管架縱系梁混凝土裂縫成因分析及治理探討

莊乾寶

(山東港通工程管理咨詢有限公司,山東 煙臺 264000)

0 引 言

某工程管廊支架工程在進行承臺砼澆筑施工時，在補償管架縱系梁處普遍出現了環形裂縫，本文主要是對這種環形裂縫的成因進行分析并且探討該現象的防止和治理方案。

1 工程概況簡介

某工程施工里程約16 000 m，沿疏港路規劃了19 m寬的管廊通道，管廊支架采用兩層梁架式結構，可安放各類大小管線15根左右。主要施工內容包括樁基工程、混凝土工程、鋼結構工程。其中混凝土基礎工程包括三種管架類型基礎，分別為滑動管架基礎、固定管架基礎及補償管架基礎。混凝土設計總方量為15 300 m3，混凝土強度等級均為C40，抗凍等級不小于F300。

三種管架基礎的結構形式如圖1所示。

圖1 三種管架基礎

2 裂縫存在部位

2.1 裂縫存在部位

裂縫出現位置主要集中在補償管架縱系梁處，待混凝土澆筑完成后早期出現混凝土裂縫，如圖2所示。

2.2 裂縫數量

約有15%的補償管架縱系梁無裂縫出現，其余補償管架縱系梁均存在不同程度的裂縫，大部分縱系梁裂縫數量1～3條，小部分4～6條。

3 裂縫產生的原因及驗證

3.1 裂縫產生的原因探討

因本次裂縫集中出現在補償管架縱系梁處，在滑動管架及固定管架中未見其裂縫，可首先排除混凝土質量及澆筑工藝的原因。其次通過仔細分析裂縫形式及產生的位置，并經過與設計單位溝通后判斷其產生的原因應該為不均勻沉降所致。

因本工程所處位置為原擋浪墻后方陸域，拋填而成且長期受雨水及海浪的循環作用，空隙較大、壓實困難，承載力較低，而承臺混凝土及連系梁混凝土對地基作用差別較大且未在同一水平面，在混凝土未達到一定強度前，可能會產生不均勻沉降，從而造成縱系梁裂紋的產生。

3.2 裂縫產生原因的驗證

為了驗證上述的分析結論，對一組補償管架進行驗證性施工，調整后的工藝為： 將一次澆筑成型工藝變為分兩次澆筑，先澆筑四周承臺及橫向連系梁，待混凝土強度達到80%以上后再用微膨脹混凝土澆筑縱向連系梁。 如圖2所示，施工完成后，縱向連系梁至今未出現混凝土裂縫，證明變更后的工藝可行，同時也印證了裂縫形成原因的分析結論正確。

圖2 施工工藝調整

3.3 裂縫產生原因的總結

通過人、機、料、法、環等各方面綜合分析，最終確定了裂縫產生的原因主要為以下兩點。

(1) 與施工期荷載有關。縱向連系梁(長4.4 m)兩側承臺重量為64.78 t，對地基土壓力2.77 t/m2，由于補償管架一次澆筑成型，在混凝土達到一定強度前，承臺底部地基土產生微小沉降變形，縱向連系梁與承臺底標高未在同一水平面，因對地基土壓力不同，造成不均勻沉降導致裂縫產生。

(2) 連系梁兩側混凝承臺尺寸較大，截面尺寸為1 600 mm×1 200 mm，而連系梁截面尺寸為500 mm×500 mm，由于混凝土收縮產生的形變不同，導致應力在連系梁上集中，最終導致裂縫的產生。

4 裂縫修補方案

4.1 準備工作

修復前，現場核實裂縫數量、長度、寬度等，對裂縫進行編號并做好記錄，使用HC-CK101型裂縫寬度觀測儀對裂縫寬度進行實測。

4.2 裂縫修補工藝簡介

通過對規范的分析和新型修復材料的調查，結合裂縫調查參數，分別選擇滲透結晶型修復材料進行封閉修補，環氧樹脂進行灌漿修補，具體方法如下。

(1) 對于寬度在0.2 mm以下的非貫通裂縫，清潔表面后采用滲透結晶型修復材料進行封閉修補。

(2) 對于寬度在0.2～0.3 mm的非貫通裂縫，采用延裂縫鑿U型槽，再用滲透結晶型修復材料進行封閉修補；

(3)對于寬度在0.3 mm以上的裂縫及貫通裂縫，采用環氧樹脂灌漿修補。

4.3 滲透結晶型修復工藝

滲透結晶型材料采用某公司研制生產的雙組分水泥增強補強劑，經過涂刷后滲透到混凝土中，生成堅硬的結晶物質，增強水泥中的凝膠結構，混凝土中的各成分固化為一個密實的整體，封堵了混凝土的毛孔，增加了密實度，使混凝土表面的強度、硬度及耐磨性大幅提高，達到密封、防塵、堅硬、耐磨、易清潔的使用功能。適用于修補混凝土結構所出現的裂縫，恢復其整體性和使用功能。

4.3.1 切槽

對于寬度在0.2～0.3 mm的非貫通裂縫，沿裂縫走向騎縫切深度不小于30 mm和寬度不小于20 mm的U形槽。切槽完成后，清除槽內松散層、油污、浮灰和其他不牢附著物。

4.3.2 裂縫表面清理

對于寬度在0.2 mm以下的非貫通裂縫，將混凝土表面的塵土、銹跡、殘渣采用鋼刷清理干凈，做到不留積灰，不留雜質。部分裂縫鹽顆粒較多或雜質較厚的也可采用細鐵絲清理。

4.3.3 配制修補材料

水泥增強補強劑為A、B組分，分別為無色透明和乳白色液體，使用時需采用天平秤按1∶1等重量比例攪拌均勻使用。稱重時兩種液體裝盛在體積大小一樣的容器中，稱重后倒入同一容器攪拌，攪拌時間不超過1分鐘，邊融合邊施工。若攪拌時間過長，可能引起溶液過稀，影響處理效果，施工中應盡量避免。

4.3.4 涂刷修補材料

修補材料按比例兌好攪拌均勻后，采用毛刷或刮板沿裂縫涂刷于混凝土面，涂刷范圍在裂縫兩側5～10 cm，涂刷水泥增強補強劑時靜置風干的時間不少于3 h，使液劑能夠充分滲透并凝結。涂刷聚合物水泥防水涂料時凝固時間約3 min。

混凝土涂刷控制措施：

(1) 頂面、側面裂縫直接采用毛刷或刮板涂刷即可。

(2) 頂面涂刷自一端向另一端進行。

(3) 使用水泥增強補強劑時沿裂縫處涂刷3～4遍，使裂縫內充滿白色結晶體，如涂刷后未達到效果應進行第五遍或第六遍補刷。

(4) 對于局部起沙嚴重或有較粗裂紋的情況需要補刷，補刷的次數與補刷的量根據現場情況而定，對于滲透很快的地方，一定要及時補料，以保證它的滲透與浸潤。

4.4 化學灌漿法修復工藝

化學灌漿是將一定的化學材料(無機或有機材料)配制成溶液，用化學灌漿泵等壓送設備將其灌入地層或縫隙內，使其滲透、擴散、膠凝或固化，以增加地層強度、降低地層滲透性、防止地層變形和進行混凝土建筑物裂縫修補的一項加固基礎。

4.4.1 材料準備

灌漿貼嘴、封縫膠，環氧樹脂，灌漿機，鉆孔機。

4.4.2 施工方法

判定裂縫寬度及是否貫通。

基層處理：清除裂縫表面的灰塵，油污和不牢附著物。

確定注入口：一般按照 50 cm間距(直徑為22 mm)設置一個注入口，注入口的位置盡量設置在裂縫較寬，開口較暢通的部位，貼上膠帶，預留。

封閉裂縫，采用封縫膠，先加水攪拌成膏糊狀，然后沿裂縫表面刮涂，留出注入口。

安設塑料底座：揭去注入口上的膠帶，用封縫膠將底座粘于注入口上。

安設灌漿器：將配好的灌漿樹脂注入軟管中，將裝有灌漿樹脂的灌漿器旋緊于底座上。

灌漿：灌漿時如果裂縫是垂直的、先從最底下的灌漿口開始灌漿，直到上面灌漿口出漿，把下面的灌漿口封好，然后在上面的灌漿口進行灌漿，重復該過程，一直到全部裂縫被充滿，而且封閉所有的灌漿孔。水平方向裂縫灌漿從裂縫的一側以同一方式到另一側，保持灌漿壓力。打開灌漿器，確定注入狀態，如灌漿樹脂不足，可補充再繼續注入。工程施工過程中嚴格按照材料的配比進行調制漿液。

注入完畢：待注入速度降低，確認不再進膠后，可拆除灌漿器，封閉灌漿孔。

灌漿樹脂固化后，去掉底座及堵頭，清理表面封縫膠，修補灌漿孔。

4.5 質量檢查

根據《港口水工建筑物修補加固技術規范》7.2條，修補完成后可采用目測、敲擊等方法進行外觀檢驗，修補連接處結合緊密，發現有縫隙、夾層、空腔等缺陷應返工修補。

采用灌漿料修補的可以根據行業標準進行壓水試驗，如果對修補質量有質疑時也可以采用取芯法或超聲波檢測法。