探讨水利施工中混凝土裂缝的防治技术范文

摘要:文章在前人研究的基础上，介绍了化学灌浆的基本情况，探讨了关于灌浆理论方面的问题，进一步推导了相关的公式，介绍了在水利施工中混凝土地基中进行化学灌浆后的质量检查措施。文中结合某个水利工程实际情况，在现场勘查基础上，分析了该工程混凝土施工裂缝成缝原因及分布特征;在对现有灌浆方案分析比较的基础上，选择了化学灌浆方案，通过对灌浆材料、配比、灌浆参数计算、灌浆效果检验等方面进行了论述。裂缝内化学灌浆料填充良好与裂缝两边混凝上紧密黏接化学灌浆效果满足预期要求。

关键词:混凝土裂缝;化学灌浆;裂缝处理;裂缝防治

1混凝土水利工程施工裂缝灌浆基本原理

基于液压破碎理论，传统水坝的裂缝灌浆是基于液压破碎理论的，根据堤坝主体主应力面的基本分布，沿着堤坝轴线排列灌浆孔。沿着裂纹表面主轴轴线的混凝土墙壁形成裂缝和灌浆，形成垂直或连续的浆料渗透，裂缝两侧的所有纸浆均为化学浆料填补紧凑型填料，达到加强堤防渗透更加牢固的目的［1］。中科院模拟试验裂缝灌浆在室内，提出浆料与混凝土之间的相互作用分为初始发泡压缩，裂缝流动和被动压力3个阶段。1)初始鼓压实阶段:灌浆开始，灌浆压力相对较小，不能形成裂缝，浆料聚集在口附近的灌浆管中形成灌浆管，作为主要的球形或圆柱形浆泡。当浆料继续注入并且灌浆压力持续增加时，纸浆逐渐扩散并继续挤压混凝土。2)被动土压力阶段:混凝土体裂纹在一定程度上发展后，主应力大小改变，水平主应力变化为被动压力状态，然后增加灌浆压力，会扩大原始裂纹宽度，或显示新裂纹。3)裂缝灌浆方法在渗透控制和坝体加固方面有很多方面［2］。首先，坝体的内应力分布规律提供沿坝轴方向灌浆的可能性，然后在灌浆过程中填充浆料，在堤坝形成了垂直屏障，这个屏障可以防止渗透。

2混凝土裂缝的力学特性分类

从调研的结果来分析，对于混凝土裂缝产生的机械性能分类是最重要的，在设计中，还要用混凝土结构的机械性能作为分类指标。

2.1弯曲裂缝

由构件的弯曲引起的混凝土裂缝称为混凝土弯曲裂缝，一般情况裂缝呈现垂直状态。呈现出来的弯曲度裂缝出现在弯矩产生最大的混凝土受力区域。混凝土结构的断裂一般位于水利水坝的中心位置，裂缝裂开方式从当水面到不当利水面;负矩裂缝位于连续水坝的上边缘，这种混凝土出现的裂缝发展趋势由不当水面向当水面方向发展。随着储水量的增加，裂缝宽度增加，长度增加，数量增加，双方开裂面积逐渐形成［3］。

2.2剪切裂缝现状

类似剪切形成的裂缝也称为斜缝，首先发生在较大的剪切应力部位。剪切裂缝通常发生在坝中部附近，由水冲击处的应力引起，并沿着中性轴开裂。随着储层蓄水量的增加，裂缝长度不断向不当水面压力区发展，裂缝数量增加，分裂加大，裂缝面积逐渐向间隙中间发展。一旦剪切裂缝出现，应高度关注，注意观察。如果裂缝继续发展或靠近压力区，不管其宽度多大必须及时加固措施［4］。

2.3扭曲裂缝

由混凝土构件的扭转和弯曲引起的裂缝称为扭曲裂纹。这些裂纹通常具有45°的倾斜度，并且有许多其他裂缝跟随。发生这种裂纹后，混凝土保护层趋于剥离。假设由此演化产生的弯曲力矩由钢筋承担，直到加钢筋滑落，以及出现部件完全破裂。

2.4断开裂缝

在混凝土构件受拉力拉伸之后出现截面调用槽引起裂缝的。这种类型的裂缝是由风暴引起的，由洪水引起的持续降雨增加，沿着正常段进行开裂。当载荷小时，混凝土和钢筋被拉在一起承受力变，接头处于不开裂状态。负荷增加，混凝土达到抗拉强度和裂缝的时候。混凝土到达负荷最大值出现裂缝，承受力转移到钢筋上，这是允裂缝出现的受力条件。假设荷载逐步加大，钢筋应力达到最大额度，钢筋的伸长率加大，;裂缝超出允许范围，则处于临界损伤状态［5］。

2.5局部应力

裂缝局部受力产生的裂缝是指局部应力引起的裂缝，特别是在支座、锚头的局部压力较大的部位或受到现场的突然冲击部位［6］。在上述各种受力破坏环境之下，由剪切应力损伤危害最大，也更突然，特别要注意。

3注浆试验方案及过程

3.1布置定向

裂缝灌浆孔为了验证聚氨酯是否有效对于混凝土裂缝的填充方法的可行性，检查聚氨酯片状凝固体多孔质体之间的搭接冲击效果，采用灌浆之后能够方面钻开挖勘验。所以填料孔排列成一排，孔间距1m，共6个填料孔。填充孔如图1所示。

3.2施工定向

裂缝灌浆孔选择图2所示的定向裂纹探头。探头的尺寸如图2所示。由于定向裂缝的灌浆孔几何形状的特殊性，在构造定向灌浆孔时，只能选择静压力或动力穿透装置。在支撑设备孔洞的技术中，有三种类型的设备，包括:液压静力成孔机(60t贯入力)、液压静力成孔机(50t贯入力)、液压静力贯入成孔车(20t贯入力)。根据现场施工条件，土壤特性，灌浆孔的深度，选择主要设备。文章并将20t穿透力的压静力贯入成孔车作为文章的成孔设备。

3.3放置封孔灌浆管和裂缝灌浆管

首先将灌浆导管放置好位置，将灌浆管底部与灌浆孔的底部距离设置为△h约0.4m，这种设置之后，浆液方便控制，容易流出，并且跟混凝土裂缝能很好吻合，然后将其放在最后用封孔放浆孔底部，密封点为1.0m的相对于地面距离。两根灌浆管分别露出地面0.1－0.2m，以便实施灌浆。封孔布袋采用透气的高强度材料制作，如土工布或牛仔布。直径可一般大于等于灌浆孔直径的2倍，长度约40cm，一端密封，另一端插入灌浆管后，用喉箍箍紧，布袋中间用细绳或胶带捆扎，以便于植入灌浆孔。

3.4灌浆裂缝

灌浆前，先根据封孔布袋的大小，通过封孔灌浆管往封孔布袋内注射适量的聚氨酯，布袋快速膨胀后即封闭了灌浆孔;然后通过灌浆管往封孔后的裂缝灌浆孔内注射聚氨酯，灌浆过程如图6所示。灌浆量可根据预设裂缝扩展长度来计算。

3.5灌浆效果设计

聚氨酯浆料的快速膨胀产生更大的膨胀力，膨胀力大于裂纹压力的扩展压力后，初始裂纹中的灌浆孔开始膨胀，膨胀方向和原始破碎方向最终一样，形成图7所示的整体式聚氨酯薄片，该聚氨酯薄片厚度为约2.0－3.0cm，面积不一样(具体与灌浆量有关)。

4灌浆开挖效果与分析

灌浆后，通过定向裂缝灌浆技术得到的灌浆效果如下。①在半无限大集中，沿预设断裂方向，浆料向外扩散，形成聚氨酯薄片，聚氨酯薄片垂直于孔壁。如图8所示。描述了聚氨酯定向裂缝灌浆方法理论和可行性和准确性。②聚氨酯固化后薄片之间的重叠可以满足坝墙驱油墙的技术要求，如图9所示。③聚氨酯楔形薄片的中心厚实，四周薄，且成椭圆形。薄片的平均厚度约为1.0cm，接近灌浆孔的是最厚。平均值约为2.5cm，值＜3.3cm。片材的最大长度L约为68cm，＜74cm。高度是一个有效的灌浆孔高度，即3.0m。如图10所示。④浆液裂缝混凝土体时，因为膨胀力很高，导致浆液渗入到周围的混凝土的细孔，固化聚氨酯薄片填充有聚氨酯泡沫体，这些物质会渗透到混凝土，会让周围混凝土更加结实，并与混凝土结合，可以让混凝土防渗墙的墙壁的土能紧密结合。⑤聚氨酯薄片楔形物的密度分布不均匀，中间密度大和周围密度小。测得的密度为0.21－0.25g/cm3。

参考文献:

［1］姚富民.浅析灌浆技术在水利工程地基处理中的应用［J］.民营科技，2009(12):62－65.

［2］肖恩尚，苏迎春.大空隙地层控制性灌浆技术综述［J］.水利水电施工，2009(51):21－22.

［3］王川婴，钟声，孙卫春.基于数字钻孔图像的结构面连通性研究［J］.岩石力学与工程学报，2009(12):49－50.

［4］王胜，祝华平，黄润秋，等.锦屏一级水电站煌斑岩脉化学复合灌浆试验研究［J］.探矿工程(混凝土钻掘工程)，2009(11):39－40.

［5］胡国兵.水泥水玻璃浆液在锦屏工程涌水封堵中的应用［J］.人民长江，2009(21):29－30.

［6］刘墅辉，何泽山.左岸抗力体不良地质带置换平洞开挖支护施工［J］.人民长江，2009(18):66－68.

作者：康存锁 单位：新疆水利水电勘测设计研究院勘测总队