混凝土裂缝防治技术

水利水电工程枢纽建筑物混凝土裂缝防治技术4枢纽建筑物混凝土防裂技术4．1混凝土预防裂缝的基本措施为防止混凝土大坝产生贯穿性裂缝，并尽量减少表面裂缝，必须从结构、材料、施工各方面采取措施。简述如下。4．1．1设计方面（1）结构块体分层、分缝应合理，有些结构块体明显存在裂缝“常发区”，应作为分缝“应设区”。结构块体长宽比必须严格控制，应尽量不要超过2：1，长宽比超大超易裂。（2）混凝土标号宜多采用低标号（C20以下），少采用高标号，以减少水化热，不得已时可采用低热水泥，混凝土标号设计应根据工地制冷条件综合考虑，尽量避免同一仓内使用两种以上不同标号的混凝土，特别注意标号级差不宜过大。（3）避免或少设孔洞，特别是两端敞通的直洞。非设孔洞不可时，优先考虑设小洞，或一端敞开的孔洞。孔洞不能设在建筑物表面，而要靠近中心，孔洞的开头以圆形和马蹄形为佳，设方洞或矩形洞时，应将四角的直角和锐角改为斜角和圆角。（4）因结构需要，有些部位须设门槽。当门槽结构扭曲突变时，混凝土块体收缩形成两个或数个核心，在混凝土质量相对较差处，收缩产生的拉应力可将混凝土从表面撕开形成裂缝。（5）因结构需要分缝或并缝的块体的邻块和上下块，应合理布置钢筋，限制相邻块体混凝土受缝面拉力而拉开，如分仓和并缝钢筋。（6）纠正设计中的矛盾思想。有的既在分块缝面设置止水，允许其伸缩，却又埋设了大量骑缝钢筋，制止缝面张开，结果使混凝土毫无规律地拉裂，这种例子在葛洲坝工程机组蜗壳顶板普遍存在。（7）地质钻探工作要认真，成果要准确。若建筑物必须跨在两种或数种不同弹模的基岩上时，应有相应可靠的措施，防止建筑物因不均匀沉陷而产生裂缝。（8）应慎重选择骨料和水泥品种，对骨料料源进行认真勘探、筛选，尽可能杜绝采用碱性骨料。优先采用石灰岩等热膨胀系数小的岩石骨料。2．施工方面（1）坝基基岩处理必须慎重细致，对突变、棱角、暗缝、软弱夹层等，要处理干净，不能留下隐患。遇到破碎带等要按规定挖除。（2）混凝土拌和全过程的质量必须严格控制，不允许错标混凝土入仓，并保证供料及时，不致造成仓内混凝土间歇时间超过规范规定。如仓内混凝土已经初凝，应处理好上下交接层面和两种不同标号混凝土接合面。（3）应防止混凝土下料过厚和混凝土离析骨料堆集，并加强平仓、振捣等操作，保证混凝土的均匀性。（4）加强混凝土的养护，造毛和仓面冲洗工作，保证新老混凝土紧密结合。养护应及时全面，时间足够。造毛不宜过早或过迟，毛面要适度。仓面冲洗必须按规范执行。（5）做好混凝土表面和棱角的保温工作，特别在气温骤降时尤为重要。对建筑物的孔洞，尤其是两端开敞的直洞，必须严加封闭。（6）严格控制仓位浇筑的工期，加强调度工作，防止仓面长期间歇，造成对新混凝土的强烈约束。但必须防止下层混凝土还未出现或刚出现最高温升，就将新混凝土覆盖上去，造成混凝土内积温过高，无法散热，加大温差应力。（7）注意浇筑中混凝土施工缝的布设，要避免层厚过薄。遇到键槽、廊道和斜面模板，混凝土收仓面应与模面呈90°（8）埋有冷却水管的大体积混凝土，冷却工序必须按规定进行，要按时调换进出水管口，达到能较快而均匀地冷却。（9）水工混凝土中应适量掺用外加剂，以减少混凝土中水泥用量，既降低混凝土水化热，又降低成本。4．2混凝土预防裂缝的结构措施及经验4．3混凝土原材料和配合比对预防裂缝的意义和经验4．4大体积混凝土温控防裂措施水工混凝土温控防裂涉及的因素较复杂，且温控防裂设计安全度明显小于结构设计，因而必需采取综合措施。工程实践和理论分析表明，温控防裂的综合措施主要有：混凝土具有足够的抗裂能力、选用中热或低热水泥并降低胶凝材料用量、合理的分缝分块、合理的施工程序、控制坝体温度和表面保护等。4．4．1保证并改善混凝土抗裂能力目前评价混凝土抗裂能力常采用混凝土极限拉伸率、施工强度保证率和施工匀质性指标，所以应从混凝土原材料选择、混凝土配合比设计、混凝土性能和施工质量控制方面保证并力争改善混凝土的抗裂能力主要指标。此外还应注意以下几点：（1）鉴于大坝裂缝大多发生在混凝土龄期一个月以内，且混凝土极限拉伸率或抗拉强度的后期增长有限，所以除应保证设计龄期（如90天）的混凝土抗裂能力外，还应注意保证混凝土早期（28天和以前）抗裂能力。（2）在设计和施工中应把混凝土自身体积变形作为混凝土抗裂性能的一个因素加以考虑。（3）由于混凝土抗拉强度仅为抗压强度的十分之一左右，且温控防裂设计的安全储备远小于结构设计，而现在实际施工水平有时又达不到设计要求的施工匀质性指标，所以在施工过程中还应提高施工管理和工艺水平，保证并力争提高混凝土抗裂能力。4．4．2合理分缝分块大坝被横缝划分为坝块，合理选择坝段竖向施工缝形式和分缝间距是防裂的主要措施之一。从温控防裂角度考虑合理分缝分块的主要因素有：（1）温控条件：通仓浇筑的温控标准比柱状块严格，因而坝块尺寸越大，就需要配置规模更大和更有效的制冷设施；另一方面通仓或大柱状块的基础约束区高度比一般柱状块为高，往往难以避免高温季节浇筑约束区混凝土，所以温控严格的部位多且难度较大。（2）分块形状：对混凝土结构形状突变处，实际常用分缝和尽量缓解应力集中的措施来预防裂缝。块体长宽比宜控制在1~2范围，因为长宽比大于2.5往往对防裂不利。（3）施工条件：通仓和大柱状块要求施工机械化和施工管理水平较高强度、均衡地浇筑混凝土，以利防裂，而较小尺寸柱状块可适用于一般施工机械和施工水平。（4）结构措施：大坝结构一般采用通仓、灌浆纵缝或宽槽等分缝形式。电站结构形式比较复杂，一般采用错缝为主分缝形式，对于较大规模的尾水管等大截面框架结构，有的还必须设置封闭块来消除施工期过大的温度应力。4．4．3控制块体最高温度应采取必要温控措施，使坝体实际出现的最高温度不超过坝体设计允许最高温度，这是防止基础贯穿裂缝主要措施之一。控制坝体实际最高温度的有效措施是降低混凝土浇筑温度和减少浇筑层的水化热温升。降低混凝土浇筑温度应从降低混凝土出机口温度、减少运输途中和仓面的温度回升两方面着手。降低水化热温升主要靠采用发热量低的中热硅酸盐水泥和低热硅酸盐水泥，选择较优混凝土配合比尽量降低胶凝材料用量，掺适量外加剂、粉煤灰、并采取合理层厚、间歇期和初期通水冷却等措施。4．4．5合理安排混凝土施工程序和施工进度合理安排混凝土施工程序和施工进度是防止裂缝的主要措施之一，也是我国目前大型水电工程施工与国外先进水平的主要差距之一，施工程序和施工进度安排应注意满足以下几点要求：（1）基础约束区混凝土在设计规定间歇期连续均匀上升，不得出现薄层长间歇。基础约束区混凝土宜在低温季节施工。脱离基础约束区基本作到短间歇，连续均匀上升。（2）相邻坝块高差宜控制不超过8~10m,相邻坝段高差宜控制不超过10~12m,电站错缝允许高差为4~6m。（3）并缝以下分缝区域混凝土降至稳定温度，并在低温季节浇筑老混凝土约束区并缝混凝土，注意连续均匀上升。4．4．6中、后期通水冷却中期通水是削减坝体内外温差，预防坝块产生表面或深层裂缝的有效措施之一。应视不同部位与浇筑季节进行分析，在夏末秋初尽量利用接缝灌浆而埋设冷却水管（如无接缝灌浆也可能需为中期通水而设置水管）对坝体进行中期通水冷却。中期通水一般采用河水。后期通水是使混凝土柱状块达到接缝灌浆温度的必要措施，一般采用通河水和通制冷水相结合的方案，以满足大坝分期、分批冷却灌浆的需要。4．4．7养护和表面保护充分养护是保证混凝土强度等性能正常发展和防止干缩裂缝的重要措施。混凝土浇筑完毕后，应及时浇筑或洒水以保持混凝土表面经常湿润。混凝土表面保护是防止表面裂缝的主要措施之一。大坝、永久船闸和电站暴露面大，遇气温骤降极易发生表面裂缝，经气温年变化和气温骤降在施工中后期也可能发生表面裂缝或深层裂缝。应据设计提出的表面保护标准确定不同部位、不同条件的表面保温具体要求，尤其重视上游迎水面、基础约束区、泄流孔洞等重要结构部位的表面保护。在施工中加强气象预报，以便及时表面保护。4．5碾压混凝土温控防裂措施6枢纽建筑物混凝土裂缝检查技术6.1混凝土裂缝检查一般技术措施和要求混凝土裂缝检查项目包括缝宽（表面缝宽，下同）、缝深、缝长、裂缝方向、所在部位、数量以及缝面渗水、溶出物状况等，混凝土裂缝检查一般方法为肉眼观察、普通工具（米尺、读数放大镜、塞尺等）常规检查。裂缝表面特征包括裂缝所在部位、走向、表面缝宽、缝长、形态变化等。只要裂缝缝宽超过0.1mm以上，均可用肉眼查到，但要查更细的裂缝比较困难，可在仓面上先洒水再用风吹干或晒干，这样可查到比头发丝还细的裂缝。缺乏经验的裂缝检查员往往较难找到裂缝，或者是发现一部分明显的而漏掉一些细微的裂缝。如果了解裂缝发生的机理、掌握一些规律，对于较快查到裂缝是有帮助的。主要的规律有：（1）裂缝一般多沿长边方向发生，尤其的长宽比较在时更为突出。（2）结构开头突变处（如孔洞、棱角、断面变更处、键槽部位等），高低标号级差大的地方及散热最快的地方都容易出现裂缝。（3）浇筑后5~20d，如不保温，遇到寒潮袭击易产生裂缝。（4）基础混凝土、长期停歇的老混凝土及受老混凝土约束的新混凝土也易出现开裂缝，尤其是夏委浇的混凝土更显著。这些地方的裂缝往往呈对称状发生。（5）抹面他及标号C30以上的高标号混凝土，掺有某些掺合料（如硅粉）的混凝土，养护不好时，也容易开裂。普查裂缝时，对处于上述部位和时间内的混凝土面要重点仔细检查，发现裂缝后，立即查明其表面特征，裂缝的长度可用米尺丈量，裂缝的宽度用读数放大镜读出，也可用塞尺插入裂缝中量测，其他特征凭直观估测。当侧立面上的裂缝高过检查员3~5m以上时，人的视就不容易看清楚了，这时可以借助望远镜进行普查。普查发现的裂缝都要认真作好记录，并绘制裂缝图。要准确地记录下裂缝所在位置、高程、形状、走向、缝长、缝宽以及所在部位的结构特征等。6.2混凝土裂缝检查特殊技术措施和要求对结构要害部位的裂缝、出现的深层裂缝与贯穿裂缝及影响建筑物安全运行的裂缝等，要在普查的基础上进行重点检测。检查时，除了进一步查清缝宽及其随外界环境和时间变化的规律外，重要的是检测缝深。检测缝深常用的方法有：凿槽观测、钻孔压水、超声波探测和孔中电视检查。近年来，水利水电科学研究院仪器研究所研究了用单频脉冲面波散射法检测水工混凝土建筑物裂缝的新方法。1、凿槽观测检查时用风镐、风钻、手工凿等工具沿缝下凿，直至不见裂缝为止，下凿深度作为缝深。由于凿槽时岩粉、灰渣容易掩盖缝面，测深误差较大，而且当裂缝较深时，凿槽也很困难。故此法仅用于浅层裂缝或无其他检测工具时的临时缝深检测。2、钻孔压水法检查时先在裂缝一侧或两侧打斜孔空过缝面，然后在孔口若悬河安装压水设备和阻塞器，进行压水。若裂缝表面上可见压水渗出，说明钻孔穿过裂缝，则继续往深处钻斜孔并再次压水，如此反复进行直至缝表面不渗水为止，这时的钻孔与裂缝的交点到缝表面的距离就是缝深。钻孔间距一般采用2~4m，排距2~3m，角度一般为30°、45°、60°，以便施工。钻进角度误差要求小于2°，钻孔深度要求穿缝面1~1.5m，但孔深不宜大于坝块长度的1/2。布孔时还要注意避开预埋件、冷却水管和埋设仪器等。压水通常采用手摇泵进行，为了保证压水效果，有时要先用风、水对钻孔轮换清洗，直至回清水后再进行压水，压水的压力视情况而定，一般采用0.1~0.4MPa（1~4kgf/cm2），每级稳定时间0.5~3h。3、超声波深度探测用岩石志波测定仪发出超志波，以测量裂缝的深度是比较先进的测深方法。此方法是在裂缝两侧对称钻垂直孔，应避免孔与缝面相交和避开钢筋、埋件等，在孔内注满清水，然后，将仪器的发射探头号和接受探头号同步由浅至深插入孔内，每次下移20~50cm，逐渐测得超志波波形，绘制出超志波波形随孔深变化振幅图。因为超志波在传递过程中，遇到不同的介质时，速度就发生变化，反映到振幅上也会发生变化，裂缝内无论是空的或充填有水或杂质，都与无缝的混凝土介质不同，探测由浅而深，混凝土由有缝而到无缝，振幅就会变化，裂缝的深度就很清楚地显示出来。为了准确，应该在检测孔的无裂缝一侧，另钻一个对比孔，