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钢筋混凝土水塔支筒裂缝处理及加固方案
摘 要:根据工程实例分析水塔支筒裂缝产生的原因,重点阐述裂缝处理方法及加固方案。
关键词:钢筋混凝土水塔;裂缝处理;加固方案
钢筋混凝土水塔作为高耸构筑物,由于设计、施工等原因都会使水塔产生裂缝,特别是由于施工质量和施工管理方面存在的问题,造成水塔产生裂缝的情况时有发生。本文通过乌海钢筋混凝土倒锥壳水塔支筒在施工完毕后产生的裂缝的实例,分析裂缝产生原因,阐述水塔的裂缝处理的基本方法及加固方案。
1 工程概况
乌海钢筋混凝土倒锥壳保温水塔修建在乌海火车站,容积500 m3,有效高度32 m,图纸选用国家标准图(89S842)。水塔采用滑升模板法施工,基础采用钢筋混凝土锥壳基础,于2001年建成。在施工完毕后的水箱试水过程中发现支筒出现裂缝,经过检查、测试,经研究提出处理方案,采取裂缝处理加固措施后,于2003年投入使用,现使用情况良好。
2 裂缝出现及原因分析
2•1 裂缝情况
2000年5月底,开始施工水塔的支筒,在滑升施工过程中,曾发生混凝土被拉裂,出现水平(环向)裂缝。这些裂缝有的在千斤顶回油时愈合,有的采用砂浆修补,但当混凝土凝固后仍出现水平裂缝。其分布情况是在地面25 m以下较少,特别是在地面高度26~27 m处较多。由于正值中午,施工停止时间约1 h 40min,气温32℃,下午复工后滑升时混凝土被拉断并连同环向钢筋一起被模板带走,在拉空处只有竖向钢筋,其拉空的高度为100~600 mm。后采取措施将模板内的混凝土挤出,并用相同强度等级的混凝土摔入被拉空处,用木棍捣实。在施工完毕20 d后又将第7平台处凿开补埋塔内平台的预埋铁件,使上部混凝土受损严重。2001年11月20日进行水塔注水试验,24日发现在26~27 m处出现混凝土酥裂后,立即放水停止注水试验,当时水柜已注入水300 m3。
2•2 裂缝检测
经检查,在支筒外表面距地面4•0、12•8、21、26~27 m共4处有较明显或严重的裂缝区,裂缝最大宽度为10 mm。其中,在高程21•0 m处为贯通性断裂缝,但未沿环向形成闭合缝。在支筒正西方向还有一条竖向裂缝,另外还有一些水平方向和竖向的断续裂缝,宽度小于0•3 mm。根据发现的裂缝沿支筒环向划分为A、B、C、D 4个区域,将前述的各种裂缝分布情况绘制出支筒内侧裂缝分布示意图(图1)。使用回弹仪对裂缝附近进行混凝土强度的检测。在高程21•0 m处(第6层平台)及以下混凝土强度等级只有很少检测点,未达到要求,绝大多数检测点都能满足C30要求;在高程26•0~27•5 m处(第7层平台)有较多的检测点不能满足要求。
图1 水塔支筒内侧裂缝分布示意
2•3 裂缝原因分析
(1)滑升模板法施工操作不当。水塔支筒滑升模板法施工,一般应采用连续施工(三班制),施工过程中不宜中间停工。特殊情况中途停止,滑升时间也不宜过长,并且要采取相应的措施,防止混凝土粘在模板上,如减小模板阻力措施、混凝土加缓凝剂等,防止混凝土粘模拉断情况的发生。
(2)混凝土缺陷处理方法粗糙。在产生滑模拉断后,本应妥善处理,将被带去的混凝土清除弃用,按照规定进行截面的接茬处理,使新旧混凝土很好地结合为一体。
(3)支筒滑升过程中应保持模板提升速度同步,提升量相等,否则将会产生环向裂缝。
(4)气候炎热干燥、日照影响和混凝土养护差将产生混凝土表面裂缝。
(5)混凝土用量过多将造成混凝土收缩加大,产生裂缝。经查询,支筒混凝土强度等级C30,现场采用强度等级40 MPa普通水泥,每m3混凝土中水泥用量为450 kg左右,虽然混凝土强度多数满足要求,但难免出现收缩裂缝。根据上述,水塔支筒施工中出现的裂缝和产生的缺陷是严重的,它将影响结构的安全,必须进行裂缝和施工缺陷处理后,再进行加固。
3 裂缝处理
3•1 蜂窝孔洞处理
清除蜂窝孔洞中的松散石碴,然后用压力水清除灰粉,刷水泥浆界面剂后,再填以C35膨胀混凝土捣固密实。
3•2 裂缝处理修补
(1)裂缝宽度<0•3 mm,并裂缝浅而细且条数很多时,宜用环氧树脂浆液或水泥浆液进行表面封闭;当裂缝细而深时,宜用甲基丙烯酯类浆液或低粘度环氧树脂浆液灌筑。
(2)裂缝宽度≥0•3 mm时,宜用环氧树脂浆液灌筑。
(3)裂缝宽度>1•0 mm时,可用微膨胀水泥浆液或环氧砂浆修补。修补前,应在裂缝表面涂刷一层水泥浆界面剂。
(4)灌浆前先处理裂缝,操作方法为:①表面处理法即对混凝土构件上较细(<0•3 mm)的裂缝,可用钢丝刷等工具,清除裂缝表面的灰尘、浮渣及松散层等污物,然后再用毛刷蘸甲苯、酒精等有机溶液,把沿裂缝两侧处20~30 mm处擦洗干净并保持干燥;②凿槽法即对混凝土构件上较宽(>0•3 mm)的裂缝,应沿裂缝用钢钎或风镐凿成V形槽,槽宽与槽深可根据裂缝深度和有利于封缝来确定。凿槽时先沿裂缝打开,再向两侧加,凿完后用钢丝刷及压缩空气将混凝土碎粉尘清除干净。
4 加固方案
4•1 贴壁加固方案
沿支筒外表面和高程20•00 m至环梁的内表面灌筑C35钢筋混凝土筒套,其厚度为150 mm,并根据受力情况配筋。在内外两侧的加固混凝土要适当与原支筒混凝土壁及上、下环梁进行锚固,使新旧支筒相互连接加固构造。该方案的优点是,外观为光滑圆筒状看不出加固处理后的迹象,保证结构安全。可经过有关部门鉴定或施工单位认为有可靠的施工安全保障措施时可采用此方案。考虑到加固处理后的美观效果,施工单位和建设单位选用了此加固方案。
4•2 框架加固方案
沿支筒外表面设钢筋混凝土框架进行加固,可设
4根框架柱和沿高度设环形框架梁,梁高程分别为
4•800、8•800、12•800、16•800、20•800、24•800、29•800 m。混凝土强度等级为C40。框架结构采用膨胀螺栓与原支筒结构连为一体,使其能共同受力。要求上部环梁和下部框架柱分别与原水箱环托梁和基础壳顶环梁连为一体或锚固。在支筒顶部严重缺陷和裂缝处理后用钢丝网水泥厚30 mm或细石混凝土罩面,强度等级不低于35 MPa,其位置在高程20•400~29•800 m处的支筒外表面。此方案的优点是,可待框架结构达到强度后再处理上部的严重裂缝部分,可保证施工时水塔结构安全。但处理后的外表面显示出框架部分,外表不够光滑美观。本方案最终未采用。
4•3 加固材料
水泥选用32•5级普通硅酸盐水泥;混凝土所用的石子宜采用坚硬的卵石或碎石,最大粒径不宜大于20 mm。
4•4 加固施工要求
(1)施工前应进一步详细检查支筒外表面的混凝土质量,特别是要对支筒上部缺陷和裂缝严重的部位进行超声探伤检查,查清混凝土内空洞和蜂窝情况,裂缝的深度、宽度和强度。
(2)加固前对拟处理的支筒外表面的涂料清理干净,无涂料者原有混凝土表面应冲洗干净,保证新旧混凝土的粘结质量。
(3)混凝土加固施工要求:混凝土套筒或框架施工前应凿毛外表面并清洗干净;对混凝土缺陷和裂缝严格按要求进行处理;沿支筒外表面、新旧混凝土连接的部分打入16×160 mm膨胀螺栓,其间距梁柱为300~400 mm,套筒为400~500 mm;新浇筑的混凝土中的钢筋应与膨胀螺栓绑扎牢固或点焊;新浇筑混凝土上部的环梁应与原水箱环托梁连接,混凝土振捣密实与环托梁连为一体。
(4)基础连接
考虑到基础能满足承载要求,可不作处理,但支筒加固新浇混凝土与基础应锚固,保证可靠连接。新浇混凝土与基础锥壳的上环梁采用植筋法连接,锚固长度不小于15d,孔径应大于筋径4~6 mm,粘结材料采用JGN建筑结构粘合剂。植筋方法如下:
①成孔 按要求取植筋孔,深度为钢筋的15d,孔
径应大于筋径4~6 m;
②清孔 用钢丝刷、气泵、棉丝等工具清除孔内粉末、泥灰、水分,用丙酮擦洗孔壁至清;
③处理 使用钢丝刷除去钢筋锈痕、杂质,用丙酮擦洗干净;
④JGN建筑结构粘合剂 该粘合剂甲、乙两组份按规定质量倒入容器,搅拌均匀,根据施工温度、被粘接表面粗化程度来调配胶量,一般用量6~10 kg/m2;
⑤填胶 利用各种方法和工具将调好的胶粘剂填入孔中,填充量为孔深的1/2至2/3,调好的胶要在50min内用完;
⑥栽筋 将处理好的钢筋插入孔中,转动、提动数次,固定24 h不扰动。应注意植筋一定不要在雨天进行,并做拉拔试验。
(5)施工注意事项
①在加固过程中,若发现结构和相关工程隐蔽部位的构造有严重缺陷,如破损、严重裂缝、孔洞、主筋锈蚀、混凝土腐蚀等,应立即停止施工,待消除隐患后方能继续施工。
②在加固施工过程中,施工单位一定要采用可靠的安全措施。
③如在受力钢筋上施焊前应采用卸荷和支顶措施,并应逐根分区、分段、分层进行焊接等。
5 结语
(1)钢筋混凝土水塔为高耸特种构筑物,其设计和施工均有严格的要求,应由专业队伍施工,并应严格按规范精心操作。
(2)水塔支筒施工严禁产生裂缝。若产生裂缝则应分析其原因,并采取可靠的处理措施。
(3)加固方案既要考虑安全可靠性,又要考虑美观和造价。 |
