引水隧洞混凝土裂縫防治及加固處理措施研究

陳慶群

(安徽省安慶市懷寧縣水利局，安徽 安慶 246121)

混凝土結(jié)構(gòu)中裂縫是普遍存在的現(xiàn)象。在引水隧道工程中混凝土結(jié)構(gòu)中存在裂縫將會嚴重影響到水工建筑物的耐久性。在裂縫發(fā)展初期為表層裂縫，表層裂縫對混凝土結(jié)構(gòu)的安全性影響較小，隨著應力在裂縫處不斷集中，將會逐漸發(fā)展成為淺層裂縫或者深層裂縫，將會對結(jié)構(gòu)安全產(chǎn)生影響。目前，影響混凝土裂縫形成的因素眾多。在外力作用下，如剪力[1]、拉力[2]、壓力[3]以及彎矩[4]作用下，混凝土均有可能產(chǎn)生破裂。除了外加荷載引起混凝土結(jié)構(gòu)破裂外，仍有一些因素將會導致混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫，如：混凝土結(jié)構(gòu)設計不合理難以滿足工程需求[5]；混凝土澆筑材料質(zhì)量不合格、各材料配比不合理[6]；外加劑不合適[7]；混凝土自收縮以及碳化[8]；溫度變化引起結(jié)構(gòu)表層裂縫[9]；施工質(zhì)量不達標[10]；混凝土養(yǎng)護時間不足[11]；隧洞基礎不均勻沉降或邊拱受力不均勻[12]等。

本文針對混凝土結(jié)構(gòu)中易出現(xiàn)裂縫的問題，對混凝土裂縫危害性進行研究，并根據(jù)實際工程提出相應的預防和防治措施。

1 引水隧洞混凝土結(jié)構(gòu)裂縫危害性分析

1.1 混凝土裂縫類型及危害性等級分類

不同的裂縫類型、裂縫發(fā)展的不同程度對引水隧洞混凝土結(jié)構(gòu)的危害性不同。引水渠道混凝土結(jié)構(gòu)缺陷形成原因及危害性如表1所示。

參考混凝土結(jié)構(gòu)中的混凝土裂縫分類標準和混凝土壩的混凝土裂縫等級，也可將引水隧洞中的混凝土裂縫分為4個等級：輕微裂縫、一般裂縫、嚴重裂縫、特嚴重裂縫。見表2。

表1 引水渠道混凝土缺陷類型、成因及危害特征

表2 引水渠道混凝土裂縫等級及其危害性

1.2 引水隧洞混凝土裂縫危害性等級評價指標體系建立

可使用一個函數(shù)閾值來表達混凝土裂縫等級評價指標指標體系：

R={Ci,σ,ω}(1≤i≤4)

(1)

通過對多個引水隧道混凝土項目資料的收集，選取了8個因素作為引水隧洞混凝土裂縫等級的評價指標。使用SPSS軟件對收集的數(shù)據(jù)進行神經(jīng)網(wǎng)絡分析，獲取每個評價指標的權(quán)重，指標選取及權(quán)重如表3所示。從表3可以看出，工程重要程度為影響混凝土裂縫危害性等級的最重要因素。

表3 引水渠道混凝土裂縫評價指標體系

2 施工階段引水隧洞混凝土裂縫防治措施

在工程施工階段混凝土裂縫防治可從以下幾個方面進行控制：(1)澆筑材料的選取及質(zhì)量控制。(2)施工工藝質(zhì)量控制。(3)施工環(huán)境溫度控制。(4)新技術(shù)的使用。

澆筑材料是保證引水隧洞混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量達標的基本條件，科學合理的材料選取及配比可以保證結(jié)構(gòu)強度的同時具備一定的經(jīng)濟性。施工工藝質(zhì)量控制是將設計方案轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實，沒有較好的施工工藝質(zhì)量控制，再好的設計方案也難以達到預計的目標，因此，在引水隧洞混凝土襯砌施工過程中應當嚴格按照施工工序進行，使用多種運輸工具完成混凝土的運輸，使用跳倉澆筑的方式防止混凝土澆筑過程中溫度較高，混凝土材料的振搗必須充分不可漏振也不可過振，完成混凝土澆筑工作后，需要對混凝土表面抹光壓實并按照要求進行養(yǎng)護。溫度不適宜是引起混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫的一個重要因素，施工階段主要采取以下兩種方法防止混凝土溫度過高：(1)在混凝土澆筑前，降低混凝土的溫度。(2)降低混凝土與外部環(huán)境之間的溫差，降低溫度梯度差。目前，防止混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫的新技術(shù)主要包括：(1)微生物技術(shù)。利用微生物新陳代謝過程中形成碳酸結(jié)晶體的特點，在使用過程中需要維持微生物能正常存活的外部環(huán)境。(2)納米技術(shù)。用納米材料可以改變混凝土自身的特征，降低吸水率，提高密實度從而改變混凝土的防滲性質(zhì)。

3 引水隧洞運行期混凝土裂縫加固處理措施

在引水隧洞運行期間，仍有可能產(chǎn)生裂縫，目前，常用的混凝土裂縫加固處理措施主要包括：(1)表面封填法。(2)灌漿法。(3)嵌縫法。表面封填法適用于表層裂縫，裂縫對結(jié)構(gòu)安全性影響較小的情況；灌漿法使用加壓法將漿液注入混凝土結(jié)構(gòu)中，當漿液凝固后與原有結(jié)構(gòu)相結(jié)合形成一個整體；嵌縫法是將裂縫周圍進行擴寬形成“U”型或者“V”型凹槽后，清除雜物，使用材料重新進行封填，從而達到加固裂縫、防滲止水的效果。

在工程實踐中伸縮縫位置為裂縫經(jīng)常出現(xiàn)的部位，通過工程經(jīng)驗積累提出一種新型的伸縮縫加固結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)如圖1所示。伸縮縫止水材料采用新型材料，該種類型材料具備較好的物理力學性質(zhì)，在保證伸縮縫整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性以及混凝土結(jié)構(gòu)強度方面具備較好的效果。該材料滿足新時期的環(huán)保要求。通過對多條伸縮縫的處理，取得了較好的使用效果。

混凝土裂縫封填加固處理施工工藝如下：

(1)清污。對待處理裂縫基面進行清理。

(2)對引水隧洞襯砌結(jié)構(gòu)伸縮縫連接處的泡沫板進行清理。

(3)清除混凝土結(jié)構(gòu)基面上的凸起和碳化部分。

(4)在清潔完畢后的混凝土表層涂刷修補裂縫的材料，在材料固結(jié)后，使用高壓氣槍再次進行清理。

(5)底漆施工。首先需要將底漆所用材料進行充分的攪拌混合，然后將混合后的底漆材料均勻的涂抹在混凝土基面部位，當?shù)灼嵬耆探Y(jié)硬化后再進行下一次底漆的涂抹。

(6)裂縫封填施工。使用手持聚脈灌縫機對引水隧洞襯砌結(jié)構(gòu)中的混凝土裂縫進行封填，填充材料必須密實。

(7)表面封填。封填完成后，要求封填表面平整、無凸起、無裂縫。

圖1 伸縮縫加固結(jié)構(gòu)

4 結(jié) 論

(1)引水隧洞混凝土結(jié)構(gòu)在設計、施工以及運行的各個階段均有可能產(chǎn)生裂縫，裂縫的產(chǎn)生對混凝土結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、耐久性、美觀性均會產(chǎn)生一定的影響。在設計、施工、運行階段均需引起足夠的重視。

(2)將引水隧洞混凝土裂縫分為4個等級，選取了8個因素作為裂縫等級評價的指標，使用SPSS法獲取了各個因素的權(quán)重，工程重要程度以及襯砌結(jié)構(gòu)是影響混凝土等級的最重要因素。

(3)針對混凝土結(jié)構(gòu)接縫處易于出現(xiàn)裂縫的特點，提出了一種新型的伸縮縫封填方式，使用的新型材料可以滿足工程環(huán)保和材料強度要求。