吳小靜

(新疆伊犁河流域開發(fā)建設(shè)管理局，烏魯木齊 830000)

水工隧洞混凝土裂縫分析及加固研究

吳小靜

(新疆伊犁河流域開發(fā)建設(shè)管理局，烏魯木齊 830000)

文章對水工混凝土結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的裂縫進行分析，結(jié)合實際施工案例，對混凝土結(jié)構(gòu)的安全運行以及裂縫的存在產(chǎn)生的影響加以闡述，提出水工隧洞混凝土裂縫的控制和預(yù)防以及加固措施，通過實驗和相關(guān)的歸納總結(jié)，對裂縫的危害以及加固措施等進行詳細(xì)的論述，提出水工隧洞裂縫的預(yù)防以及加固措施，如溫度控制、養(yǎng)護、原材料的選取、微生物納米技術(shù)等。

水工隧洞；混凝土裂縫；裂縫危害；伸縮縫加固

水工隧洞混凝土在施工過程中，由于混凝土材料的的質(zhì)量缺陷、施工技術(shù)不達(dá)標(biāo)等問題，導(dǎo)致了整體結(jié)構(gòu)內(nèi)應(yīng)力發(fā)生了變化，在表層集中出現(xiàn)裂縫，如貫穿或者深層裂縫就較為普遍，不僅影響結(jié)構(gòu)的美觀，也影響了結(jié)構(gòu)的正常和安全使用。對于水工隧洞結(jié)構(gòu)的整體質(zhì)量產(chǎn)生不良影響。

1 水工隧洞裂縫概述

水工隧洞裂縫以及質(zhì)量缺陷見表1。

表1 水工隧洞裂縫以及質(zhì)量缺陷

對于水工隧洞中的裂縫的出現(xiàn)，必須采取有效的措施，才能減少隧洞中裂縫的產(chǎn)生，由于裂縫的產(chǎn)生在水工隧洞混凝土施工中較為常見，因此也可以將之視為水工隧洞加工處理技術(shù)難題之一。

2 水工隧洞混凝土裂縫成因

2.1 外力荷載引起的裂縫

與鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)構(gòu)件中的截面彎矩、剪力等有直接的關(guān)系，由于內(nèi)力的性質(zhì)不同，因此裂縫的形態(tài)也不同：①彎曲裂縫，具有兩點對稱的荷載作用，出現(xiàn)彎曲裂縫的時候，往往是外荷載較大引起的；②剪切荷載引起的裂縫，該類型的裂縫出現(xiàn)的原因，往往是由于水工混凝土承受的剪切荷載超過了抗剪強度導(dǎo)致；③受拉裂縫，這種類型的裂縫一般出現(xiàn)在構(gòu)件處，表現(xiàn)為延伸擴展的結(jié)構(gòu)性裂縫，產(chǎn)生的原因是構(gòu)件承受張拉力超過了混凝土結(jié)構(gòu)的極限抗拉強度；④受壓裂縫，該種類型的裂縫，是構(gòu)件在軸向壓力作用下，壓應(yīng)力超過了混凝土的抗壓強度，當(dāng)構(gòu)件的壓應(yīng)力超過混凝土的抗壓強度后，結(jié)構(gòu)的內(nèi)應(yīng)力出現(xiàn)了直線的下降[1]。

2.2 非外力荷載引起的裂縫

這一類型的裂縫，產(chǎn)生于原材料的質(zhì)量不達(dá)標(biāo)、混凝土在結(jié)構(gòu)設(shè)計上的不合理，混凝土的配合比不合理以及外加劑的數(shù)量和種類不當(dāng)?shù)?。例如結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理產(chǎn)生的裂縫，一般是由于偶然因素引起的，當(dāng)構(gòu)件的設(shè)計尺寸難以滿足運行要求，就可能會由于膨脹開裂導(dǎo)致縱向和環(huán)向的變形縫出現(xiàn)。原材料的質(zhì)量不能媽祖工程需要，有可能會導(dǎo)致水泥品種的選取不能適應(yīng)水工隧洞的施工，或者水泥在運輸?shù)倪^程中出現(xiàn)了塊體，引起混凝土開裂，破壞結(jié)構(gòu)的整體性；還有由于混凝土配合比合理，也可以產(chǎn)生裂縫[2]。外加劑的數(shù)量和種類不妥當(dāng)，也是導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫的原因之一。在不同外加劑的用量和種類的選取下，混凝土內(nèi)部出現(xiàn)了應(yīng)力收縮，導(dǎo)致了混凝土發(fā)生干鎖反應(yīng)，由此產(chǎn)生了裂縫和干縮，或者將混凝土結(jié)構(gòu)縫內(nèi)擴散速率加以計算與分析，得到了混凝土產(chǎn)生干鎖裂縫的原因。另外還有堿骨料反映等帶來了混凝土開裂的現(xiàn)象等，還有季節(jié)因素，尤其是冬季導(dǎo)致鋼筋混凝土襯砌結(jié)構(gòu)發(fā)生冰凍，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)最終出現(xiàn)了裂縫。

3 水工混凝土裂縫控制措施及混凝土加固分析

1)由于水工混凝土裂縫的產(chǎn)生原因很多，因此為了保證水工結(jié)構(gòu)安全，應(yīng)該建立有效的裂縫防治措施加以治理。

對裂縫的危害性進行評估和分析，采用現(xiàn)場檢驗、數(shù)學(xué)監(jiān)控模型、結(jié)構(gòu)計算分析、模型和人工檢測的方式等，將智能化和數(shù)字化監(jiān)控引入到水工建筑工程內(nèi)容中來。采用小波分析、模糊數(shù)學(xué)理論、現(xiàn)場檢測法等，采用雷達(dá)、紅外熱譜等加以分析[3]。

2)進行水工混凝土結(jié)構(gòu)的加固，一般分為直接、間接、綜合加固的方法。在實踐過程中，采用預(yù)應(yīng)力法、外包包剛、支點法的加固方法，能夠通過多種方式截出外界荷載的真實數(shù)據(jù)，然后通過不同的方式對外界荷載作用加以減少，從而達(dá)到結(jié)構(gòu)的安全可靠性。①采用截面加固加大力度的方法，是使用植筋加固的技術(shù)在新的混凝土結(jié)構(gòu)中植入鋼筋，連接前要注意提高結(jié)構(gòu)物的極限承載力，保證混凝土結(jié)構(gòu)中有新的鋼筋，保證混凝土結(jié)構(gòu)的有效連接。②外包剛加固法。采用混凝土結(jié)構(gòu)的變形，將鋼板的抗拉因素加以充分的計算，最終計算出鋼筋圖結(jié)構(gòu)和鋼板的抗拉強度等結(jié)果。采用碳纖維布加固混凝土結(jié)構(gòu)可提高結(jié)構(gòu)的抗震性能、力學(xué)性能和整體物理性能，提高碳纖維布和混凝土界面處的黏結(jié)力，具有聚販彈性涂層的碳纖維布加固混凝止結(jié)構(gòu)，提高混凝王結(jié)構(gòu)的耐久性。③預(yù)應(yīng)力加固方法，通過加固時候使用的不同材料進行使用范圍的設(shè)定大大增加預(yù)應(yīng)力拉桿加固和預(yù)應(yīng)力撐桿加固方面的施工數(shù)量等。

4 水工隧洞裂縫診斷以及加固研究

1)水工建筑物的裂縫診斷，可以劃分為強度和缺陷診斷兩種類型，對于水工建筑物的缺陷以及強度進行監(jiān)測，對于采用有效措施加固水工隧洞裂縫具有很大的幫助。

表2 水工混凝土裂縫產(chǎn)生缺陷的類型、影響以及原因

當(dāng)碰到混凝土加速混合施工的情況的時候，水工隧洞混凝土主建筑物中可能產(chǎn)生不同方向、寬度、深度的裂縫，這些裂縫各自的危害性不同，因此要保證結(jié)構(gòu)的的穩(wěn)定性和不均勻性，需要事先進行變壓。

2)對于水工隧洞中混凝土的裂縫先要按照分類標(biāo)準(zhǔn)以及分類等級，進行危害等級和情況的劃分，具體見表3。

表3 混凝土裂縫危害以及相應(yīng)的危害情況

經(jīng)過對水工混凝土的結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的裂縫進行了分級，應(yīng)從水工隧洞承載能力的提高方面入手，先進行穩(wěn)定性的分析，由于裂縫能夠發(fā)生擴展，影響著水工隧洞的穩(wěn)定性，因此從線性斷裂力學(xué)的角度，分析裂縫的穩(wěn)定性，一般分為張開型、滑開型以及撕開型3種，基于復(fù)合節(jié)點單元進行裂縫數(shù)值的模擬，將混凝土材料單元的節(jié)點變?yōu)閮蓚€，得到了對應(yīng)節(jié)點的地方分開，從而有效地驗證了模擬裂縫的幾何性質(zhì)，確定了水工隧洞極限承載能力。采用模型試驗法，可以記錄和觀察裂縫的產(chǎn)生到失效的全過程，得到關(guān)于水工隧洞結(jié)構(gòu)材料的破壞準(zhǔn)則的有限元方針分析。

5 案例分析

某水工隧洞工程，由于拱頂欠厚，造成了整體承載出現(xiàn)了問題，首先建立模型，進行網(wǎng)格剖分，得到了外襯混凝土、內(nèi)外襯托之間的彈性夾層等數(shù)值，將模型網(wǎng)格中混凝土的結(jié)構(gòu)中的裂縫的實際情況予以展現(xiàn)。 最終采用了黏鋼加固混凝土技術(shù)，將鋼板使用膠黏層緊貼在混凝土基層表面，然后協(xié)同原來的混凝土構(gòu)件展開承載。該加固技術(shù)工藝簡單、施工便捷，硬化的時間較短，不會增加結(jié)構(gòu)的自重。工藝流程見圖1。

圖1 黏鋼加固混凝土技術(shù)施工工藝流程

6 結(jié) 語

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是水工隧洞的主要結(jié)構(gòu)，對于混凝土結(jié)構(gòu)裂縫中結(jié)構(gòu)安全運行等展開論述，評估裂縫的危害，處理裂縫的設(shè)計問題，保證裂縫的安全性等，采用加固和防滲研究，杜絕混凝土的結(jié)構(gòu)的缺陷，才能保證工程具有廣大的應(yīng)用前景，防止裂縫產(chǎn)生對隧洞以及周圍建筑物造成危害。

[1]趙海波,王安琪.水工隧洞襯砌混凝土裂縫產(chǎn)生原因及預(yù)防措施[J].水利規(guī)劃與設(shè)計,2016(04):111-113.

[2]胡曉燕.水工隧洞襯砌混凝土裂縫成因分析及控制措施[J].世界華商經(jīng)濟年鑒·城鄉(xiāng)建設(shè),2012,19(05):52.

[3]武俊峰,葉曉培.糯扎渡水電站右岸泄洪洞混凝土防裂技術(shù)研究[J].水利水電技術(shù),2014,45(03):33-35.

TV554

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1007-7596(2017)09-0132-04

文章編號：1007-7596(2017)09-0111-05

2017-08-22

吳小靜(1986-)，女，陜西南鄭人，工程師，研究方向為水利工程建設(shè)管理、施工。