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建設管理局，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建設管理局，烏魯木齊 830000)

文章對水工混凝土結構中產生的裂縫進行分析，結合實際施工案例，對混凝土結構的安全運行以及裂縫的存在產生的影響加以闡述，提出水工隧洞混凝土裂縫的控制和預防以及加固措施，通過實驗和相關的歸納總結，對裂縫的危害以及加固措施等進行詳細的論述，提出水工隧洞裂縫的預防以及加固措施，如溫度控制、養護、原材料的選取、微生物納米技術等。

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量缺陷、施工技術不達標等問題，導致了整體結構內應力發生了變化，在表層集中出現裂縫，如貫穿或者深層裂縫就較為普遍，不僅影響結構的美觀，也影響了結構的正常和安全使用。對于水工隧洞結構的整體質量產生不良影響。

1 水工隧洞裂縫概述

水工隧洞裂縫以及質量缺陷見表1。

表1 水工隧洞裂縫以及質量缺陷

對于水工隧洞中的裂縫的出現，必須采取有效的措施，才能減少隧洞中裂縫的產生，由于裂縫的產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

與鋼筋混凝土的結構構件中的截面彎矩、剪力等有直接的關系，由于內力的性質不同，因此裂縫的形態也不同：①彎曲裂縫，具有兩點對稱的荷載作用，出現彎曲裂縫的時候，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致；③受拉裂縫，這種類型的裂縫一般出現在構件處，表現為延伸擴展的結構性裂縫，產生的原因是構件承受張拉力超過了混凝土結構的極限抗拉強度；④受壓裂縫，該種類型的裂縫，是構件在軸向壓力作用下，壓應力超過了混凝土的抗壓強度，當構件的壓應力超過混凝土的抗壓強度后，結構的內應力出現了直線的下降[1]。

2.2 非外力荷載引起的裂縫

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

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生原因很多，因此為了保證水工結構安全，應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，采用現場檢驗、數學監控模型、結構計算分析、模型和人工檢測的方式等，將智能化和數字化監控引入到水工建筑工程內容中來。采用小波分析、模糊數學理論、現場檢測法等，采用雷達、紅外熱譜等加以分析[3]。

2)進行水工混凝土結構的加固，一般分為直接、間接、綜合加固的方法。在實踐過程中，采用預應力法、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據，然后通過不同的方式對外界荷載作用加以減少，從而達到結構的安全可靠性。①采用截面加固加大力度的方法，是使用植筋加固的技術在新的混凝土結構中植入鋼筋，連接前要注意提高結構物的極限承載力，保證混凝土結構中有新的鋼筋，保證混凝土結構的有效連接。②外包剛加固法。采用混凝土結構的變形，將鋼板的抗拉因素加以充分的計算，最終計算出鋼筋圖結構和鋼板的抗拉強度等結果。采用碳纖維布加固混凝土結構可提高結構的抗震性能、力學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力，具有聚販彈性涂層的碳纖維布加固混凝止結構，提高混凝王結構的耐久性。③預應力加固方法，通過加固時候使用的不同材料進行使用范圍的設定大大增加預應力拉桿加固和預應力撐桿加固方面的施工數量等。

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 水工混凝土裂縫產生缺陷的類型、影響以及原因

當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，因此要保證結構的的穩定性和不均勻性，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準以及分類等級，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的危害情況

經過對水工混凝土的結構中產生的裂縫進行了分級，應從水工隧洞承載能力的提高方面入手，先進行穩定性的分析，由于裂縫能夠發生擴展，影響著水工隧洞的穩定性，因此從線性斷裂力學的角度，分析裂縫的穩定性，一般分為張開型、滑開型以及撕開型3種，基于復合節點單元進行裂縫數值的模擬，將混凝土材料單元的節點變為兩個，得到了對應節點的地方分開，從而有效地驗證了模擬裂縫的幾何性質，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生到失效的全過程，得到關于水工隧洞結構材料的破壞準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了問題，首先建立模型，進行網格剖分，得到了外襯混凝土、內外襯托之間的彈性夾層等數值，將模型網格中混凝土的結構中的裂縫的實際情況予以展現。 最終采用了黏鋼加固混凝土技術，將鋼板使用膠黏層緊貼在混凝土基層表面，然后協同原來的混凝土構件展開承載。該加固技術工藝簡單、施工便捷，硬化的時間較短，不會增加結構的自重。工藝流程見圖1。

圖1 黏鋼加固混凝土技術施工工藝流程

6 結 語

鋼筋混凝土結構是水工隧洞的主要結構，對于混凝土結構裂縫中結構安全運行等展開論述，評估裂縫的危害，處理裂縫的設計問題，保證裂縫的安全性等，采用加固和防滲研究，杜絕混凝土的結構的缺陷，才能保證工程具有廣大的應用前景，防止裂縫產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生原因及預防措施[J].水利規劃與設計,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].世界華商經濟年鑒·城鄉建設,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研究[J].水利水電技術,2014,45(03):33-35.

TV554

B

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管理、施工。