工程事故分析與工程安全ch14_W

1、第 14 章工程結構裂縫處理方法教學提示：本教材的重點是工程事故分析而不是工程結構加固，所以本章的重點也只是一般性的結構裂縫封閉處理，旨在提高結構的耐久性，不涉及工程結構加固問題，著重介紹了一些裂縫處理的技術操作方法。 教學要求：裂縫封閉處理是一種勞動強度不高而技術要求很高的勞動實踐。為了加強理論與實踐的結合，最好提倡學生親自動手體驗一下。 鋼筋混凝土在框架結構中是主要的承重構件，混凝土工程質量的好壞，決定了結構的物理力學性能的好壞，對結構的穩(wěn)定性與整個工程安全具有最直接的影響。混凝土工程質量不過關，就有可能對結構造成 性的后果。而混凝土總是存在這樣的或那樣的病害， 病害產(chǎn)生的原因來自多方面：

2、混凝土的水化作用、工程施工的不當、混凝土構造物使用環(huán)境的惡化以及建筑結構承載力的變化，這些均可使混凝土產(chǎn)生各種各樣的病害。其中，裂縫病害約占 70%以上，裂縫的擴展在局部形成應力集中，使混凝土強度降低、結構承載力下降，成為造成建筑物事故的重要原因。裂縫問題嚴重影響混凝土建筑物的壽命，以致每年要耗費巨資對鋼筋混凝土工程進行修補與加固。 14.1 鋼筋混凝土結構裂縫處理方法鋼筋混凝土裂縫處理方法有下列幾種。 (1) 表面修補。常用的方法有壓實抹平、涂抹環(huán)氧樹脂膠粘劑、噴涂水泥砂漿或細石混凝土、壓抹環(huán)氧膠泥、環(huán)氧樹脂粘貼玻璃絲布、增加整體面層、鋼錨栓縫合等。 (2) 局部修復法。常用的有充填法、部分

3、鑿除重新澆筑混凝土等。 (3) 水泥壓力灌漿法。適用于縫寬大于 0.5mm 的穩(wěn)定裂縫。 (4) 化學灌漿。可灌入縫寬大于 0.05mm 的裂縫。 (5) 減小框架結構內(nèi)力。常用的方法有卸載或控制荷載、設置卸荷結構、增設支點或支撐、改簡支梁為連續(xù)梁等。 (6) 框架結構補強。常用的方法有增加鋼筋、加厚板、外包鋼筋混凝土、外包鋼、粘貼鋼板、預應力補強體系等。 (7) 改變框架結構方案，加強整體剛度。例如，框架裂縫采用增設隔板深梁法處理。 (8) 其他方法。如拆除重做、改善框架結構使用條件，通過試驗或分析論證不處理等。在選擇裂縫處理方法時應考慮如下一些因素：裂縫性質、大小、位置、環(huán)境、處理目 的以

4、及結構受力情況和使用情況等。對框架結構裂縫處理方法的選擇可參照表 14-1 進行。 第 14 章工程結構裂縫處理方法139表 14-1 裂縫處理方法選擇分類處理方法表面修補局部修補灌漿減小內(nèi)力結構補強水泥化學裂縫性質 溫度收縮荷載 地基變形 裂縫寬度(mm)0.1 0.10.50.5 處理目的 美 觀防滲漏耐久性 承載能力 注：較常用；較少用；應與表面修補配合使用。 14.2 用化學灌漿法處理結構裂縫化學灌漿就是用壓送設備將化學材料配制的漿液灌入混凝土構件的裂縫內(nèi)，使其擴散、固化。固化后的化學漿液具有較高的粘結強度，與混凝土能較好地粘結，從而增強了構件的整體性，使構件恢復使用功能，提高耐久性，

5、達到防銹補強的目的。 用于結構修補的化學漿液主要有兩類：一類是環(huán)氧樹脂漿液；另一類是甲基丙烯酸甲酯液(簡稱甲凝)。用于防滲堵漏的化學漿液主要有水玻璃、丙烯酰胺、聚氨酯、丙烯酸鹽等。這些材料可充填縫隙，使之不透水并增加強度。 14.2.1 灌漿材料的選用及配方1. 灌漿材料的選用 用于結構修補的灌漿材料，可根據(jù)裂縫的寬度、深度的不同，按以下方法選用。 (1) 對于寬度小于0.3mm的細而深的裂縫，宜采用可灌性較好的甲凝或低粘度的環(huán)氧樹脂漿液灌注補強。 (2) 當裂縫寬度大于 1.0mm 時，宜用微膨脹水泥砂漿液修補。 (3) 對寬度為 0.3mm1.0mm 的裂縫，宜采用收縮性較小的環(huán)氧樹脂漿液

6、灌注補強。 2. 漿液配方及使用條件 漿液配方由漿液的用途及使用條件而定。下面分別介紹幾種常用的環(huán)氧樹脂漿液、甲凝的配方及其使用性能。 139 1) 環(huán)氧樹脂液 混凝土結構加固技術規(guī)范所建議使用的環(huán)氧樹脂漿液配方見表 14-2。 表 14-2 加固規(guī)范推薦的漿液配方及其性能材料名稱規(guī)格配合比(重量比)配方 1配方 2配方 3配方 4配方 5環(huán)氧樹脂 6101 號或 634 號 100100100100100糠醛 工業(yè) 2025 5050 工業(yè) 2025 6060鄰苯二甲酸二丁酯 工業(yè) 10 甲苯 工業(yè) 3040 50 苯酚 工業(yè) 10乙二胺 工業(yè) 81015258102020使用性能 1天后固

7、化， 流動稍差 2 天后為彈性體，流動性較好 4 天后為彈性體，流動性較好 6 天后為彈性體，流動性較好 7 天后為彈性體，流動性較好 從表 14-2 可以發(fā)現(xiàn)，各種添加劑的摻加比例對環(huán)氧樹脂漿液的性能和使用功能都有較大的影響。在工程中，應該根據(jù)不同情況選用不同的配方。 2) 甲基丙烯酸甲酯漿液(簡稱甲凝)甲凝能灌入 0.05mm 的細微裂縫中，當水壩、水池一類的建(構)筑物出現(xiàn)裂縫時，用甲凝進行修復補強是非常有效的。加固規(guī)范推薦的配方見表 14-3。 表 14-3 加固規(guī)范推薦的甲凝配方材料名稱代號配合比(重量比)配方 1配方 2配方 3甲基丙烯甲酯 MMA100100100醋酸乙烯 18

8、015丙烯酸 10010過氧化二苯甲酸 BPO1.51.011.5對甲苯亞磺酸 TSA1.01.02.00.51.0二甲基苯胺 DMA1.00.51.00.51.514.2.2 灌漿方法及設備目前，常用的灌漿方法分手動和機械兩類，近年來國外已有自動灌漿法。 1. 手動灌漿施工法 手動灌漿工具是油脂槍，槍筒可裝 200mL 以下的漿液。操作時將配制好的漿液裝入槍 第 14 章工程結構裂縫處理方法145筒，槍頭與灌漿嘴(盒)相接，扳動操縱桿即可把漿液壓入縫中。施工時可任意調節(jié)灌注壓力。當用強力板壓杠桿時，槍端最大壓力達 20MPa。這樣大的壓力，即使膏糊也可注入。手動法所用的工具少，機動靈活，當裂

9、縫不多，灌漿量不大時，適宜采用此法。 2. 機動灌漿施工法 機動灌漿是一種靠泵連續(xù)壓漿的機械施工方法。它所需要的機具包括：灌漿泵、管、灌漿嘴。目前市場上的化學灌漿泵主要有： HGB 型，其排漿流量調節(jié)范圍為 0L/min 6.4L/min； 2MJ-3/40 型隔膜計量泵，其精度高，既適用于化學灌漿，又適用于水泥灌漿， 流量調節(jié)范圍為 0L/min3L/min； JN-4 型化學灌漿泵，可用于甲凝灌漿，最大流量為2.8L/min。壓漿筒可自制，其容量根據(jù)工程上耗漿量的大小自行決定。 目前，國外多采用雙組分灌漿泵，即環(huán)氧漿液按環(huán)氧樹脂及硬化劑兩種組份分別裝在兩個容器內(nèi)。灌漿時，按所要求的比例自動

10、混合，形成可固化的漿液，灌入縫內(nèi)。 14.2.3 安全技術及注意事項環(huán)氧樹脂和甲凝的組成材料大多數(shù)，人體健康，并且污染環(huán)境；有的還易燃、易爆。施工過程中如果不加以注意，則很可能危及施工人員的安全。這些物質可通過接觸、呼吸及消化道等途徑進入人體而引起中毒；更應該注意的是，有些毒性反應在短時期內(nèi)并不明顯，但經(jīng)過長期的積累中毒后，將對人體造成嚴重傷害。因此，必須從安全教育、材料管理、現(xiàn)場施工組織管理、勞動保護、防火、防爆等幾方面采取切實可行的措施， 以確保施工人員的安全和環(huán)境免受污染。 1. 安全教育 加強對全體施工人員(包括貯運人員)的業(yè)務培訓和安全教育，充分認識化學灌漿材料的毒性及性，并且熟悉、

11、掌握各種安全技術和防護措施。 2. 材料管理中的安全技術 對性和刺激性的揮發(fā)性材料，應有專人負責，將其密封貯存在陰涼通風的室內(nèi)。 、甲苯等易燃易爆材料，應貯存在遠離施工現(xiàn)場處。 3. 施工現(xiàn)場的安全技術 施工現(xiàn)場應采取有效的通風設施，如施工地點在地下或井下，更應設置足夠的排風設備，將 氣體排出現(xiàn)場，并引入新鮮空氣。施工結束后，余下的廢料都應妥善處理，防止污染環(huán)境。 4. 勞動保護 (1) 施工人員應穿戴防護服、橡膠或乳膠手套、專用臂套、防護口罩以及防護眼鏡等勞保用品，并應在漿液的上風位置工作。室內(nèi)試驗應在通風櫥內(nèi)進行。不準用手直接接觸化學灌漿材料。 (2) 施工人員不準在化學灌漿現(xiàn)場進食、吸煙

12、，離開現(xiàn)場前應洗手。 (3) 若皮膚粘有漿液，應用熱水、肥皂或酒精擦洗干凈。粘有環(huán)氧樹脂時，可先用鋸木屑去掉污粉；擦洗后，再用熱水、肥皂洗凈。不準用 等滲透性強的溶劑洗滌，防止 145 物質滲入人體。 5. 防火防爆措施 (1) 施工現(xiàn)場不準貯存易燃、易爆材料。 (2) 施工現(xiàn)場不準吸煙、禁用明火。使用強光燈泡時，應加防護安全罩，防止燈管爆裂而失火。 (3) 施工現(xiàn)場應有化學滅火機(泡沫、四氯化碳、二氧化碳等)與黃砂等消防設施。泡沫適用于乙醇、 滅火；四氯化碳適用于 、苯、甲苯等材料滅火；二氧化碳適用于電氣設備滅火；黃砂適用于小范圍的滅火。 6. 緊急搶救措施 由于通風不良，漿管爆裂、材料著火

13、等突發(fā)事故造成急性中毒或灼傷，應在現(xiàn)場采取緊急搶救措施。 (1) 漿液噴射入眼睛時，應立即用大量清水或生理鹽水徹底沖洗后，立即送醫(yī)院救治。 (2) 發(fā)現(xiàn)中毒昏厥人員，應立即將病員移至空氣新鮮場所，由醫(yī)務人員急救，脫險后送醫(yī)院治療。 (3) 灌漿材料著火，應迅速滅火，切斷電源、火源，移走未用完的易燃、易爆材料， 消防人員也應穿戴勞動防護用品。 14.3 用噴射混凝土處理結構裂縫噴漿或噴射混凝土都是用壓縮空氣將水泥砂漿或細石混凝土噴射修補結構上的裂縫、孔洞或加大結構斷面，以恢復或提高原結構的承載能力、剛度和耐久性。 14.3.1 適用范圍及特點噴漿與噴射混凝土在建筑物加固中的應用十分廣泛，它常與鋼

14、筋網(wǎng)、鋼絲網(wǎng)、金屬套箍、扒釘?shù)裙餐褂谩?噴漿與噴射混凝土常應用于局部或全部地更換已損傷混凝土；填補混凝土結構中的孔洞、縫隙、麻面等等。 噴漿與噴射混凝土有如下特點。 (1) 噴射層以原有結構作為附著面，不需要另設模板，在高空對板、梁的底面或復雜曲面施工較方便。 (2) 對混凝土、堅固的巖石有較強的粘結力。 (3) 噴射層密度大，強度高，抗?jié)B性好。 (4) 工藝簡單，施工高速、高效。 (5) 可在拌合料中加入速凝劑，使水泥漿在 10 分鐘內(nèi)終凝，2 小時后具有強度，可以大大縮短工期。 噴射混凝土的密度一般取 2200kg/m3，設計強度不應低于 15MPa(C15)。 14.3.2 施工工藝及

15、技術要求養(yǎng)護 噴射 埋設噴厚標志 補配鋼筋 噴射混凝土的施工工藝如圖 14.1 所示。 待噴面處理 1. 待噴面處理 圖 14.1 噴射混凝土的施工工藝待噴面的處理是結構構件加固的關鍵工序。待噴面的處理包括裂縫、空洞的外形處理和受損傷構造的處理等。 用噴漿修補結構裂縫和孔穴時，應將裂縫和孔穴修成“V”形，使灰漿可以順利噴入并堆積密實。當待噴面比較光滑時，則應鑿成麻面，以保證新舊混凝土的粘結。 結構待噴面為損傷混凝土時，一般應該鏟除至堅實的結構層為止。如果鏟除不徹底， 會造成“夾餡”，影響噴射層的粘結、耐久性和新舊結構層的共同受力。 2. 補配鋼筋 若經(jīng)結構評定，認為應在噴射層內(nèi)加配鋼筋時，可在

16、待噴面處理之后補配鋼筋。當附著面上出現(xiàn)孔洞時，應注意孔洞的尺寸，并分別作出處理。當孔洞較小時，可直接噴補；當孔洞面積較大時，可先在孔洞表面敷貼直徑 46，間距 100mm 的鋼筋網(wǎng)，再作噴面處理。 對于承載力不足的混凝土梁、混凝土柱等，應補配鋼筋或鋼筋網(wǎng)或鋼絲網(wǎng)，隨后才可噴射。鋼筋網(wǎng)與受噴面間的距離不宜小于 2D(D 為最大骨料粒徑)。 3. 埋設噴射層厚度標志 每次不能噴得太厚。一次噴射厚度見表 14-4。在噴射前應埋設噴層厚度的標志，以方便噴射施工和保證噴射質量。 表 14-4 噴射混凝土一次噴射厚度噴射方向一次噴射厚度(mm)加速凝劑不加速凝劑向上 50703050水平 70100607

17、0向下 1001501001504. 噴射 噴射混凝土可分為干法噴射、濕法噴射和半濕法噴射三種。 所謂干法噴射是將材料干拌合后用氣壓把它以懸浮狀態(tài)通過軟管帶到噴嘴，在距噴嘴口 25cm30cm 處，將多股細水流加入料中進行混合，最后噴到噴射面上。 為了減少噴射粉塵，在距噴嘴數(shù)米處應供給壓力水，這樣，拌合的材料為干料，而噴嘴噴出的材料為濕料。因此，這種方法稱為半濕法。 所謂濕法噴射是將干料與水攪拌后用泵將濕料送至噴嘴，在噴嘴處加入速凝劑后，用 氣壓將砂漿或混凝土噴出。 干法噴射具有材料輸送距離長、能噴射輕型多孔集料等優(yōu)點；其缺點是回彈大、粉塵較大。濕法噴射具有用水量及配合比控制較準確、材料能充分

18、攪拌、回彈小、節(jié)約材料、粉塵較小等優(yōu)點，其缺點是輸送的混合料含水量較大，因而其強度、抗?jié)B性、抗凍性受到一定的影響。在結構的修理加固中，采用干噴射較為普遍。 干法噴射的質量控制應注意以下幾點。 (1) 骨料的級配要好。 (2) 混合物在進入噴嘴與水混合之前，其含水率控制在 2%5%。如果小于 2%，會增大粉塵；若大于 5%，易造成管道堵塞。 (3) 噴嘴距噴面應保持 0.9m1.2m 的距離。 濕法噴射工藝既可用于細石混凝土的噴射，也可用于水泥漿的噴射。 5. 養(yǎng)護 對于噴射薄層混凝土，尤其對于磚砌體的噴射混凝土加固層，噴射施工完畢后，加強養(yǎng)護是至關重要的。第一次灑水養(yǎng)護一般應在噴射后12 小時

19、進行，以后的灑水養(yǎng)護應以保持表面濕潤為宜。 14.4 鋼筋混凝土結構裂縫處理工程實例14.4.1 實例一1. 工程事故概況 某單層廠房跨度 20m，屋架采用薄腹屋面梁，混凝土強度等級為 C35，采用平臥重疊制作，翻身扶正時第一榀屋面梁出現(xiàn)嚴重開裂現(xiàn)象，其中，上弦裂縫 5 條，最小間距 350mm， 裂縫最大寬度 0.45mm。屋面梁端部附近有斜裂縫 3 條，最大裂縫寬度 0.25mm。 2. 裂縫原因分析 (1) 原設計規(guī)定屋面梁設兩個吊環(huán)，位置離端部 3000mm，屋面梁制作時施工單位在位置離跨中 2500mm 處增加了兩個吊環(huán)。屋面梁翻身扶正時，四個吊環(huán)受力不均，由于薄腹屋面梁的剛度很小，

20、導致了裂縫的出現(xiàn)。 (2) 屋面梁重疊生產(chǎn)，隔離層質量有問題。主要是靠左端梁與下層的隔離不良，粘結力較大，起吊時，沒有事先將部分粘結的兩榀梁鑿開。梁在翻身起吊時，左半部分梁脫離較慢，相當于在上弦側向增加了較大的剪力和彎矩。 (3) 平臥疊層制作的第一榀屋面梁往往因制作場地沉降不均，模板變形引起裂縫。 3. 事故處理措施 1) 開裂的屋面梁 將屋面梁裂縫區(qū)段約6m 長的混凝土鑿去，將鋼筋整理好，對原有混凝土連接處進行充 分的濕潤后，再澆搗 C40 強度等級的混凝土，并澆水養(yǎng)護14 天。 2) 端部斜裂縫 在斜裂縫區(qū)及兩端各超出 200mm 的范圍內(nèi)新增箍筋，其數(shù)量按所承受的實際剪力計算確定，即不

21、考慮混凝土截面和原有的鋼箍作用。新增箍筋為雙肢箍8150。施工處理時，先將梁側混凝土表面鑿毛，下弦底面及兩側的保護層鑿去，安裝新增箍筋后，用強度等級 C40 的噴射混凝土覆蓋。 14.4.2 實例二1. 工程事故概況 某綜合樓為三層混合結構，縱墻承重，外墻厚 240mm，內(nèi)墻厚 180mm，三合土基礎， 現(xiàn)澆鋼筋混凝土肋形樓蓋。該工程于 2001 年 5 月底澆搗第二層樓蓋鋼筋混凝土，7 月初澆搗第三層樓蓋，主體結構于 2001 年 9 月完工。次年 1 月做裝飾工程時，發(fā)現(xiàn)大梁兩側的混凝土樓板上部混凝土普遍開裂，裂縫方向與大梁平行。鑿去部分混凝土檢查，發(fā)現(xiàn)板內(nèi)負鋼 筋被踩塌。決定加固樓板，4

22、 月初開始施工，板厚由原設計的 80mm 增加到 100mm。 大梁裂縫特征如下。 (1) 裂縫分布與數(shù)量：梁的兩端裂縫密集，數(shù)量眾多，跨中相對較少，每榀梁裂縫數(shù)量在 8 到 20 條之間，梁主筋截斷處附近均出現(xiàn)裂縫。 (2) 裂縫方向：多數(shù)為斜裂縫，傾角一般為 5060，少數(shù)為 40左右，跨中為豎向裂縫。 (3) 裂縫位置：一般裂縫均在梁的中性軸以下，至受拉縱筋邊緣，有少數(shù)裂縫已貫通梁的全高。 (4) 裂縫寬度：梁兩端的裂縫較寬，約 0.5mm1.2mm，跨中附近裂縫較窄，約 0.1mm 0.5mm。 (5) 裂縫深度：一般小于梁寬的 1/3，少數(shù)裂縫貫穿大梁的兩面。 2. 裂縫原因分析 專家現(xiàn)場實地考察之后，一致認為，該事故與設計、施工均有關系，但施工單位應負主要責任。具體原因如下。 1) 施工方面的問題 (1) 嚴重違反施工規(guī)范與設計要求，澆筑混凝土時，施工人員將板中的負彎矩鋼筋踩塌，這是造成板與梁連接處附近出現(xiàn)通長裂縫