第四章-钢筋混凝土结构工程事故分析与处理

第四章钢筋混凝土结构工程事故分析与处理•第一节混凝土结构工程事故分析与处理•第二节钢筋工程事故分析与处理•第三节模板工程事故分析与处理•第四节局部倒塌事故分析与处理•第五节混凝土结构加固补强技术返回第一节混凝土结构工程事故分析与处理•一、混凝土结构表层缺损•混凝土的表层缺损是混凝土结构的一项通病。在施工或使用过程中产生的表层缺损有麻面、蜂窝、表皮酥松、小孔洞、露筋、缺棱掉角等。这些缺损影响观瞻，使人产生不安全感。缺损也影响结构的耐久性，增加维修费用。当然，严重的缺损还会降低结构承载力，引发事故。•１．混凝土结构表层缺损的原因•（１）麻面。模板未湿润，吸水过多；模板拼接不严，缝隙间漏浆；振捣不充分，混凝土中气泡未排尽；模板表面处理不好，拆模时粘结严重，致使部分混凝土面层剥落，混凝土表面粗糙，或有许多分散的小凹坑。下一页返回第一节混凝土结构工程事故分析与处理•（２）蜂窝。混凝土配合比不合适，砂浆少而石子多；模板不严密，漏浆；振捣不充分，混凝土不密实；混凝土搅拌不均匀，或浇筑过程中有离析现象等，使得混凝土局部出现空隙，石子间无砂浆，形成蜂窝状的小孔洞。•（３）表皮酥松。混凝土养护时表面脱水，或在混凝土硬结过程中受冻，或受高温烘烤等均会引起混凝土表皮酥松。•（４）露筋。钢筋垫块移位，或者少放或漏放保证混凝土保护层的垫块，钢筋与模板无间隙，钢筋过密，混凝土浇筑不进去，模板漏浆过多等均会使钢筋主要的外表面因没有砂浆包裹而外露。•（５）缺棱掉角。上一页下一页返回第一节混凝土结构工程事故分析与处理•常由构件棱角处脱水、与模板粘结过牢、养护不够、强度不足、早期受碰撞等原因引起。•２．混凝土结构表层缺损的修补•若混凝土表面只有小的麻面及掉皮，可以用抹纯水泥浆的方法抹平。抹水泥浆前，应用钢丝刷刷去混凝土表面的浮渣，并用压力水冲洗干净。若混凝土表层有蜂窝、露筋、小的缺棱掉角、不深的表皮酥松，表面微细裂缝则可用抹水泥砂浆的方法修补。抹水泥砂浆之前应做好基层清理工作。对缺棱掉角，应检查是否还有松动部分，如有，则应轻轻敲掉。对蜂窝，应把松动部分、酥松部分凿掉。对因冻、高温、腐蚀而酥松的表层均应刮去，然后用压力水冲洗干净，涂上一层纯水泥浆或其他粘结性好的涂料，然后用水泥砂浆填实抹平。上一页下一页返回第一节混凝土结构工程事故分析与处理•修补后，要注意湿润养护，以保证修补质量。另外，对表面积较大的混凝土表面缺损，可用喷射混凝土等方法修补。•二、混凝土结构裂缝•普通钢筋混凝土结构在使用过程中，出现细微的裂缝是正常的、允许的（一般构件不超过０．３ｍｍ）。但是，如果出现的裂缝过长、过宽就不允许了，甚至是危险的。许多混凝土结构在发生重大事故之前，往往有裂缝出现并不断发展，这点应特别注意。•（一）混凝土结构裂缝产生的原因•引起裂缝的原因可归结成结构性裂缝和非结构性裂缝两大类：•由外荷载引起的裂缝，称为结构性裂缝或受力裂缝，其裂缝与荷载相应，预示结构承载力可能不足或存在严重问题。上一页下一页返回第一节混凝土结构工程事故分析与处理•由变形引起的裂缝，称为非结构性裂缝，如温度变化、混凝土收缩、地基不均匀沉降等因素引起的裂缝。•１．结构性裂缝•结构性裂缝是由荷载引起的，其裂缝与荷载相对应，是承载力不足的结果，其裂缝形式多种多样，主要原因如下。•（１）设计方面。•１）设计中未考虑某些重要的次应力作用；•２）细部构造处理不当；•３）设计承载力不足；•４）构件计算简图与实际受力情况不符；上一页下一页返回第一节混凝土结构工程事故分析与处理•５）局部承压不足。•（２）材料方面。•１）水泥的安定性不合格；•２）水泥的水化热引起过大的温差；•３）混凝土配合比不当；•４）集料中有碱性集料或已风化的集料；•５）混凝土干缩；•６）外加剂使用不当；•７）混凝土拌合物泌水和沉陷；•８）砂、石含泥或其他有害杂质超过规定。上一页下一页返回第一节混凝土结构工程事故分析与处理•（３）施工方面。•１）外加掺合剂拌和不均匀；•２）搅拌和运输时间过长；•３）泵送混凝土过量增用水泥及加水；•４）滑模施工时工艺不当；•５）模板支撑下沉，模板变形过大；•６）模板拼接不严，漏浆漏水；•７）浇筑时顺序失误；•８）浇筑时速度过快；•９）捣固不实；上一页下一页返回第一节混凝土结构工程事故分析与处理•１０）混凝土终凝前钢筋被扰动；•１１）保护层太薄，箍筋外只有水泥浆；•１２）施工缝处理不当，位置不正确；•１３）构件运输、吊装或堆放不当；•１４）拆模过早，混凝土硬化前受振动或达到预定强度前过早受载；•１５）养护差，早期失水太多；•１６）混凝土养护初期受冻。•（４）环境和使用方面。•１）环境温度与湿度的急剧变化；上一页下一页返回第一节混凝土结构工程事故分析与处理•２）冻胀、冻融作用；•３）腐蚀性介质作用；•４）振动作用；•５）使用超载；•６）反复荷载作用引起疲劳；•７）火灾及高温作用；•８）地基沉降等。•如图４-２所示，由于引起裂缝的原因不同，导致裂缝的形态也有所不同。•２．非结构性裂缝上一页下一页返回第一节混凝土结构工程事故分析与处理•（１）塑性裂缝。混凝土浇筑好后开始逐渐凝聚，由流体逐渐变为塑态，然后硬化变为固态。在塑态阶段产生裂缝主要有以下两种原因：•１）混凝土集料沉落裂缝。混凝土浇筑时，在振动器和重力作用下，水泥浆上升，集料开始下沉，集料沉落过程因受钢筋、预埋件及模板表面的阻力，或两部沉落不同而产生一种裂缝。•２）塑形收缩裂缝。混凝土仍处于塑性状态时，由于混凝土表面水分蒸发过快而产生裂缝。•（２）收缩裂缝。常说的收缩裂缝包括凝缩裂缝和冷缩裂缝。•１）凝缩裂缝是指混凝土结硬过程中因体积收缩而引起的裂缝。通常，它在浇筑混凝土２~３个月后出现，且与构件内的配筋情况有关。上一页下一页返回第一节混凝土结构工程事故分析与处理•当钢筋的间距较大时，钢筋周围混凝土的收缩因较多地受钢筋约束，收缩较小，而远离钢筋的混凝土收缩较自由，收缩较大，从而产生了裂缝。在实际工程中，常会遇到凝缩裂缝。•２）冷缩裂缝是指构件因受气温降低的影响而收缩，且在构件两端受到强有力约束而引起的裂缝，一般只有在气温低于０℃时才会出现。•（３）温度裂缝。温度裂缝有表面温度裂缝和贯穿温度裂缝两种。•１）表面温度裂缝是因水泥的水化热产生的，多发生在大体积混凝土中。在浇捣混凝土后，水泥的水化热使混凝土内部的温度不断升高，而混凝土表面的热量易散发，于是混凝土内部和表面之间产生了较大的温差。上一页下一页返回第一节混凝土结构工程事故分析与处理•内部的膨胀约束了外部的收缩，因而在表面产生了拉应力，中心部位产生了压应力。当表面的拉应力超过混凝土的抗拉强度时，就产生了裂缝。一般地讲，裂缝仅在结构表面较浅的范围内出现，且裂缝的走向无一定规律，纵横交错。•２）大多数贯穿温度裂缝是由于结构降温较大，受到外界的约束而引起的。•（４）沉降裂缝。地基的不均匀下沉，在结构构件上引起的沉降裂缝是工程中常发生的一种裂缝。•地基的不均匀沉降，改变了结构的支承及受力体系，由于计算简图的改变，有时会使计算跨度成倍增长。上一页下一页返回第一节混凝土结构工程事故分析与处理•弯矩增长得更快。在承受沉降引起的较大弯矩的部位，如果原结构的配筋较小，易导致构件产生较大的裂缝。•（二）混凝土结构裂缝的修补•１．填缝法•对于数量少但较宽的裂缝（宽度＞0.5ｍｍ）或因钢筋锈胀使混凝土顺筋剥落而形成的裂缝，可用填缝法。常用的填缝材料有环氧树脂、环氧砂浆、聚合物水泥砂浆、水泥砂浆等。填充前，将缝凿宽成槽，槽的形状有Ｖ形、Ｕ形及梯形等。对于防渗漏要求高的，可加一层防水油膏。对锈胀缝，应凿到露出钢筋，去锈干净，涂上防锈涂料。为了增加填充料和混凝土界面间的粘结力，填缝前可于槽面涂上一层环氧树脂浆液。上一页下一页返回第一节混凝土结构工程事故分析与处理•以环氧树脂为主剂的各种修补剂的配合比见表４-１。•２．灌浆法•灌浆法，是把各种封缝浆液（树脂浆液、水泥浆液或聚合物水泥浆液）用压力方法注入裂缝深部，使构件的整体性、耐久性及防水性得到加强和提高的方法。灌浆法适用于裂缝宽≥０．３ｍｍ、深度较深的裂缝修补。压力灌浆的浆液要求可灌性好、粘结力强。较细的缝常用树脂类浆液，对缝宽大于２ｍｍ的缝，也可用水泥类浆液。•环氧树脂浆液的配方见表４-２，环氧树脂浆液可灌入的裂缝宽度为０．１ｍｍ，粘结强度可达１．２~２．０ＭＰａ。甲基丙烯酸酯类浆液配方见表４-３，这类浆液可灌入的裂缝宽度为０．０５ｍｍ，其粘结强度可达１．２~２．２ＭＰａ。上一页下一页返回第一节混凝土结构工程事故分析与处理•３．预应力法•避开钢筋，在构件上钻孔，然后穿入螺栓（预应力筋），施加预应力后，拧紧螺帽，使裂缝减小或闭合。成孔的方向最好与裂缝方向垂直。•４．局部加固法•在混凝土裂缝位置，通过外包型钢、外加钢板或外站环氧玻璃钢等方法进行局部加固处理。•５．结构补强法•当裂缝影响到混凝土结构的安全和性能时，可考虑采用加强结构的承载能力的方法。常用的方法有增加钢筋、加厚板、外包钢筋混凝土、外包钢、粘贴钢板、预应力补强体系等。上一页下一页返回第一节混凝土结构工程事故分析与处理•三、因设计和计算失误引起的混凝土结构事故•（一）因设计引起的事故•１．事故原因•（１）房屋长度过长而未按规定设置伸缩缝。•（２）把基础置于持力层的承载力相差很大的两种或多种土层上而未妥善处理。•（３）房屋形体不对称，质量分布不均匀。•（４）主、次梁支承受力不明确，工业厂房或大空间采用轻屋架而没有设置必要的支撑。•（５）受动力作用的结构与振源振动频率相近而未采取措施。•（６）结构整体稳定性不够。上一页下一页返回第一节混凝土结构工程事故分析与处理•（二）因计算失误引起的事故•１．事故原因•（１）任务急，时间紧，计算和绘图错误而又未认真校对。•（２）荷载漏算或少算。•（３）抄了一个图或采用标准图后未结合实际情况复核，有的甚至认为原有设计有安全储备而任意减小断面，少配钢筋或降低材料强度等级。•（４）所遇问题比较复杂，而做了不妥当的简化。•（５）盲目相信电算，因输入有误或与编制程序的假定不符造成输出结果并不正确也盲目采用。上一页下一页返回第一节混凝土结构工程事故分析与处理•（６）设计时所取可靠度不足或偏低。•四、因混凝土强度不足引起的事故•混凝土强度不足对结构的影响程度较大，可能造成结构或构件的承载能力、抗裂性能、抗渗性能、抗冻性能和抗侵蚀性能的降低，以及结构构件的强度和刚度下降。•（一）混凝土强度不足的主要原因•（１）材料质量原因。•１）水泥质量差；•２）集料（砂、石）质量差；上一页下一页返回第一节混凝土结构工程事故分析与处理•３）拌合水质量不合格；•４）掺用外加剂质量差。•（２）混凝土配合比不当。•１）随意套用配合比；•２）用水量大；•３）水泥用量不足；•４）砂、石计量不准；•５）外加剂用错；•上一页下一页返回第一节混凝土结构工程事故分析与处理•（３）混凝土施工工艺原因。•１）运输条件差；•２）混凝土拌制不佳；•３）混凝土浇筑不当；•４）模板漏浆严重；•５）混凝土养护不当；•６）冬季施工技术措施不落实。•（４）试块管理不善。•１）试块未经标准养护；•２）试模管理差；上一页下一页返回第一节混凝土结构工程事故分析与处理•３）不按规定制作试块。•五、因施工不当引起的事故•钢筋混凝土工程使用的材料来源不一，成分多样，构成复杂；而且施工工序多，制作工期长，因此，引起质量事故的原因也非常复杂，但主要是建筑管理和施工技术两方面，施工技术方面主要包括钢筋工程、混凝土工程和模板工程，将在下面几节中讲到，常见的管理方面的原因有：•（１）不按图施工。在中小城市或一些小型建筑中常见，以为建筑规模不大，任意画一张草图就施工。有些工程因领导要求限期完工，往往未出图就施工。上一页下一页返回第一节混凝土结构工程事故分析与处理•有时虽有图纸，但施工人员怕麻烦，或未领会设计意图就擅自更改。•（２）施工人员存在认识误区。施工人员误认为设计留有很大的安全度，少用一些材料，房屋也塌不了，因而故意偷工减料。•（３）市场不规范。建筑市场不规范，名义上由有执照或资质证书的