污水生化處理池現(xiàn)澆板裂縫檢測與加固案例研究

楊 波，沈正峰，劉 茜，懷 亞

(1.安徽職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 合肥 230011；2.皖西學(xué)院 建筑與土木工程學(xué)院，安徽 六安 237012；3.安徽省建筑工程質(zhì)量第二監(jiān)督檢測站，安徽 合肥 230088)

0 引 言

混凝土結(jié)構(gòu)由濕混凝土現(xiàn)場澆筑而成，澆筑過程中如操作不當(dāng)，后期使用很容易會產(chǎn)生裂縫。產(chǎn)生裂縫的原因有很多種，主要與設(shè)計、施工、材料、不均勻沉降等多種因素有關(guān)，形成機理也比較復(fù)雜，需要經(jīng)過各類參數(shù)檢測才能判斷具體原因。一般構(gòu)件從開始建造到拆除，整個全生命周期都會伴隨裂縫存在，細微裂縫并不影響構(gòu)件使用。裂縫數(shù)量多、縫寬大且出現(xiàn)在主要受力構(gòu)件上時則不僅影響建筑外形，還會影響結(jié)構(gòu)耐久性，嚴(yán)重的會影響構(gòu)件正常使用，影響效果與裂縫出現(xiàn)的位置和形態(tài)有關(guān)?，F(xiàn)澆板出現(xiàn)裂縫的主要形態(tài)包括斜向裂縫、縱橫交叉裂縫和形狀不規(guī)則裂縫[1-8]。構(gòu)件出現(xiàn)裂縫應(yīng)及時檢測判斷成因，對影響結(jié)構(gòu)使用的構(gòu)件需要采取可靠的方法進行加固。

1 工程概況

圖1 +7 m樓板裂縫示意圖

2 +7 m現(xiàn)澆板裂縫的檢測

2.1 檢測儀器

為研究+7 m處現(xiàn)澆板裂縫的形成原因，檢測人員分別用經(jīng)緯儀檢測主體結(jié)構(gòu)橫向位移，用鋼筋檢測儀檢測板內(nèi)部鋼筋布置的直徑和間距，用樓板測厚儀檢測樓板厚度，用裂縫測寬儀檢測樓板寬度，用混凝土回彈儀檢測混凝土強度，并用游標(biāo)卡尺檢測保護層厚度。

2.2 檢測內(nèi)容

2.2.1 主體側(cè)向位移檢測

為分析建筑物的變形情況，利用經(jīng)緯儀對建筑物陽角部位頂點(±0.0～+15.0) m側(cè)向位移檢測，共在結(jié)構(gòu)平面6個凸角處布置1#～6#檢測點，選擇觀測高度14 m，實測出各點頂點側(cè)向位移，選取具有代表性的3#、5#和6#測點，對應(yīng)X和Y向測移如表1所示。檢測結(jié)果均小于H/500(計28 mm)，結(jié)構(gòu)頂點側(cè)向(水平)位移值在《工業(yè)建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50144—2019)[9]A級限值以內(nèi)，滿足規(guī)范要求。

表1 建筑物頂點(±0.0～+15.0) m側(cè)向(水平)位移檢測

2.2.2 現(xiàn)澆板鋼筋間距檢測

隨機抽取現(xiàn)澆板，利用鋼筋定位儀及鋼尺對現(xiàn)澆板正彎矩鋼筋平均間距進行檢測，橫向鋼筋設(shè)計要求為C16@180，實際間距為170～188 mm，縱向鋼筋設(shè)計要求為C16@150，實際間距為142～160 mm，具體檢測結(jié)果見表2。

表2 現(xiàn)澆板正彎矩鋼筋平均間距檢測結(jié)果

2.2.3 現(xiàn)澆板板厚檢測

利用樓板測厚儀對抽選的現(xiàn)澆板板厚檢測，選擇邊長為200 mm左右的結(jié)構(gòu)檢測大面，每塊現(xiàn)澆板板厚測點布置在大面上，并避開局部凹陷或突起部位，測出板厚為427～446 mm，其中現(xiàn)澆板設(shè)計板厚為400 mm，具體檢測結(jié)果見表3。

表3 現(xiàn)澆板板厚檢測結(jié)果

2.2.4 現(xiàn)澆板混凝土強度檢測

利用混凝土回彈儀對抽選的現(xiàn)澆板混凝土強度檢測，經(jīng)計算得出板混凝土抗壓強度平均值、標(biāo)準(zhǔn)差和最小值，并分析出現(xiàn)齡期混凝土強度推定值(混凝土設(shè)計強度為C40)。具體檢測結(jié)果見表4。

表4 現(xiàn)澆板混凝土強度檢測

2.2.5 現(xiàn)澆板最大裂縫檢測

利用樓板裂縫測寬儀測出抽選的現(xiàn)澆板裂縫寬度，并用卷尺測出裂縫長度，經(jīng)過對裂縫寬度、長度和形態(tài)分析，具體現(xiàn)澆板最大裂縫檢測結(jié)果見表5。

表5 現(xiàn)澆板最大裂縫檢測表

2.3 板抗彎承載力核驗

圖2 所選板塊有限元模型

圖3 活荷載在2 kN/m2時板撓度模擬圖

圖4 各種活荷載下板跨中撓度模擬值與計算限值對比

其中:Ieff=0.5Iem+0.25(Ie1+Ie2)；

M0—單位板帶在均布荷載下總靜力彎矩；

l0—板帶計算凈跨度；

E—混凝土彈性模量；

Iem—板帶跨中截面有效慣性矩；

Ieff—單位寬板帶等效慣性矩；

Ie1、Ie2—板帶兩端截面有效慣性矩。

2.4 鑒定結(jié)果

經(jīng)過對主體結(jié)構(gòu)側(cè)移，+7 m板底鋼筋位置、板厚、板混凝土強度、板裂縫寬度和抗彎承載力檢測，可知該工程結(jié)構(gòu)受力系統(tǒng)完整，傳力路線明確，抗側(cè)力構(gòu)件平面布置對稱，房屋無錯層，滿足設(shè)計規(guī)范要求。板厚、板底鋼筋直徑與間距、混凝土強度均滿足施工驗收規(guī)范要求，但現(xiàn)澆板中絕大部分裂縫寬度都超過了混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范允許值0.3 mm，且裂縫處有白色殘留物。

2.5 裂縫成因分析

經(jīng)過組織技術(shù)專家對現(xiàn)澆板裂縫形態(tài)與裂縫分布、裂縫寬度、現(xiàn)場施工環(huán)境及混凝土養(yǎng)護等因素分析，該現(xiàn)澆板裂縫既不是結(jié)構(gòu)原因形成，也不是施工或養(yǎng)護不當(dāng)形成，可能是由于混凝土收縮而形成。經(jīng)過隨機抽選三個混凝土芯樣，在實驗室中檢測了混凝土中的的堿含量(見表6)。

表6 混凝土堿含量檢測結(jié)果

從表6可以看出，三個芯樣中混凝土總堿量、混凝土水溶性堿含量均超過了最大堿含量3.0 kg/m3，導(dǎo)致混凝土澆筑后釋放大量水化熱而產(chǎn)生溫度應(yīng)力，最后現(xiàn)澆板因熱脹冷縮而引起脹裂。

3 裂縫處理與碳纖維布加固

3.1 裂縫處理

裂縫處理時采用灌漿(見圖5)，具體步驟為：(1)先清除裂縫處粉刷層，然后把裂縫兩側(cè)600 mm范圍的粉刷清除，使結(jié)構(gòu)混凝土裂縫露出，裂縫潮濕則用烘干機烘干。(2)用封縫膠粘貼灌膠嘴，嘴間間距一般為200～300 mm。(3)用封縫膠把灌膠嘴之間的混凝土裂縫封閉。(4)配置漿液，攪拌均勻，把灌封膠灌入壓力灌膠器，灌膠器固定在灌膠嘴上加壓。(5)灌膠結(jié)束后卸下壓力注漿器，用堵頭將灌膠嘴堵塞。

圖5 裂縫灌漿處理圖

3.2 碳纖維布加固

現(xiàn)澆板加固的方法有很多種，針對工程中出現(xiàn)的裂縫，采用碳纖維布加固方法。(1)先清理樓板表面劣化的混凝土，露出混凝土結(jié)構(gòu)層，再用修復(fù)材料對表面修復(fù)平整。(2)用滾筒刷把底層樹脂均勻涂抹于混凝土表面，待底層樹脂表面接觸干燥后，盡快進入下一道工序施工。(3)對混凝土凹陷部位用找平材料填補完整，不應(yīng)有棱角。(4)按照設(shè)計尺寸裁剪碳纖維布，先把浸漬樹脂涂抹于黏貼部位，再把碳纖維布黏貼在指定位置。(5)待樹脂接觸干燥后，用黏貼樹脂均勻涂在碳纖維布表面。(6)檢查與驗收，實際黏貼面積不應(yīng)小于設(shè)計面積，位置偏差不應(yīng)大于10 mm。局部粘貼碳纖維布加固圖如圖6所示。

圖6 局部粘貼碳纖維布加固圖

4 結(jié) 語

經(jīng)過對某污水生化處理池主體結(jié)構(gòu)側(cè)向位移檢測，對現(xiàn)澆板板底鋼筋分布、板厚、裂縫寬度、混凝土強度檢測和板承載力核驗分析，得出樓板裂縫產(chǎn)生的原因，利用板底粘貼碳纖維布的方法加固，得到如下結(jié)論，并針對施工與加固提出相關(guān)建議：

(1)碳纖維布是一種很好的加固材料，粘在板底能有效增強板抗彎能力，在工程竣工5個月以來，板未發(fā)生其他質(zhì)量問題。

(2)從對主體結(jié)構(gòu)側(cè)移分析，再對板底鋼筋布置、板厚、混凝土強度、裂縫寬度檢測，并利用ANSYS有限元軟件核驗了板的抗彎承載力，最后確定了裂縫加固的處理方法，此套裂縫處理方案可為類似工程提供借鑒。

(3)工程施工應(yīng)首先嚴(yán)控材料進廠關(guān)，及時對材料取樣和送檢；當(dāng)施工過程中出現(xiàn)裂縫開口過大或裂縫數(shù)量多時，應(yīng)引起注意，及時判斷和處理；裂縫檢測應(yīng)選擇具有資質(zhì)的檢測單位，后期確定加固方案時精心組織，確保每一道工序按照施工規(guī)范要求才能保證工程質(zhì)量。