渡槽混凝土施工溫度引發裂縫的處理

黃　濤（中鐵建大橋工程局集團第六工程有限公司,長春130000）

渡槽混凝土施工溫度引發裂縫的處理

黃濤
（中鐵建大橋工程局集團第六工程有限公司,長春130000）

目前，利用計算機技術進行混凝土溫度應力變化的分析能夠較精確的模擬實際施工過程，為工程設計提供依據。本文根據南水北調中線一期總干渠某標段工程渡槽工程實際，將渡槽工程混凝土參數、初始條件和邊界條件進行限制和預設，利用FEPG有限元分析計算軟件進行了渡槽溫度應力三維有限元分析,結合有限元分析數據分析了避免施工溫度引發裂縫的措施。因為混凝土溫度變化過程的復雜性和影響參數的多元性，目前對裂縫的完全避免還難以實現，因此本文對一旦出現裂縫后的處理工作進行了研究分析。

渡槽；混凝土；有限元分析；溫度；裂縫；防治

渡槽混凝土施工屬于大體積混凝土工程，溫度引發裂縫一直是一項技術難題。傳統的大體積混凝土溫度計算是依靠公式和經驗進行表面溫度和中心高溫溫度計算，因為混凝土內部溫度變化的復雜性，傳統大體積混凝土溫度計算方法并不能真實的反應混凝土內部溫度及應力變化。國內外工程實踐表明,借助先進的計算機三維有限元分析軟件，通過對混凝土溫度裂縫的影響因素分析，能夠對南水北調中線一期總干渠某標段渡槽工程這種大體積混凝土工程進行有效的溫度裂縫預防。

1　研究背景

渡槽又稱高架渠、輸水橋，是一組由橋梁，隧道或溝渠構成的輸水系統。在混凝土施工中，混凝土內外溫差造成的溫度應力是導致產生裂縫的影響因素之一。本文結合南水北調中線一期總干渠工程某標段渡槽混凝土施工為實例，分析了對于渡槽混凝土施工這種大體積混凝土施工中溫度應力產生裂縫的影響因素，從防治的角度提出了解決措施。

2　工程簡介

南水北調中線一期總干渠某標段工程，總長7.3km。包括長7.300km的渠道及沿線布置的各類建筑物13座，包括：1座河渠交叉建筑物，2座左岸排水建筑物，1座節制閘，1座退水閘，6座公路橋，2座生產橋。工程內容包括建筑工程、機電設備安裝、金屬結構設備安裝、通信管道采購及敷設、水土保持工程及施工期環境保護工程等。工程混凝土用量約16萬m3。槽身為先澆后張法預應力鋼筋混凝土結構，每跨長40m，寬33m，高8.38m。每跨槽身混凝土分兩期澆筑，第一次澆筑分倉處為距槽身底板頂面以上165cm處，第二次澆筑為槽身八字角以上80cm以上。該渡槽特點是跨度大，為大體積預應力混凝土澆筑。

3　混凝土溫度裂縫的原因分析與預防

3.1原因分析

混凝土在澆筑后，隨著混凝土中含有的水分逐蒸發，逐漸硬化，形成混凝土結構，這是一個物理變化過程?；炷劣不^程中，混凝土中的水泥通過水熱化現象釋放出大量的熱量，使得混凝土結構內部出現相對高溫，在熱脹冷縮的作用下混凝土內部高溫處將會體積膨脹。而混凝土的熱傳遞性能較差，內部雖然是高溫，但是混凝土的外部溫度基本與環境溫度近似，呈現相對低溫。導致在混凝土內部結構中由內到外出現了溫度由高到低的階梯溫差。這種溫差導致混凝土內部出現拉應力，一旦超過混凝土的抗拉極限，將會產生裂縫。當混凝土降溫后，因為混凝土組成材料的膨脹系數不同，在降溫收縮的作用的下，因為膨脹系數的不同又會產生收縮應力，這種收縮應力與之前所述的熱膨脹拉應力作用在一起，將會加劇混凝土結構的裂縫產生與發展。

3.2南水北調中線一期總干渠某標段工程渡槽溫度應力三維有限元分析

目前，利用計算機技術進行混凝土溫度應力變化的分析能夠較精確的模擬實際施工過程，為工程設計提供依據。對于混凝土溫度進行分析，可借助ANSYS有限元分析計算軟件、FEPG有限元分析計算軟件等。本文根據南水北調中線一期總干渠某標段工程渡槽工程實際，將渡槽工程混凝土參數、初始條件和邊界條件進行限制和預設，利用FEPG有限元分析計算軟件進行了渡槽溫度應力三維有限元分析。結合分析結果，提出防治裂縫措施如下：

（1）水泥水化熱作用產生溫度最高點在混凝土澆注第二天，因此第二天凝土內部溫度最高、熱膨脹量最大。隨著時間的推移，混凝土溫度逐漸降低，經過10天左右基本穩定。澆注后的前三天，混凝土內外溫差超過25℃，容易產生裂縫，因此需要在這個時間段內對混凝土進行蓄熱保溫。

（2）受到水泥水化熱作用的影響，渡槽的縱梁出現最高溫度，墻體次之，且高溫出現在澆注的第二天，溫差在25～40℃之間。因此在混凝土蓄熱保溫時無論混凝土的哪個部位都需要進行蓄熱保溫。

（3）渡槽混凝土澆注溫度每降低1℃，則渡槽混凝土的內外溫差降低0.7℃。最終導致混凝土內外溫差仍然超過25℃。因此，要加強渡槽混凝土表面的保護措施。在低溫季節或氣溫驟降季節，對混凝土進行早期表面保護；模板拆除時間根據混凝土強度及混凝土的內外溫差確定，避免在夜間或氣溫驟降時拆模。拆模時混凝土內部和表面溫差滿足規范要求。

（4）根據南水北調中線一期總干渠某標段工程渡槽溫度應力三維有限元分析結果，本工程水泥品種采用52.5級普通硅酸鹽水泥，混凝土和鋼筋混凝土中摻加Ⅰ～Ⅱ級粉煤灰，混凝土中需摻加引氣劑、減水劑、緩凝劑、膨脹劑等外加劑。

（5）該渡槽混凝土澆筑為大體積混凝土澆筑，混凝土內部水泥熱化溫度高，且渡槽跨度大、長度較長，熱面積大，在實際澆注施工中可以采用降水管降溫。在渡槽混凝土內部預埋降溫管道，利用水泵抽取地下水進行水循環冷卻，并且隨著澆注的進行逐漸提升降溫管道的位置，隨著澆注完成移除降溫管。當澆注完成后，繼續向模板噴地下水進行降溫，持續4小時左右。

4　混凝土裂縫處理

渡槽工程，是用于水利運輸、排沙排洪作用的一種大體積混凝土薄壁工程。渡槽混凝土一旦產生裂縫，容易發生滲水、漏水，影響水利工程的正常使用，還有重大的安全隱患?；炷亮芽p分好幾種情況，有通縫的、不通縫的，規則的、不規則，縫隙大的、縫隙小的等，需要及時處理，否則容易造成小裂縫繼續加劇變成大裂縫。因為混凝土溫度變化過程的復雜性和影響參數的多元性，目前對裂縫的完全避免還難以實現，一旦裂縫產生了，要有處理裂縫的具體措施及方法。

4.1混凝土裂縫的檢查

混凝土裂縫按照表面縫寬、縫長、縫深的數值分為Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類、Ⅳ類，根據《南水北調中線干線工程混凝土結構質量缺陷及裂縫處理技術規定》，分類見表1。在測量時，可以使用米尺、塞尺、游標卡尺等進行直接測量縫寬、縫長、縫深值，用以確定裂縫的基本情況。在測量工具難以觸及的情況下，可以在局部鑿槽至不見裂縫的程度后使用工具進行深度粗略測量。精確測量時，可以采用超聲波定位儀器進行深度探測，或者使用孔內攝像技術進行攝像存檔。

表1　渡槽工程混凝土工程裂縫分類

4.2混凝土工程裂縫處理方法選擇。

根據工程技術規定相關內容要求，為了使處理效果更好，且本著盡量少對混凝土產生破壞的原則，本工程采用以下三種方法對不同的裂縫進行處理：（1）I類裂縫主要采用表面封閉法。（2）Ⅱ類裂縫主要采用低壓灌漿法。（3）III類裂縫主要采用開槽灌漿法。

4.3混凝土工程裂縫處理方案。

4.3.1I類裂縫處理方案

表面封閉法采用工程材料為XYPEX“濃縮劑”防水材料。施工流程為：基層處理→清掃濕潤基面→涂刷兩道XYPEX“濃縮劑”灰漿層→養護七天→蓄水試驗48h不滲漏正式驗收。

施工要點：對混凝土表面防水砂漿、浮漿、反堿、塵土、油污以及表面涂層等雜物必須清除干凈，其方法可以用打磨機、鋼絲刷或5%鹽酸溶液清洗基層表面，然后用清水沖至中性。具體采用哪一種方法，應根據現場結構混凝土基層實際情況而定。在使用XYPEX濃縮劑灰漿之前，混凝土表面必須再次用干凈水沖洗。使混凝土表面具有完全濕潤的粗麻面，以利XYPEX水泥基滲透結晶型星中的活性化學物質自內層反應延伸，深入到混凝土毛細系統水化結晶和混凝土合成一個整體。

4.3.2Ⅱ類裂縫處理方案

低壓灌漿法采用工程材料為HK-G-2低粘度環氧灌漿材料，輔助材料丙酮、工業酒精等，封縫材料XYPEX“濃縮劑”防水材料或者HK－966彈性涂料。施工流程為：裂縫周邊封閉面清潔→沿縫鉆孔埋針頭→用堵漏王、HK-EQ或HK-96環氧膠泥封閉縫面→灌漿。

施工要點：根據裂縫走向用磨光機清除裂縫表面乳皮及其他污物，清理范圍為裂縫兩側5cm，兩頭各10cm范圍內處的混凝土表面，清理后用高壓風吹浄。沿縫鉆孔埋針頭，孔距一般為20～30cm，用壓縮氣體將孔內雜物吹洗干凈。按A:B=5:1的比例配制漿液（如需延長凝固時間，可減少B組份摻量），將A、B兩組份充分混合均勻，混合溫度控制在35℃以下。在壓力下進行灌漿，灌漿壓力依據設計要求確定，一般在0.2～0.4MPa，最高壓力不要超過結構允許值，豎直縫從最低處開灌，自下而上；水平縫自一端向另一端進行。漿液固化后，去除灌漿針頭，用XYPEX“濃縮劑”防水材料或者HK－966彈性涂料進行封閉。

4.3.3III類裂縫處理方案

開槽灌漿法采用工程材料HK-G-2低粘度環氧灌漿材料，輔助材料丙酮、工業酒精等，封縫材料XYPEX“濃縮劑”防水材料或者HK－966彈性涂料。施工流程為：檢查裂縫狀態，清除表面污物→沿縫鑿成20×20mm“U”型槽→沿縫鉆孔埋針頭，孔距一般為20～30cm，用壓縮氣體將孔內雜物吹洗干凈→用XYPEX“濃縮劑”、HK－966彈性涂料或者還原膠泥封閉縫面→灌漿。

施工要點：按A:B=5:1的比例配制漿液（如需延長凝固時間，可減少B組份摻量），將A、B兩組份充分混合均勻，混合溫度控制在35℃以下。在壓力下進行灌漿，灌漿壓力依據設計要求確定，一般在0.2～0.4MPa，最高壓力不要超過結構允許值，豎直縫從最低處開灌，自下而上；水平縫自一端向另一端進行。漿液固化后，去除灌漿針頭，用XYPEX“濃縮劑”防水材料或者HK－966彈性涂料對針頭位置進行封閉。

4.4混凝土裂縫修補后的質量檢查。

渡槽混凝土裂縫修補后，對重要部位的Ⅱ類、Ⅲ類裂縫修補處應該用地質雷達、超聲波或鉆芯取樣來檢測。地質雷達法、超聲波法測定灌漿的密實度。芯樣可檢查裂縫填充的飽滿度，完整的芯樣可作粘結剪拉強度試驗，檢測粘接效果。

5　結束語

因為在實際施工中對溫度應力變化的很少分析，混凝土裂縫容易產生。本文運用計算機三維有限元分析軟件對南水北調中線一期總干渠某標段工程渡槽工程進行了混凝土溫度應力分析，并根據分析結果提出了預防措施。因為混凝土溫度變化過程的復雜性和影響參數的多元性，目前對裂縫的完全避免還難以實現，本文只能是通過運用計算機技術進行較精確的分析，進而設計好混凝土原料、設計好施工步驟和養護方法來最大程度的控制裂縫的產生。此外，渡槽工程設計單位、渡槽施工單位、渡槽工程檢測單位等參建單位要加強渡槽混凝土施工管理，這也是預防與處理渡槽裂縫問題的重要途徑和環節。一旦裂縫產生，要及時有效處理，否則容易造成小裂縫繼續加劇變成大裂縫，影響水利工程的正常使用，還有重大的安全隱患。

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黃濤，男，工程師，研究方向：土建施工。