現(xiàn)澆鋼筋混凝土水處理構(gòu)筑物滲漏成因與防治修復(fù)

【摘 要】滲漏是現(xiàn)澆鋼筋混凝土水池施工和使用中的常見問題，本文簡要介紹了鋼筋混凝土水池滲漏的成因，提出了減少水池滲漏的設(shè)計施工措施，結(jié)合實例著重介紹了修復(fù)現(xiàn)澆鋼筋混凝土水池滲漏的工程措施，并提出了一些水池設(shè)計施工方面的建議。

【關(guān)鍵詞】鋼筋混凝土水處理構(gòu)筑物；滲漏；裂縫；變形縫；修復(fù)

1 引言

隨著我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)事業(yè)的飛速發(fā)展，現(xiàn)澆鋼筋混凝土修造的大型水處理構(gòu)筑物正得到愈來愈廣泛的應(yīng)用。由于其主要功能就是貯存和處理水體，因此除滿足結(jié)構(gòu)在承載力極限狀態(tài)下的強度要求外，其在正常使用極限狀態(tài)下，比普通工業(yè)和民用構(gòu)建筑物有著更加嚴(yán)格的水密性和抗?jié)B要求。然而，現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在施工期間容易出現(xiàn)裂縫，不僅影響工程表觀質(zhì)量，而且影響耐久性，嚴(yán)重的還會導(dǎo)致滲漏，而一些設(shè)計預(yù)定的薄弱部位，如施工縫、變形縫等，處理不當(dāng)，也極易導(dǎo)致滲漏，不經(jīng)修復(fù)無法正常投入使用。由于這些鋼筋混凝土構(gòu)筑物常深埋于地下或半埋于地下，一旦投入使用其修復(fù)難度很大，這也正是水處理構(gòu)筑物在施工結(jié)束、回填之前進(jìn)行閉水試驗的原因之一。

因此，在工程建設(shè)中設(shè)計、施工和監(jiān)理各方應(yīng)對如何防止鋼筋混凝土水處理構(gòu)筑物的滲漏問題制定可靠的工程措施。本文結(jié)合具體工程實例介紹鋼筋混凝土水處理構(gòu)筑物滲漏產(chǎn)生的主要原因及其防治與修復(fù)。

2 鋼筋混凝土水池滲漏的種類與成因

鋼筋混凝土水池滲漏的成因非常復(fù)雜，有多種因素相互影響，就其產(chǎn)生的主要原因，建設(shè)期間常見的主要分裂縫產(chǎn)生和施工縫、變形縫破壞兩大類，多年使用的構(gòu)筑物也存在由于腐蝕而導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)破壞而引起的滲漏。

2.1 混凝土裂縫

溫度裂縫：在混凝土硬化期間，水泥水化放熱、外部氣溫變化以及混凝土各組分熱膨脹系數(shù)不均衡，都會在混凝土表面和內(nèi)部引起很大的拉應(yīng)力，當(dāng)這些拉應(yīng)力超出混凝土材料的抗拉強度時，即會出現(xiàn)裂縫。

收縮裂縫：混凝土收縮所引起的裂縫是比較常見的，混凝土收縮一般包括塑性收縮，即在混凝土初凝階段，隨著混凝土發(fā)生沁水和表面水分急劇蒸發(fā)，混凝土失水收縮；沉降收縮，即在混凝土初凝階段，骨料因自重下沉，在下沉過程中受到鋼筋阻擋，便可能形成沿鋼筋方向的裂縫；水化收縮，即混凝土中水泥與水發(fā)生水化反應(yīng)，造成體積減小引起的收縮；干燥收縮，即混凝土結(jié)硬以后，隨著水分逐步蒸發(fā)，混凝土體積減小，亦稱為干縮。因混凝土表層水分損失快，內(nèi)部損失慢，因此產(chǎn)生表面收縮大、內(nèi)部收縮小的不均勻收縮，致使表面混凝土承受拉力，當(dāng)表面拉力過大時，便會產(chǎn)生收縮裂縫。

地基沉陷引起的裂縫：沉陷裂縫的產(chǎn)生是由于結(jié)構(gòu)地基土的土質(zhì)松軟、不均勻、回填土不密實或浸水濕陷、凍脹等原因，造成地基土不均勻沉降所導(dǎo)致的。此類裂縫多為深進(jìn)或貫穿性裂縫，其走向與沉陷情況有關(guān)。對于整體澆注混凝土的部位，裂縫一般沿與地面垂直方向或與地面呈30°～45°角方向發(fā)展；而對于變形縫部位，往往造成構(gòu)筑物相鄰部分或構(gòu)件的豎向錯位。裂縫寬度往往與沉降量成正比關(guān)系，并且豎向裂縫寬度常常從上至下呈楔形漸變。

施工不當(dāng)引起的裂縫：在混凝土結(jié)構(gòu)澆筑、構(gòu)件制作、支模板等過程中，若施工工藝不合理或施工質(zhì)量低劣，就容易產(chǎn)生裂縫。裂縫出現(xiàn)的部位、走向、寬度因產(chǎn)生的原因而異，比較典型和常見的有：（1）混凝土澆注缺陷：當(dāng)水池池壁較薄、模板相對較高時，如混凝土和易性欠佳、澆注方法不當(dāng)、振搗不充分時，拌合物易產(chǎn)生離析，局部出現(xiàn)空洞、蜂窩、麻面等現(xiàn)象，形成水流通道，從而發(fā)生滲漏。（2）預(yù)留預(yù)埋處理不當(dāng)：由于預(yù)埋管（翼環(huán)）未焊好止水板、預(yù)埋件安裝前未將表面清除干凈或者由于預(yù)埋件（管）周圍的混凝土未澆搗密實等，影響了其與混凝土的粘結(jié)，都可能形成裂縫、蜂窩和孔洞而致漏水。（3）模板固定不當(dāng)：固定模板的對拉螺栓（或鐵絲）部位常常形成裂縫而導(dǎo)致漏水，其主要原因是對拉螺栓未焊止水環(huán)或止水環(huán)焊接質(zhì)量不佳，形成縫隙而導(dǎo)致漏水。（4）鋼筋施工不當(dāng)：在綁扎鋼筋時，未按規(guī)定設(shè)置足夠的保護(hù)層，或設(shè)置保護(hù)層的方法不當(dāng)，致使鋼筋與模板直接接觸，或有貫通內(nèi)外壁的鋼筋、鐵絲等，水可能沿鋼筋與混凝土結(jié)合處的縫隙滲漏。（5）混凝土配比不當(dāng)：任意套用混凝土配合比或水、砂石、水泥材料計量不準(zhǔn)等原因，都可能造成混凝土強度、抗?jié)B性能、抗收縮性能等指標(biāo)下降，在外荷載作用下導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開裂、漏水。

2.2 變形縫防水結(jié)構(gòu)破壞引起的滲漏

在大型水池的設(shè)計和施工中，由于水池超長、超寬，常會采用各種變形縫來適應(yīng)溫濕度變形、地基沉降和地震等影響。然而柔性的變形縫處往往是整個水池最薄弱的環(huán)節(jié)，變形縫處發(fā)生滲漏多由以下原因引起：止水帶連接質(zhì)量不佳或在施工過程中被損壞；止水帶表面與混凝土結(jié)合不佳，界面處形成縫隙；水池溫濕度變形或地基不均勻沉降變形超過止水帶承受能力，止水帶撕裂或被從混凝土構(gòu)件中拉出；止水帶因為缺乏保護(hù)或超過使用年限，發(fā)生破損、老化、變形等。

2.3 混凝土在各種侵蝕介質(zhì)和環(huán)境下劣化引起的滲漏

由于混凝土在空氣中發(fā)生中性化（堿性降低）和碳化劣化；在氯鹽、硫酸鹽等侵蝕介質(zhì)作用下表面發(fā)生劣化；在長期凍融環(huán)境下發(fā)生凍害劣化等，都可能造成混凝土強度、抗?jié)B性能和結(jié)構(gòu)耐久性降低，從而在外力作用下導(dǎo)致開裂、漏水。

3 防止?jié)B漏的措施

3.1 設(shè)計構(gòu)造措施

混凝土是一種復(fù)合材料，其自身約束影響、外界條件約束影響及產(chǎn)生裂縫的原因都十分復(fù)雜。因此在設(shè)計過程中，除根據(jù)具體條件作應(yīng)力計算外，采用一系列綜合性構(gòu)造措施對控制裂縫是十分必要的。根據(jù)工程的具體情況可以采用以下幾種處理方法：

3.1.1 減少外界邊界約束：對于超長混凝土水池，宜采用減少外界對構(gòu)筑物邊界約束的措施，保證結(jié)構(gòu)在變形時能夠自由伸縮，以達(dá)到釋放應(yīng)力的目的。例如：當(dāng)?shù)鼗鶠閹r石或其它堅硬土層時，應(yīng)在底板下設(shè)置柔性滑動層，使結(jié)構(gòu)能夠自由伸縮，避免產(chǎn)生裂縫。

3.1.2 設(shè)置變形縫或后澆帶：這是結(jié)構(gòu)工程設(shè)計施工的常用方法，變形縫和后澆帶可以有效地釋放混凝土硬化和養(yǎng)護(hù)期間的收縮，消除因施工期的變形引起的結(jié)構(gòu)附加應(yīng)力。

3.1.3 使用外加劑：隨著工程技術(shù)的快速發(fā)展，各種混凝土外加劑的性能和使用頻率也得到很大提高。在混凝土中摻加膨脹劑和抗裂減水劑等，混凝土的膨脹量可以部分抵消混凝土硬化和養(yǎng)護(hù)期間的收縮變形，改善結(jié)構(gòu)使用期間溫度變形的適應(yīng)能力，防止溫度裂縫的發(fā)生。

3.1.4 合理進(jìn)行構(gòu)造設(shè)計提高抗裂性能：對扶壁式擋水墻，池壁和底板連接處，宜設(shè)置加強腋角以增大轉(zhuǎn)角處剛度，分散豎向交角處應(yīng)力。為防止池壁產(chǎn)生貫穿裂縫并減少表面裂縫，底板上下和池壁兩側(cè)鋼筋應(yīng)對稱設(shè)置，水平鋼筋盡量細(xì)而密，單側(cè)最小配筋率應(yīng)控制在0.2%左右。另外，采取在池壁頂部增設(shè)鎖口筋、轉(zhuǎn)角處設(shè)置水平加強筋、洞口處設(shè)置加固鋼筋等合理的結(jié)構(gòu)布置和構(gòu)造措施，可以減少溫、濕度等因素對結(jié)構(gòu)的影響。

3.2 施工技術(shù)控制

嚴(yán)格控制混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展，除嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)計技術(shù)要求外，施工過程中的技術(shù)控制也是十分重要和必要的。

3.2.1 模板要求：模板應(yīng)牢固、密實，不得漏漿。當(dāng)內(nèi)、外模板之間使用拉筋時，應(yīng)在每一根拉筋上加焊止水環(huán)。

3.2.2 混凝土澆注：由于水池池壁相對較薄，為避免混凝土產(chǎn)生分層、離析，澆注可分層分段進(jìn)行；全面細(xì)致地進(jìn)行振搗，防止漏振、欠振現(xiàn)象的發(fā)生；還應(yīng)注意層與層、段與段之間的澆注時間間隔不得超過初凝時間，以免出現(xiàn)混凝土結(jié)合缺陷。如條件允許，應(yīng)盡量減少施工縫的數(shù)量。

3.2.3 嚴(yán)格控制水膠比和膠凝材料用量：有抗?jié)B要求水池混凝土的水膠比一般控制在0.45~0.5左右，每立方米混凝土膠凝材料用量不宜小于320kg。過高的水膠比往往導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生多處干縮裂縫，嚴(yán)重影響構(gòu)件水密性和耐久性。單位體積混凝土水泥用量過多時，會產(chǎn)生額外的水化熱加劇混凝土溫度收縮；而單位體積混凝土膠凝材料用量較少，或膠凝材料中影響混凝土抗?jié)B性能的摻合料添加比例過高時，混凝土的自身抗?jié)B性能將大大較低。這種由于混凝土配比不當(dāng)引起的水池滲漏，往往是難以有效修復(fù)的。

3.2.4 養(yǎng)護(hù)：應(yīng)在混凝土初凝以后開始覆蓋養(yǎng)護(hù)，終凝后即應(yīng)灑水養(yǎng)護(hù)，拆除模板后也要定時澆水以保持表面濕潤。為防止出現(xiàn)干縮裂縫及溫度裂縫，最好在表面覆蓋塑料薄膜或麻袋草簾等進(jìn)行保溫、保濕、養(yǎng)護(hù)。

4 工程實例

4.1 實例一

某污水處理廠的水解酸化池，平面尺寸18.5x11.5m，基礎(chǔ)埋深2.35m，地面以上外露4.65m，池壁厚400mm，屬地上式敞口水池。該水池采用天然地基，其地基承載力特征值為140kpa，地下水埋深約為9m，無不良地質(zhì)狀況。該水池主體結(jié)構(gòu)施工完成后，蓄水試驗時發(fā)現(xiàn)在池壁有兩處滲水現(xiàn)象。

試水前、后的沉降觀察記錄表明，該水池?zé)o明顯不均勻沉降。觀察發(fā)現(xiàn)兩處滲漏點均出現(xiàn)在池壁水平施工縫處。結(jié)合施工記錄，分析認(rèn)為造成滲漏的主要原因如下：

4.1.1 該水池池壁在澆筑施工縫處混凝土?xí)r現(xiàn)場突發(fā)停電，由于施工組織不完善，無應(yīng)急預(yù)案，導(dǎo)致使施工縫處同一層混凝土未能連續(xù)澆筑。

4.1.2 施工縫處下層混凝土表面的水泥砂漿粉末清理不徹底，上下層混凝土之間部分位置形成夾渣層，影響上下層混凝土的粘結(jié)質(zhì)量。

4.1.3 由于池壁鋼筋較密、內(nèi)外模板間距較窄，施工縫處人工振搗部分沒有充分搗實，形成空洞和縫隙。

現(xiàn)場修復(fù)處理的主要步驟如下：

（1）首先用鋼釬或切割機將裂縫擴大，形成“V”形槽并清洗干凈

（2）對于施工縫處較大的空洞和縫隙，采用環(huán)氧砂漿填充封閉裂縫；對于沿施工縫處細(xì)小的裂縫，采用低壓注入環(huán)氧樹脂漿液使裂縫封閉。

（3）對修補后的表面采用環(huán)氧砂漿抹平，并涂刷環(huán)氧樹脂防水涂料2遍。

池壁通過上述方法修復(fù)處理后再次進(jìn)行蓄水試驗，池壁未發(fā)現(xiàn)有滲漏。該項工程已于2008年投入使用，至今未出現(xiàn)異常。

4.2 實例二

某污水處理廠的立環(huán)氧化溝，平面尺寸72.3x28.65m，基礎(chǔ)埋深3.65m，地面以上外露3.05m，池壁厚450mm，屬地下式敞口水池，沿短邊方向共分為3格，長邊方向均勻設(shè)置2道變形縫，使用橡膠止水帶止水。該水池采用天然地基，其地基承載力特征值為150kpa，地下水埋深約為4m，無不良地質(zhì)狀況。該水池主體結(jié)構(gòu)施工完成后，蓄水試驗時發(fā)現(xiàn)在北側(cè)池格外池壁兩處變形縫均有漏水現(xiàn)象，漏水點均位于底板和池壁交接處，漏水量較大。

試水前、后的沉降觀察記錄表明，該水池發(fā)生滲漏的變形縫兩側(cè)無明顯不均勻沉降。結(jié)合施工記錄，分析認(rèn)為造成滲漏的主要原因集中在變形縫的施工上：

4.2.1 施工中變形縫橡膠止水帶連接方式不當(dāng)，沒有采用規(guī)范規(guī)定的“熱壓機硫化膠合”，而采用了規(guī)范禁止的冷粘結(jié)方式，滲漏處恰為止水帶接頭位置，且未經(jīng)檢驗就進(jìn)行混凝土澆筑。

4.2.2 支模板時，沒有對止水帶采取有效措施進(jìn)行固定和保護(hù)，澆筑混凝土?xí)r由于應(yīng)力增大導(dǎo)致止水帶接頭撕脫斷裂。

4.2.3 混凝土澆筑過程中振搗不足，橡膠止水帶下部混凝土與止水帶未充分貼合，形成連續(xù)的空洞和縫隙等，導(dǎo)致滲漏加劇。

4.2.4 變形縫嵌縫密封材料系施工單位現(xiàn)場配制，試水前已發(fā)生明顯干縮，未起到密封作用。

現(xiàn)場修復(fù)時在底板上表面和池壁內(nèi)側(cè)采取了外貼式止水帶的技術(shù)措施處理，主要處理步驟如下：

（1）將水池底板上表面及池壁內(nèi)側(cè)變形縫處的混凝土面層鑿除并清理干凈。然后將變形縫內(nèi)深6~8cm左右的干縮嵌縫料清除，并將縫內(nèi)表面清洗干凈。

（2）在清理后的底板和池壁變形縫處，用遇水膨脹橡膠條嵌入縫內(nèi)底部并壓密實；然后使用雙組份聚硫密封膠嵌入伸縮縫內(nèi)填滿。

（3）將水池伸縮縫兩側(cè)彈線，鉆孔、清孔并植入化學(xué)螺栓，植入間距250mm，深度12cm。

（4）用環(huán)氧樹脂砂漿將鑿除的混凝土表面抹平整；將連接定制好的外貼式橡膠止水帶兩側(cè)打孔，止水帶尺寸根據(jù)現(xiàn)場實測數(shù)值定做，避免出現(xiàn)接頭。

（5）將橡膠止水帶采用-5×60不銹鋼扁鋼壓緊，并用不銹鋼螺栓固定。橡膠止水帶壓緊施工時，沿池底中心向池壁依次固定，防止橡膠止水帶產(chǎn)生縫隙。

（6）在止水帶與不銹鋼扁鋼的接觸面及止水帶與底板或池壁的接觸周邊縫隙均采用雙組分聚硫密封膠封口。

（7）在橡膠止水帶外側(cè)掛鋼絲網(wǎng)抹灰罩面保護(hù)，對螺栓頭外露部分，涂刷環(huán)氧瀝青保護(hù)。

池壁通過上述方法修復(fù)處理后再次進(jìn)行蓄水試驗，池壁未發(fā)現(xiàn)有滲漏部位。該項工程投入使用2年來，未出現(xiàn)異常。

5 結(jié)語

通過對鋼筋混凝土水池防裂抗?jié)B措施的研究，以及眾多的大型水池設(shè)計、施工的成功經(jīng)驗說明，水池裂縫、滲漏的產(chǎn)生和發(fā)展，是可以從根本上得到控制和減少的。

首先，結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)綜合考慮外部環(huán)境、地基處理、材料選擇、構(gòu)造措施和細(xì)部處理等多方面因素對水池滲漏的影響，合理確定結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。其次，在施工中應(yīng)該嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)程和設(shè)計圖紙施作，加強監(jiān)察，避免施工不當(dāng)造成結(jié)構(gòu)的缺陷隱患。第三，加強設(shè)計與施工的交流，做到設(shè)計了解施工過程，切合施工、方便施工；施工也要領(lǐng)會設(shè)計意圖，施作符合設(shè)計、落實到位。只有設(shè)計、施工、監(jiān)理各方都高度重視，加強控制，才能減少因修補帶來的工期拖延和人力物力的浪費，保證工程的順利實施。

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