水利工程砌石體結構裂縫的成因及防治措施

水利工程砌石體結構裂縫的成因及防治措施

節(jié)水涂料的石材結構包括護坡、擋土墻、腳趾墻、波浪墻、排水溝、，許多重要的建筑結構，如溢流道墻，都是采用石材結構的。這是大型結構特征的主要應用類型。它以其材料強度高、耐久性好、就地取材、來源豐富、價格便宜、施工工藝簡單、便于管理、運行時間長久等等廣泛的受到所有設計者的青睞,但在運行中往往容易產生裂縫,對大壩正常安全運行造成隱患,這就要求我們在砌石體結構施工中對可能產生的裂縫進行預控,從設計到施工對其質量進行控制,從工程施工監(jiān)理角度采取主動措施預防裂縫發(fā)生。1勻沉陷引起的裂縫引起砌石體結構產生裂縫的因素很多,既有地基、溫度,也有設計上的疏忽、施工質量、材料不合格等等,這類裂縫幾乎占全部可遇裂縫的80%以上。水利工程施工中主要有三類:地基、溫度、施工質量。(1)地基不均勻沉陷引起的裂縫很普遍。由于水利工程砌石體結構大部分直接在原土基礎上,一般砌石體體積較大,結構型式單一,要求地基服從結構需要,對砌石體結構原土地基進行處理的較少,往往不同地基在承受荷載后變形不同引起不均勻沉陷,造成砌石體結構裂縫。(2)溫度裂縫。水利工程砌石體結構一般都直接與空氣接觸,隨著溫度的變化會引起材料的熱脹、冷縮,當約束條件下溫度變形引起的溫度應力足夠大時,墻體就會產生溫度裂縫。(3)施工質量差。設計上的疏忽、無針對性防裂措施、材料質量不合格、施工質量差、違反設計施工規(guī)程、砌體強度達不到設計要求,相鄰砌塊間強度不一致、冷逢處理不當以及缺乏經(jīng)驗也是造成墻體裂縫的重要原因之一。2裂縫寬度的標準限值砌體屬于脆性材料,裂縫的存在降低了墻體的質量,如整體性、耐久性和抗震性能,同時墻體的裂縫給使用者在感觀上和心理上造成不良影響,特別是對壩體安全構成隱患,對水庫下游人民群眾生命財產安全造成危害。實際上建筑物的裂縫是不可避免的。此處提到的墻體裂縫寬度的標準(限值),是一個宏觀的標準,即肉眼明顯可見的裂縫,砌體結構尚無這種標準。但對鋼筋砼結構其最大裂縫寬度限值主要是考慮結構的耐久性,如裂縫寬度對鋼筋腐蝕,以及外部構件在濕度和抗凍融方面的耐久性影響。我國到現(xiàn)在為止對外部構件(墻體)最危險的裂縫寬度尚未作過調查和評定。但根據(jù)德國資料,當裂縫寬度≤0.2mm時,對外部構件(墻體)的耐久性是不危險的。對砌體結構來說,墻體的裂縫寬度多大是無害呢?在美學方面直接取決于觀察人的目的和觀察的距離。鋼筋砼結構裂縫寬度>0.3mm,通常在美學上是不能接受的,這個概念也可用于配筋砌體,而對無筋砌體似乎應比配筋砌體的裂縫寬度標準放寬些,這實際上是直觀判別裂縫寬度的安全標準。但在水利工程有防滲要求的部位來說,就必須滿足設計抗?jié)B要求,僅有美學方面的要求已經(jīng)不夠了。3地基抗裂施工長期以來人們一直在尋求控制砌體結構裂縫的實用方法,并根據(jù)裂縫的性質及影響因素有針對性的提出一些預防和控制裂縫的措施。從防止裂縫的概念上,我國《砌體規(guī)范》GBJ3-88形象地引入“防”、“放”、“抗”相結合的構想,收到了一定的效果,但并未包含水利工程砌石體結構的抗裂措施。水利工程主要考慮到地基承載力、墻后土壓力、地下水壓力和溫度變形,其中地基不均勻沉陷和溫度變形裂縫產生的主要因素?？刂屏芽p的措施主要有三條,一是設置應對沉降、溫度的控制縫。按照砼砌塊、硅酸鹽塊體砌體的干縮率0.2～0.4mm/m,無筋砌體的溫度區(qū)段不能越過10m;對配筋砌體也不能大于30m。美國砼協(xié)會(ACI)規(guī)定,無筋砌體的最大控制縫間距為12～18m,配筋砌體控制縫間距不超過30m。其次是在砌體中配置一定數(shù)量的抗裂鋼筋,其配筋率各國不盡相同,從0.03%～0.2%,或將砌體設計成配筋砌體,如美國配筋砌體的最小含鋼率為0.07%,該配筋率又抗裂,又能保證砌體具有一定的延性。二是對地基進行處理。對開挖后的土體地基進行夯壓,使其迅速固結在承受砌石體結構之前盡快完成變形過程,壓力大小根據(jù)砌石體結構來定。三是保證砌石體結構的施工質量。在成品形成過程中確保砌石體結構的整體性、膠體填充的密實性、設計強度和建筑物的美觀性。保證施工質量就有效地防止了裂縫的發(fā)生,下面主要從施工監(jiān)理角度探討保證砌石體結構的施工質量的裂縫控制措施。4施工期間的裂縫控制措施4.1可實施鼓勵措施報告報告制度砌體工程開工前,施工單位應按施工測量的有關規(guī)定,將放樣施測報告送監(jiān)理工程師審批。根據(jù)設計文件(包括施工圖紙、設計修改通知等)、技術要求及施工技術規(guī)定和單元工程質量評定標準,結合施工水平,于開工前將砌體工程施工措施計劃報送監(jiān)理審批。施工措施計劃應包括下列內容:工程概況、砌筑程序、施工進度計劃安排、砂石水泥等原材料品質、施工方法、設備配置及勞動力組織、質量和安全保證措施、場地排水措施。4.2施工過程監(jiān)控整個過程的質量控制4.2.1填土、砌石、清理基礎開挖成形后必須按設計要求和現(xiàn)行驗收規(guī)程驗收合格。若為原狀實土,則可采取夯壓措施對基礎直接處理至滿足設計要求;若為填土基礎,須繼續(xù)開挖至原狀土,并進行夯壓至滿足設計要求;若為巖石基礎,則按要求基巖面清理,清除松散巖塊、易泥化、軟化的巖石,對清除至足夠深度的夾層、斷層裂隙、破碎帶等,應回填砼或砌石,沖洗,排出低凹處污水,使基巖面干凈?；觾鹊娜郾仨毞舛?或引導出基坑,并保證不因其而稀釋砂漿或砼、帶走水泥漿。4.2.2混凝土砂漿強度砌石體的石料材質應堅實新鮮,無風化剝落層或裂紋;石料表面無污垢、水銹等雜質,用于表面的石料,應色澤均勻,石料的物理力學指標、外形規(guī)格應符合施工圖紙及規(guī)程規(guī)范的要求。砂和礫石的質量應符合SD120-84規(guī)定。砂漿和小骨料砼采用的砂料,要求粒徑為0.15～5mm,細度模數(shù)為2.5～3.0,砌筑毛石砂漿的砂,其最大粒徑不大于5mm;砌筑料石砂漿的砂,最大粒徑不大于2.5mm。砌筑工程采用的水泥品種和標號應符合技術條款的規(guī)定,應有產品出廠日期和廠家的品質試驗報告。試驗室必須進行復檢,必要時還應進行化學分析。主要試驗內容包括:水泥標號、凝結時間、體積安定性。禁止使用潮濕結塊水泥。凡適宜飲用的水均可用作砌體用水,當對拌和及養(yǎng)護的水質有懷疑時,應進行砂漿強度檢證,如果該水制成砂漿的抗壓強度低于標準飲用水制成的砂漿28天齡期抗壓強度的90%時則此水不能使用。膠結材料(水泥砂漿和小骨料砼)的原材料、配合比、拌和、運輸和澆筑質量標準應符合設計及SD120-84要求執(zhí)行。4.2.3充填料石擋土墻體填充景①用于漿砌石的石料應在倉外嚴格清洗,應逐塊檢查、挑選;②砌石體應采用座漿法砌筑,砂漿稠度應為30～50mm,當氣溫變化時,應適當調整;③采用漿砌法砌筑的砌石體轉角處和交接處應同時砌筑,對不能同時砌筑的面,必須留置臨時間斷處,并應砌成戧臺;④采用毛石料砌筑擋土墻,應符合下列規(guī)定:毛石料中部厚度不應小于200mm;每砌3～4皮為一個分層高度,每個分層高度應找平一次;外露面的灰縫厚度不得大于40mm,兩個分層高度間的錯縫不得小于80mm;料石擋土墻應采用丁順相間砌筑形式,當中間部分用毛石填砌時,丁順料石伸入毛石部分的長度不應小于200mm;⑤砂漿砌石體砌筑應先鋪砂漿后砌石,砌筑質量應達到以下要求:平整:同一層面應大致砌平,相鄰砌石塊高差應小于20～30mm;穩(wěn)定:石塊安置必須自身穩(wěn)定,大面朝下,適當搖動或敲擊,使其平穩(wěn);密實:嚴禁石塊直接接觸,座漿及豎縫砂漿填塞應飽滿密實,鋪漿應均勻,豎縫填塞砂漿后應插搗至表面泛漿為止;錯縫:同一砌筑層內,相鄰石塊應錯縫砌筑,不得存在順流向通縫。上下相鄰砌筑的石塊,也應錯縫搭接。避免豎向通縫,必要時,可每隔一定距離設置丁石。⑥砂漿砌條石,其砌體平縫寬度為15～20mm,豎縫寬度20～30mm,并應采用砂漿勻縫防滲。小骨料砼砌石塊體,其砌體的平縫鋪料應均勻,防止縫間被大量骨料架空,其水平縫和豎縫寬度均勻為80～100mm。⑦豎縫中充填的砼,開始與周圍石塊表面齊平,振搗后略有下沉,待上層平縫鋪料時一并填滿。豎縫振搗,應以達到不冒氣泡且開始泛漿為適度,相鄰兩振點的距離應不大于振搗器作用半徑的1.5倍(約250mm左右),注意防止漏振。⑧養(yǎng)護。砌體外露面,在砌筑后12～18h之間應及時養(yǎng)護,經(jīng)常保持外露面的濕潤。養(yǎng)護時間:水泥砂漿砌體為14d,砼砌體為21d。4.2.4水泥砂漿的防滲采用料石水泥砂漿勾縫作為防滲體時,防滲用的勾縫砂漿應用細砂和較小的水灰比,灰砂比控制在(1∶1)～(1∶2)之間。防滲用砂漿應采用42.5MPa以上的普通硅酸鹽水泥。清縫應在料石砌筑24h后進行,縫寬不小于砌縫寬度,縫深不小于縫寬的2倍,勾縫前必須將槽縫沖洗干凈,不得殘留灰渣和積水,并保持縫面濕潤。勾縫砂漿必須單獨拌制,嚴禁與砌體砂漿混用。當勾縫完成和砂漿初凝后,砌體表面應刷洗干凈,至少用浸濕物覆蓋保持21d,在養(yǎng)護期間應經(jīng)常灑水,使砌體保持濕潤,避免碰撞震動。5砌體填充質量施工單位應會同監(jiān)理工程師進行以下所列項目的質量檢查,檢查成果應報送監(jiān)理:①砌石工程所用的毛石和料石、水泥、水、外加劑以及砂和礫石應按規(guī)定進行物理、化學性質。②膠凝材料(包括水泥砂漿和小骨料混凝土)的配合比、均勻性、抗壓強度(同一標號砂漿試件的數(shù)量,28d齡期的每200m3砌體取成型試件一組3個)。③砌體砌筑面的平整度和勾縫質量、石塊嵌擠的緊密度、縫隙砂漿的飽滿度、沉降縫貫通情況等的外觀質量檢查。④排水孔的坡度和阻塞情況檢查。⑤料石和毛石砌筑的尺寸和位置的允許偏差檢查。⑥砌體強度;砌體容重和空隙率檢查(壩高1/3以下每砌5～10m高至少挖試坑一組,壩高1/3以上的砌體,試坑數(shù)量由監(jiān)理與施工單位共同協(xié)商確定,所測的容重和空隙率必須達到施工圖紙規(guī)定的要求)。⑦砌縫應密實,無架空、漏漿情況。有抗?jié)B要求的部位應進行壓水試驗,檢測單位吸水率,檢測數(shù)量:每砌筑4～5m高,進行一次鉆孔壓水試驗,每100m2壩面鉆孔3個,每次試驗不少于3孔。砌體表面砌縫寬度應滿足下列質量要求:平縫:粗料石1.5～2cm;塊石2～2.5cm;堅縫:粗料石2～3cm