9 6 8 c m， 1号井偏 移 2 3 5 c m， 3号 井 偏移 8 0 1 c m， 4号井偏移 6 7 5 c m。同时， 4个沉井垂直 水流方向也 出现偏移 ， 4号井 向 3号井偏移 1 0 0 7 c m， 1 号井 向 2 号 井偏移 5 3 c m。沉 井出现超规 范的偏移后 ， 虽经专家召开专题会议研究增加底板面层钢筋进行加 固处理， 但是对于偏心受力构件极易产生不均匀受力， 增加 裂缝 出现 的概率 。 f 混凝土浇筑过程中整体坍落度控制较好， 但不 可否认也出现过坍落度达到 1 6 01 8 0 m m的情况； 同 时冬季施工中， 夜问混凝土结构内外温差较大， 在混凝 土表面收缩 的基础 上， 温度 应力作 用进一 步加 重 了裂 缝的出现。 g 对于该水闸来说， 底板 、 闸墩、 翼墙等都是大体 积 昆 凝土。表面降温快， 产生较大的降温收缩 ； 内部降 温慢， 收缩小。由于混凝土内外温差较大 ， 表面收缩又 受到内部混凝土的约束产生拉应力 ， 当拉应力达到一 定值 时 ， 就会 出现裂缝 。 h 根据规范和有关规定， 相同强度 的7 昆 凝土极限 拉伸值不但与配筋率有关， 而且与钢筋直径有关 ， 采取 合理的配筋率和尽可能的细筋密布， 是抑制混凝土产 生裂缝 的重要途径 。 2 3裂缝处理措施 根据 水工 混凝 土 结构 设计 规 范( s L 1 9 1 2 0 0 8 ) 第 3 1 8条、 第 3 2 6条的规定 ： 底板处于海水 水下区， 属于三类环境， 混凝土结构构件的最大裂缝宽 度限值 W n = 0 2 5 m m； 闸墩及翼墙处于海上大气区及 海水水位变化区， 属于四类环境， 混凝土结构构件的最 大裂缝宽度限值 =0 2 0 m m。该工程裂缝最大宽 度为 0 1 3 ra m， 未超过规范限值， 为确保工程安全运行 ， 对工程所有裂缝均须进行处理。具体如下： a 加强裂缝观察， 做好记录， 待裂缝稳定后 ， 再进 2 4 行处理 。 b 混凝 土裂缝表面清理干净 。 c 对贯 穿性裂 缝及 出现 窨潮 、 渗 水 、 白色析 出物 的裂缝 ， 在紧贴裂缝 两侧 边缘处 垂直裂 缝且 与混 凝 土 面成 4 5 。 角处 ， 每 隔 2 5 c m钻一 个小孔 ， 孔 深 ： 底板部位 2 0 8 0 e ra、 翼墙部位 2 0 4 0 c m， 埋人注浆针头， 并固定 拧紧， 将针头与高压灌注机连接起来 ， 保证其连接密封 不漏浆 ； 然后将 聚氨酯装 入灌注 机 内， 盖 好盖 ， 通 电后 调整合适压力使 聚氨酯通 过针头 进入 裂缝 内部 渗透 ， 与水发生化学反应后膨胀成为 弹性胶状 固结体而嵌 崮 挤紧裂缝。翼墙按由低到高顺序注入， 直至胶状固结 体充满裂缝为止。通过反复注浆， 以保证聚氨酯胶充 满缝隙， 至不再出现窨潮 、 渗水等现象方可。 d 对浅层收缩裂缝采用环氧砂浆封闭处理 e 裂缝处理后须对缝 口处理平 整 ， 外观颜 色与其 他部位基本一致 。 f 所有裂缝处理 ， 待干燥后涂刷 G M 9 0 1多功能有 机硅混凝土保 护剂 ， 不少 于 2遍 。 g 处理过程中详细记录压浆时问、 压浆量 、 环境 温度 、 其他部分有无变形等参数， 灌浆结束后加强观 测 、 记 录有无变化 。 h 裂缝处理完成后， 组织相关单位及技术专家进 行专项验 收。 3 预防措施 3 1 原材料控制 a 选择干缩率 、 水化热较小的水泥 ， 同时还 要考虑 水泥本身的徐变。可采用低热微膨胀水泥来拌制混凝 土， 使其在硬化过程中产生微膨胀 ， 达到防止开裂的目的 b 严格控制 砂 、 石 材料 的 品质 。试验 证 明 ： 当含 泥量为7 时， 其抗拉强度与不含泥相比降低 3 0 左 右， 所以砂石材料必须满足 普通混凝土用砂、 石质量 及检验方法标准 ( J G J 5 2 2 0 0 6 ) 的要求 c 尽可能采用生活饮用水拌制混凝土。 d 尽量不采用含有氯化物的外加剂， 防止钢筋锈 蚀， 产生膨胀裂缝。 3 2 合理选定配合比 单位用水量 、 水泥用量和含砂率越大， 混凝土 t 缩 陈 勇等 连云港海边滩涂软淤地基新城挡 潮闸混凝 土裂 缝产 生的原 因、 处理及预 防措施 率也越大， 其中以单位用水量影响最大。据有关资料 3 6 设计方面 介绍 ， 水灰比由0 4增加到 0 7时， 混凝土干缩率增 a 采用合理 的约束结构也 能有效预防裂缝 的 加 5 0 。 产生 。 3 3 级配方案 b 对于海边滩涂软淤地基 ， 设计时应充分考虑沉 选定骨料最佳级配方案， 减少空隙率， 使混凝土获得 降问题， 采取必 要的防沉降措施， 以避免 出现沉降 最密实的体积以提高混凝土的抗拉强度、 减小收缩裂缝。 裂缝。 尽量使用三级配 ， 一般使用二级配 ， 避免使用单级配。 c 设计时采取合理 的配筋率， 尽可能细钢筋密 3 4 养护 布， 设置防裂钢筋。 混凝土浇筑完成后应及时养护， 养护不好会影响d 根据 水闸设计规范 ( S L 2 6 5 -2 0 0 1 ) 的规定 ， 混凝土强度 ， 容易产生裂缝。养护的方法很多 ， 不管采 闸孔孔径一般不大于 8 m， 闸室底板厚度取闸孔净宽的 用哪种养护方法， 都必须保持混凝土表面湿润 ， 使其散 1 61 8 。对于海边滩涂软淤地基中的闸底板厚度应 发水分越慢越好。 取较大值， 必要时宜加大底板厚度。 3 5 施工方面 e 合理确定单块构件尺寸， 在海边滩涂软淤地基 a 为防止大体积混凝土内外温差过大 ， 冬季施工 中应取设计规范较小值以提高安全系数。 时可采取搭棚保温 、 棚内生炉子升温 ， 表面覆盖薄膜或 f 对于大体积混凝土 ， 设计时应考虑降温措施， 草包。夏季施工时可采取搭棚降温， 混凝土表面及时 如采用抛石混凝土等。 淋水养护， 预先埋设一定数量的冷却水管或采用冰水4 结语 拌制混凝土。 混凝土裂缝是水工建筑物中普遍存在的一种通 b 泵送混凝土面层聚积了大量多余的水分 ， 要及 病， 它的出现会降低建筑物的抗渗能力、 承载能力和使 时排出， 避免过振， 防止水泥砂浆聚集面层。 用寿命等 ， 因此对各类裂缝要区别对待、 认真研究， 并 c 大体积混凝土施工时做到分层浇筑、 均匀上 在施工中采取各种有效措施来预防裂缝的出现和扩 升 、 及时平仓。一旦间隔时间过长 ， 将表面先浇一层 大， 保证水工建筑物安全、 稳定。A 2 3 c m水泥砂浆 ， 然后再继续浇混凝土 。 d 严格控制相邻施工段的混凝土浇筑相隔时间， 参考文献 1 王异 ， 周 兆 桐 混凝 土 施 工手 册M 长 春 ： 吉林 科 学 技术 出 合理确定施工缝 的部位 。 版社 ，1 9 8 5 e 在海边滩涂软淤地基中， 应采取一些特殊措施， 严 2 陈宝华 ，张世儒 $1J E M 北京 ： 中国水利水 电出版社 ， 2 0 0 3 格控制沉井下沉偏移情况， 使其在规范规定的范围内。 ( 上接第 4 2页) 降至 3 C， 同时避免了冻仓现象的发 参考文献 生； 对砂采用冷风管道预冷， 降温 幅度 2 ； 因为骨料 1 S L T 2 4 2 一l 9 9 9 周期式混凝土搅拌楼( 站) s 北京： 中国 每降温 1 c c， 混凝土出机 口温度可降 0 _ 6 c I = ， 因止 匕 对整 2 机技术 s 北京 ：中国建舡 楼混凝土的预冷效果非常显著。 业出版社， 1 9 8 9 ： 6 1 士 五 3 水利电力部水利水电建设总局 水利水电工程施工组织设计 手册第四卷： 辅助企业 M 北 京： 中国水利水 电 出版 社， 2 6 m 超大楼骨料风冷新技术特别是两级风冷 1 9 9 1 3 6 2 4 0 8 技术的首次应用成功 ， 为以后 的大方量生产低温常态 4 D L T 5 3 8 6 -2 0 0 7 水电 水利工程混凝土预冷系设计导则 s 或低温碾压混凝土提供了可靠依据 可推广应用。A 5 5帽 1 1 2- 电力 2 0 0 出 0 _ s = 北京： 中国 电力出版社 ， 2 0 0 0 ： 1 01 1 2 5