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[摘要]文章通过对矿区工程结构裂缝的实际调查及裂缝特征的总结，分析了矿区已有工程结构裂缝的开裂机理，并提出了防治措施。
[关键字]工程结构裂缝 开裂机理
[中图分类号] P642 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2013）-3-252-1
1 工程结构常见裂缝
我国矿区大规模建设始于五六十年代，经过近五十年不同程度的改扩建使用，已有工程结构出现了不同程度的裂缝病害，轻则影响美观、强度、耐久性，重则危及生产和人身安全。裂缝是固体材料中的某种不连续现象，结构物的裂缝是一个很普遍的技术问题，工程的破坏与倒塌大多是从裂缝的扩展开始的。可见，更好的处理和预防结构裂缝是非常必要的，具有重要的社会意义和经济价值。
按裂缝发生的机理分类，混凝土结构常见裂缝有塑性收缩裂缝、沉降收缩裂缝、温度裂缝、干燥收缩裂缝、碳化收缩裂缝、化学反应裂缝、沉陷裂缝、冻胀裂缝、张拉裂缝、膨胀裂缝、徐变裂缝、凝缩裂缝等。砌体结构常见裂缝有地基不均匀沉降裂缝、承载能力不足引起的砌体裂、温度收缩裂缝、材料质量及施工问题造成的砌体裂缝、建筑构造不良造成的砌体裂缝、地震引起的裂缝等。
2 矿区已有工程结构裂缝及开裂机理
2.1 矿区已有工程结构裂缝特征
矿区工程结构主要是砌体结构与混凝土结构，通过调查大部分矿区已有工程结构的裂缝发现：
（1）砌体结构裂缝主要是斜裂缝，斜裂缝大多数发生在窗口、门口，在紧靠窗口处缝较宽最宽达到10mm，向两边和上下逐渐缩小（图1）；其走向往往是由一边向另一边逐渐向上发展；这种斜裂缝大部分出现在纵墙上，在建筑物下部裂缝较多，上部相对较少。除以上斜裂缝外，原有砌体结构构造缝也变宽，构造缝处墙体也出现斜裂缝（图2）。
（2）混凝土表面呈现块状崩裂，裂缝无规律性，在梁、柱结构或构件表面出现与钢筋平行的纵向裂缝；板式构件在板底面沿钢筋位置出现裂缝，缝隙中并夹有斑黄色锈迹；另外，混凝土结构裂缝大多数发生在柱、梁、板混凝土腐蚀较严重的部位，在混凝土腐蚀严重、钢筋锈蚀明显的部位裂缝更为突出，整体结构有倾斜或变形的，其构件裂缝更明显。
2.2 矿区已有程结构裂缝开裂机理
综合考虑矿区复杂环境、常见工程结构裂缝特征与矿区工程结构开裂特征，可以认为引起矿区裂缝的主要原因是腐蚀与地基的不均匀沉降。砌体结构的斜裂缝为地基不均匀沉降裂缝。其开裂机理为：矿区煤炭被开采后，采空区的产生及受扰动岩体的破坏使地表产生移动和变形，导致了地基的不均匀沉降和变形；而地基的不均匀沉降作用于结构或构件，则使结构或构件产生弯矩和剪切作用，在结构和构件内产生附加应力，此时墙体的剪应力很高，墙体由于剪力形成的主拉应力破裂。
混凝土结构的裂缝为腐蚀裂缝、钢筋锈蚀裂缝及沉陷裂缝。腐蚀裂缝的开裂机理为：大气中的CO2、NO2、SO2、H2S等大量腐蚀性气体在一定条件下与混凝土相互反应，造成混凝土的腐蚀，混凝土的腐蚀改变了混凝土的化学成分和组织结构，改变了混凝土的化学性能和物理力学性能，导致混凝土保护层的开裂甚至剥落。钢筋锈蚀裂缝开裂的机理为腐蚀裂缝的产生加深了混凝土的腐蚀，当混凝土腐蚀到达钢筋表面时，钢筋表面的钝化膜遭到破坏，钢筋开始锈蚀。钢筋锈蚀造成钢筋截面减小，伸长率降低。同时铁锈在钢筋于混凝土之间形成一层疏松隔离层，降低钢筋与混凝土之间的交接作用；铁锈体积膨胀，从而对周围的混凝土产生径向膨胀力，达到一定程度时，引起混凝土开裂。沉陷裂缝的机理为：与砌体结构不均匀沉降裂缝类似，沉陷裂缝也是由于地表的移动和变形导致了混凝土结构产生复杂的附加应力，当某一应力值超过限值便发生裂缝[4]。
3 矿区已有工程结构裂缝防治
3.1 矿区已有工程结构裂缝的预防措施
经以上分析可知，引起矿区裂缝的主要原因是腐蚀与地基的不均匀沉降。根据治病治本的原则，如能消除腐蚀大气和制止地基不均匀沉降，裂缝的防治就达到了。事实上，消除腐蚀大气和制止地基不均匀沉降都是做不到的。鉴于此，本着标本兼治的原则提出如下预防裂缝开裂及发展措施：
（1）提高开采技术（如采用回填法采煤等），尽可能的减少结构物周围地表发生不均匀沉降；
（2）通过提高已有结构的整体刚度，提高结构的抗变形能力；
（3）加强使用维护管理，如在结构物处合理堆载，提前对小裂缝进行加固处理等。
3.2 矿区已有工程结构裂缝的治理
根据裂缝开裂的不同程度及开裂原因，加固治理裂缝应具体情况具体对待。
对于砌体结构不均匀沉降裂缝的治理，首先需根据裂缝发展的速度大小、位置、程度决定是表面处理还是上部加固或是基础加固，然后根据判定选用合适的方法。其中，上部加固法有钢筋混凝土外加层法、钢筋水泥砂浆外加层法、无沾结外包钢法，粘贴碳纤维法等。基础加固法有灌浆加固和静压桩加固。
对于混凝土裂缝首先判定是钢筋锈蚀裂缝还是沉陷裂缝。对于锈蚀裂缝应把主筋周围腐蚀混凝土凿除，铁锈用喷砂法清除，然后用喷浆或加围套方法修补，并在表面作防腐处理。对于沉陷裂缝可进行上部加固或基础加固。
参考文献
[1] 张变芳，煤矿矿区环境污染与防治煤炭技术，2004，23（1）.
[2] 王立久，姚少臣，建筑病理学，北京：中国电力出版社，2001.
[3] 王铁梦，工程结构裂缝控制，北京：中国建筑出版社，1997.
[关键字]工程结构裂缝 开裂机理
[中图分类号] P642 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2013）-3-252-1
1 工程结构常见裂缝
我国矿区大规模建设始于五六十年代，经过近五十年不同程度的改扩建使用，已有工程结构出现了不同程度的裂缝病害，轻则影响美观、强度、耐久性，重则危及生产和人身安全。裂缝是固体材料中的某种不连续现象，结构物的裂缝是一个很普遍的技术问题，工程的破坏与倒塌大多是从裂缝的扩展开始的。可见，更好的处理和预防结构裂缝是非常必要的，具有重要的社会意义和经济价值。
按裂缝发生的机理分类，混凝土结构常见裂缝有塑性收缩裂缝、沉降收缩裂缝、温度裂缝、干燥收缩裂缝、碳化收缩裂缝、化学反应裂缝、沉陷裂缝、冻胀裂缝、张拉裂缝、膨胀裂缝、徐变裂缝、凝缩裂缝等。砌体结构常见裂缝有地基不均匀沉降裂缝、承载能力不足引起的砌体裂、温度收缩裂缝、材料质量及施工问题造成的砌体裂缝、建筑构造不良造成的砌体裂缝、地震引起的裂缝等。
2 矿区已有工程结构裂缝及开裂机理
2.1 矿区已有工程结构裂缝特征
矿区工程结构主要是砌体结构与混凝土结构，通过调查大部分矿区已有工程结构的裂缝发现：
（1）砌体结构裂缝主要是斜裂缝，斜裂缝大多数发生在窗口、门口，在紧靠窗口处缝较宽最宽达到10mm，向两边和上下逐渐缩小（图1）；其走向往往是由一边向另一边逐渐向上发展；这种斜裂缝大部分出现在纵墙上，在建筑物下部裂缝较多，上部相对较少。除以上斜裂缝外，原有砌体结构构造缝也变宽，构造缝处墙体也出现斜裂缝（图2）。
（2）混凝土表面呈现块状崩裂，裂缝无规律性，在梁、柱结构或构件表面出现与钢筋平行的纵向裂缝；板式构件在板底面沿钢筋位置出现裂缝，缝隙中并夹有斑黄色锈迹；另外，混凝土结构裂缝大多数发生在柱、梁、板混凝土腐蚀较严重的部位，在混凝土腐蚀严重、钢筋锈蚀明显的部位裂缝更为突出，整体结构有倾斜或变形的，其构件裂缝更明显。
2.2 矿区已有程结构裂缝开裂机理
综合考虑矿区复杂环境、常见工程结构裂缝特征与矿区工程结构开裂特征，可以认为引起矿区裂缝的主要原因是腐蚀与地基的不均匀沉降。砌体结构的斜裂缝为地基不均匀沉降裂缝。其开裂机理为：矿区煤炭被开采后，采空区的产生及受扰动岩体的破坏使地表产生移动和变形，导致了地基的不均匀沉降和变形；而地基的不均匀沉降作用于结构或构件，则使结构或构件产生弯矩和剪切作用，在结构和构件内产生附加应力，此时墙体的剪应力很高，墙体由于剪力形成的主拉应力破裂。
混凝土结构的裂缝为腐蚀裂缝、钢筋锈蚀裂缝及沉陷裂缝。腐蚀裂缝的开裂机理为：大气中的CO2、NO2、SO2、H2S等大量腐蚀性气体在一定条件下与混凝土相互反应，造成混凝土的腐蚀，混凝土的腐蚀改变了混凝土的化学成分和组织结构，改变了混凝土的化学性能和物理力学性能，导致混凝土保护层的开裂甚至剥落。钢筋锈蚀裂缝开裂的机理为腐蚀裂缝的产生加深了混凝土的腐蚀，当混凝土腐蚀到达钢筋表面时，钢筋表面的钝化膜遭到破坏，钢筋开始锈蚀。钢筋锈蚀造成钢筋截面减小，伸长率降低。同时铁锈在钢筋于混凝土之间形成一层疏松隔离层，降低钢筋与混凝土之间的交接作用；铁锈体积膨胀，从而对周围的混凝土产生径向膨胀力，达到一定程度时，引起混凝土开裂。沉陷裂缝的机理为：与砌体结构不均匀沉降裂缝类似，沉陷裂缝也是由于地表的移动和变形导致了混凝土结构产生复杂的附加应力，当某一应力值超过限值便发生裂缝[4]。
3 矿区已有工程结构裂缝防治
3.1 矿区已有工程结构裂缝的预防措施
经以上分析可知，引起矿区裂缝的主要原因是腐蚀与地基的不均匀沉降。根据治病治本的原则，如能消除腐蚀大气和制止地基不均匀沉降，裂缝的防治就达到了。事实上，消除腐蚀大气和制止地基不均匀沉降都是做不到的。鉴于此，本着标本兼治的原则提出如下预防裂缝开裂及发展措施：
（1）提高开采技术（如采用回填法采煤等），尽可能的减少结构物周围地表发生不均匀沉降；
（2）通过提高已有结构的整体刚度，提高结构的抗变形能力；
（3）加强使用维护管理，如在结构物处合理堆载，提前对小裂缝进行加固处理等。
3.2 矿区已有工程结构裂缝的治理
根据裂缝开裂的不同程度及开裂原因，加固治理裂缝应具体情况具体对待。
对于砌体结构不均匀沉降裂缝的治理，首先需根据裂缝发展的速度大小、位置、程度决定是表面处理还是上部加固或是基础加固，然后根据判定选用合适的方法。其中，上部加固法有钢筋混凝土外加层法、钢筋水泥砂浆外加层法、无沾结外包钢法，粘贴碳纤维法等。基础加固法有灌浆加固和静压桩加固。
对于混凝土裂缝首先判定是钢筋锈蚀裂缝还是沉陷裂缝。对于锈蚀裂缝应把主筋周围腐蚀混凝土凿除，铁锈用喷砂法清除，然后用喷浆或加围套方法修补，并在表面作防腐处理。对于沉陷裂缝可进行上部加固或基础加固。
参考文献
[1] 张变芳，煤矿矿区环境污染与防治煤炭技术，2004，23（1）.
[2] 王立久，姚少臣，建筑病理学，北京：中国电力出版社，2001.
[3] 王铁梦，工程结构裂缝控制，北京：中国建筑出版社，1997.