水利工程砌石體結(jié)構(gòu)裂縫的成因及防治措施

水利工程砌石體結(jié)構(gòu)裂縫的成因及防治措施

節(jié)水涂料的石材結(jié)構(gòu)包括護(hù)坡、擋土墻、腳趾墻、波浪墻、排水溝、，許多重要的建筑結(jié)構(gòu)，如溢流道墻，都是采用石材結(jié)構(gòu)的。這是大型結(jié)構(gòu)特征的主要應(yīng)用類型。它以其材料強(qiáng)度高、耐久性好、就地取材、來(lái)源豐富、價(jià)格便宜、施工工藝簡(jiǎn)單、便于管理、運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)久等等廣泛的受到所有設(shè)計(jì)者的青睞,但在運(yùn)行中往往容易產(chǎn)生裂縫,對(duì)大壩正常安全運(yùn)行造成隱患,這就要求我們?cè)谄鍪w結(jié)構(gòu)施工中對(duì)可能產(chǎn)生的裂縫進(jìn)行預(yù)控,從設(shè)計(jì)到施工對(duì)其質(zhì)量進(jìn)行控制,從工程施工監(jiān)理角度采取主動(dòng)措施預(yù)防裂縫發(fā)生。1勻沉陷引起的裂縫引起砌石體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫的因素很多,既有地基、溫度,也有設(shè)計(jì)上的疏忽、施工質(zhì)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(zhì)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(jié)構(gòu)大部分直接在原土基礎(chǔ)上,一般砌石體體積較大,結(jié)構(gòu)型式單一,要求地基服從結(jié)構(gòu)需要,對(duì)砌石體結(jié)構(gòu)原土地基進(jìn)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(jié)構(gòu)裂縫。(2)溫度裂縫。水利工程砌石體結(jié)構(gòu)一般都直接與空氣接觸,隨著溫度的變化會(huì)引起材料的熱脹、冷縮,當(dāng)約束條件下溫度變形引起的溫度應(yīng)力足夠大時(shí),墻體就會(huì)產(chǎn)生溫度裂縫。(3)施工質(zhì)量差。設(shè)計(jì)上的疏忽、無(wú)針對(duì)性防裂措施、材料質(zhì)量不合格、施工質(zhì)量差、違反設(shè)計(jì)施工規(guī)程、砌體強(qiáng)度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求,相鄰砌塊間強(qiáng)度不一致、冷逢處理不當(dāng)以及缺乏經(jīng)驗(yàn)也是造成墻體裂縫的重要原因之一。2裂縫寬度的標(biāo)準(zhǔn)限值砌體屬于脆性材料,裂縫的存在降低了墻體的質(zhì)量,如整體性、耐久性和抗震性能,同時(shí)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(duì)壩體安全構(gòu)成隱患,對(duì)水庫(kù)下游人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全造成危害。實(shí)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(biāo)準(zhǔn)(限值),是一個(gè)宏觀的標(biāo)準(zhǔn),即肉眼明顯可見(jiàn)的裂縫,砌體結(jié)構(gòu)尚無(wú)這種標(biāo)準(zhǔn)。但對(duì)鋼筋砼結(jié)構(gòu)其最大裂縫寬度限值主要是考慮結(jié)構(gòu)的耐久性,如裂縫寬度對(duì)鋼筋腐蝕,以及外部構(gòu)件在濕度和抗凍融方面的耐久性影響。我國(guó)到現(xiàn)在為止對(duì)外部構(gòu)件(墻體)最危險(xiǎn)的裂縫寬度尚未作過(guò)調(diào)查和評(píng)定。但根據(jù)德國(guó)資料,當(dāng)裂縫寬度≤0.2mm時(shí),對(duì)外部構(gòu)件(墻體)的耐久性是不危險(xiǎn)的。對(duì)砌體結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō),墻體的裂縫寬度多大是無(wú)害呢?在美學(xué)方面直接取決于觀察人的目的和觀察的距離。鋼筋砼結(jié)構(gòu)裂縫寬度>0.3mm,通常在美學(xué)上是不能接受的,這個(gè)概念也可用于配筋砌體,而對(duì)無(wú)筋砌體似乎應(yīng)比配筋砌體的裂縫寬度標(biāo)準(zhǔn)放寬些,這實(shí)際上是直觀判別裂縫寬度的安全標(biāo)準(zhǔn)。但在水利工程有防滲要求的部位來(lái)說(shuō),就必須滿足設(shè)計(jì)抗?jié)B要求,僅有美學(xué)方面的要求已經(jīng)不夠了。3地基抗裂施工長(zhǎng)期以來(lái)人們一直在尋求控制砌體結(jié)構(gòu)裂縫的實(shí)用方法,并根據(jù)裂縫的性質(zhì)及影響因素有針對(duì)性的提出一些預(yù)防和控制裂縫的措施。從防止裂縫的概念上,我國(guó)《砌體規(guī)范》GBJ3-88形象地引入“防”、“放”、“抗”相結(jié)合的構(gòu)想,收到了一定的效果,但并未包含水利工程砌石體結(jié)構(gòu)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(chǎn)生的主要因素?？刂屏芽p的措施主要有三條,一是設(shè)置應(yīng)對(duì)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(wú)筋砌體的溫度區(qū)段不能越過(guò)10m;對(duì)配筋砌體也不能大于30m。美國(guó)砼協(xié)會(huì)(ACI)規(guī)定,無(wú)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(guò)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(guó)不盡相同,從0.03%～0.2%,或?qū)⑵鲶w設(shè)計(jì)成配筋砌體,如美國(guó)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(duì)地基進(jìn)行處理。對(duì)開(kāi)挖后的土體地基進(jìn)行夯壓,使其迅速固結(jié)在承受砌石體結(jié)構(gòu)之前盡快完成變形過(guò)程,壓力大小根據(jù)砌石體結(jié)構(gòu)來(lái)定。三是保證砌石體結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量。在成品形成過(guò)程中確保砌石體結(jié)構(gòu)的整體性、膠體填充的密實(shí)性、設(shè)計(jì)強(qiáng)度和建筑物的美觀性。保證施工質(zhì)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(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量的裂縫控制措施。4施工期間的裂縫控制措施4.1可實(shí)施鼓勵(lì)措施報(bào)告報(bào)告制度砌體工程開(kāi)工前,施工單位應(yīng)按施工測(cè)量的有關(guān)規(guī)定,將放樣施測(cè)報(bào)告送監(jiān)理工程師審批。根據(jù)設(shè)計(jì)文件(包括施工圖紙、設(shè)計(jì)修改通知等)、技術(shù)要求及施工技術(shù)規(guī)定和單元工程質(zhì)量評(píng)定標(biāo)準(zhǔn),結(jié)合施工水平,于開(kāi)工前將砌體工程施工措施計(jì)劃報(bào)送監(jiān)理審批。施工措施計(jì)劃應(yīng)包括下列內(nèi)容:工程概況、砌筑程序、施工進(jìn)度計(jì)劃安排、砂石水泥等原材料品質(zhì)、施工方法、設(shè)備配置及勞動(dòng)力組織、質(zhì)量和安全保證措施、場(chǎng)地排水措施。4.2施工過(guò)程監(jiān)控整個(gè)過(guò)程的質(zhì)量控制4.2.1填土、砌石、清理基礎(chǔ)開(kāi)挖成形后必須按設(shè)計(jì)要求和現(xiàn)行驗(yàn)收規(guī)程驗(yàn)收合格。若為原狀實(shí)土,則可采取夯壓措施對(duì)基礎(chǔ)直接處理至滿足設(shè)計(jì)要求;若為填土基礎(chǔ),須繼續(xù)開(kāi)挖至原狀土,并進(jìn)行夯壓至滿足設(shè)計(jì)要求;若為巖石基礎(chǔ),則按要求基巖面清理,清除松散巖塊、易泥化、軟化的巖石,對(duì)清除至足夠深度的夾層、斷層裂隙、破碎帶等,應(yīng)回填砼或砌石,沖洗,排出低凹處污水,使基巖面干凈?；觾?nèi)的泉眼必須封堵,或引導(dǎo)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(qiáng)度砌石體的石料材質(zhì)應(yīng)堅(jiān)實(shí)新鮮,無(wú)風(fēng)化剝落層或裂紋;石料表面無(wú)污垢、水銹等雜質(zhì),用于表面的石料,應(yīng)色澤均勻,石料的物理力學(xué)指標(biāo)、外形規(guī)格應(yīng)符合施工圖紙及規(guī)程規(guī)范的要求。砂和礫石的質(zhì)量應(yīng)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(xì)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(biāo)號(hào)應(yīng)符合技術(shù)條款的規(guī)定,應(yīng)有產(chǎn)品出廠日期和廠家的品質(zhì)試驗(yàn)報(bào)告。試驗(yàn)室必須進(jìn)行復(fù)檢,必要時(shí)還應(yīng)進(jìn)行化學(xué)分析。主要試驗(yàn)內(nèi)容包括:水泥標(biāo)號(hào)、凝結(jié)時(shí)間、體積安定性。禁止使用潮濕結(jié)塊水泥。凡適宜飲用的水均可用作砌體用水,當(dāng)對(duì)拌和及養(yǎng)護(hù)的水質(zhì)有懷疑時(shí),應(yīng)進(jìn)行砂漿強(qiáng)度檢證,如果該水制成砂漿的抗壓強(qiáng)度低于標(biāo)準(zhǔn)飲用水制成的砂漿28天齡期抗壓強(qiáng)度的90%時(shí)則此水不能使用。膠結(jié)材料(水泥砂漿和小骨料砼)的原材料、配合比、拌和、運(yùn)輸和澆筑質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合設(shè)計(jì)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(yīng)在倉(cāng)外嚴(yán)格清洗,應(yīng)逐塊檢查、挑選;②砌石體應(yīng)采用座漿法砌筑,砂漿稠度應(yīng)為30～50mm,當(dāng)氣溫變化時(shí),應(yīng)適當(dāng)調(diào)整;③采用漿砌法砌筑的砌石體轉(zhuǎn)角處和交接處應(yīng)同時(shí)砌筑,對(duì)不能同時(shí)砌筑的面,必須留置臨時(shí)間斷處,并應(yīng)砌成戧臺(tái);④采用毛石料砌筑擋土墻,應(yīng)符合下列規(guī)定:毛石料中部厚度不應(yīng)小于200mm;每砌3～4皮為一個(gè)分層高度,每個(gè)分層高度應(yīng)找平一次;外露面的灰縫厚度不得大于40mm,兩個(gè)分層高度間的錯(cuò)縫不得小于80mm;料石擋土墻應(yīng)采用丁順相間砌筑形式,當(dāng)中間部分用毛石填砌時(shí),丁順料石伸入毛石部分的長(zhǎng)度不應(yīng)小于200mm;⑤砂漿砌石體砌筑應(yīng)先鋪砂漿后砌石,砌筑質(zhì)量應(yīng)達(dá)到以下要求:平整:同一層面應(yīng)大致砌平,相鄰砌石塊高差應(yīng)小于20～30mm;穩(wěn)定:石塊安置必須自身穩(wěn)定,大面朝下,適當(dāng)搖動(dòng)或敲擊,使其平穩(wěn);密實(shí):嚴(yán)禁石塊直接接觸,座漿及豎縫砂漿填塞應(yīng)飽滿密實(shí),鋪漿應(yīng)均勻,豎縫填塞砂漿后應(yīng)插搗至表面泛漿為止;錯(cuò)縫:同一砌筑層內(nèi),相鄰石塊應(yīng)錯(cuò)縫砌筑,不得存在順流向通縫。上下相鄰砌筑的石塊,也應(yīng)錯(cuò)縫搭接。避免豎向通縫,必要時(shí),可每隔一定距離設(shè)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(yīng)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(yīng)均勻,防止縫間被大量骨料架空,其水平縫和豎縫寬度均勻?yàn)?0～100mm。⑦豎縫中充填的砼,開(kāi)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(shí)一并填滿。豎縫振搗,應(yīng)以達(dá)到不冒氣泡且開(kāi)始泛漿為適度,相鄰兩振點(diǎn)的距離應(yīng)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(hù)。砌體外露面,在砌筑后12～18h之間應(yīng)及時(shí)養(yǎng)護(hù),經(jīng)常保持外露面的濕潤(rùn)。養(yǎng)護(hù)時(shí)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(shí),防滲用的勾縫砂漿應(yīng)用細(xì)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(yīng)采用42.5MPa以上的普通硅酸鹽水泥。清縫應(yīng)在料石砌筑24h后進(jìn)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(rùn)。勾縫砂漿必須單獨(dú)拌制,嚴(yán)禁與砌體砂漿混用。當(dāng)勾縫完成和砂漿初凝后,砌體表面應(yīng)刷洗干凈,至少用浸濕物覆蓋保持21d,在養(yǎng)護(hù)期間應(yīng)經(jīng)常灑水,使砌體保持濕潤(rùn),避免碰撞震動(dòng)。5砌體填充質(zhì)量施工單位應(yīng)會(huì)同監(jiān)理工程師進(jìn)行以下所列項(xiàng)目的質(zhì)量檢查,檢查成果應(yīng)報(bào)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(yīng)按規(guī)定進(jìn)行物理、化學(xué)性質(zhì)。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(qiáng)度(同一標(biāo)號(hào)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(gè))。③砌體砌筑面的平整度和勾縫質(zhì)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(zhì)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(qiáng)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(cè)的容重和空隙率必須達(dá)到施工圖紙規(guī)定的要求)。⑦砌縫應(yīng)密實(shí),無(wú)架空、漏漿情況。有抗?jié)B要求的部位應(yīng)進(jìn)行壓水試驗(yàn),檢測(cè)單位吸水率,檢測(cè)數(shù)量:每砌筑4～5m高,進(jìn)行一次鉆孔壓水試驗(yàn),每100m2壩面鉆孔3個(gè),每次試驗(yàn)不少于3孔。砌體表面砌縫寬度應(yīng)滿足下列質(zhì)量要求:平縫:粗料石1.5～2cm;塊石2～2.5cm;堅(jiān)縫:粗料石2～3cm