水閘閘室底板及閘墩混凝土裂縫原因及處理措施淺析

徐子堃

（新疆伊犁河流域開發(fā)建設(shè)管理局 烏魯木齊 830000）

1 工程簡述

1.1 工程概況

北疆地區(qū)某河攔河引水樞紐由南向北依次由南岸進(jìn)水閘（3孔，每孔凈寬7m）、攔河閘（分泄洪沖沙閘、泄洪閘共10孔，每孔凈寬12m）、魚道和北岸進(jìn)水閘（3孔，每孔凈寬7m）組成。其中，泄洪沖沙閘及泄洪閘底板縱向長度為23m，厚度為1.5m，齒墻部位深3m，泄洪沖沙閘底板寬度為27.9m（2孔），泄洪閘底板寬度為43.4m（3孔）。閘底板混凝土采用C25泵送混凝土，底板面層20cm采用C60硅粉混凝土。攔河閘中墩厚1.5m，邊墩厚1.2m，高7m，長23m；進(jìn)水閘中墩厚1.5m，邊墩厚1.2m，高5.8m,長20m。水閘底板基礎(chǔ)面處于砂礫石弱風(fēng)化層內(nèi)，為第四系砂礫石及半膠結(jié)砂礫巖，允許承載力為400～450kPa。該層具有遇水泥化、失水崩解，強(qiáng)度降低的特點(diǎn)。

1.2 工程施工情況

閘室基礎(chǔ)采用機(jī)械開挖，預(yù)留50cm保護(hù)層人工開挖。人工開挖過程中，通過采取各種措施，確保基面干燥、無泥化。

閘墩混凝土澆筑采用C25混凝土，用25t吊車吊罐配合溜桶入倉，倉面每2.5～3.0m設(shè)置1個溜桶，現(xiàn)場檢測坍落度及含氣量均合格。閘墩混凝土澆筑時間普遍在16h左右，其中縫墩澆筑時間在21h左右，南、北岸進(jìn)水閘閘墩混凝土澆筑時間在20h左右。

閘墩混凝土澆筑于2007年9月6日澆筑第一倉，至2007年10月14日全部澆筑完成（1號邊墩于2007年9月6日下午開倉，于9月12日上午澆筑完成；13號邊墩于2007年10月14日開倉，當(dāng)天澆筑完成。至此全部閘墩澆筑完畢）。

底板混凝土采用C25泵送混凝土，于2007年7月9日開始第一倉混凝土澆筑，至2007年8月18日完成最后一塊底板混凝土澆筑（1號閘底板于2007年7月9日上午11∶25分開始澆筑,于7月13日凌晨4：00結(jié)束；4號閘底板于2007年8月16日下午16：20開始澆筑,于8月18日上午10：40分結(jié)束。至此全部底板混凝土澆筑完成）。沖沙閘底板順?biāo)鞣较?3m、垂直水流方向27.9m，泄洪閘底板順?biāo)鞣较?3m，垂直水流方向42.4m；以順?biāo)鞣较虿剂?，澆筑順序從左向右。泄洪沖沙閘底板澆筑時間分別為42h、88h，泄洪閘底板混凝土澆筑時間分別為52h、60h。

監(jiān)理對原材料鋼筋、水泥及混凝土澆筑過程中間產(chǎn)品等按批次進(jìn)行了見證取樣，經(jīng)專業(yè)部門鑒定，取樣均合格。整個混凝土澆筑過程在受控、有序、規(guī)范的情況下進(jìn)行。

2 裂縫檢測成果

2.1 樞紐工程裂縫情況簡介

2007年10月，在工程現(xiàn)場的質(zhì)量檢查工作中首先發(fā)現(xiàn)部分閘墩裂縫，至同年11月，全部閘墩均出現(xiàn)裂縫，2008年又發(fā)現(xiàn)部分水閘底板出現(xiàn)裂縫。

2.2 分布特點(diǎn)

經(jīng)過對樞紐工程底板及閘墩裂縫位置和裂縫情況的實(shí)地勘測，裂縫按以下特點(diǎn)分布：

a.攔河閘閘墩及底板混凝土裂縫主要集中分布于樁號 0＋014～0＋016附近，分居牛腿上、下游（牛腿樁號為 0＋014.05～0＋015.90）。

進(jìn)水閘閘墩混凝土裂縫集中分布于樁號0＋012.7～0＋016.4處，分居牛腿上、下游（牛腿樁號為0＋012.05～0＋014.14）；

b.裂縫分布情況為閘墩南側(cè)多、北側(cè)少（南側(cè)為向陽側(cè)，北側(cè)為背陰側(cè)）。攔河閘閘墩南側(cè)共有裂縫20條，占攔河閘閘墩裂縫總數(shù)的62.5%；北側(cè)12條，占攔河閘閘墩裂縫總數(shù)的37.5%。

進(jìn)水閘閘墩向陽側(cè)出現(xiàn)裂縫4條，占進(jìn)水閘裂縫總數(shù)的57.1%；背陰側(cè)出現(xiàn)3條，占進(jìn)水閘裂縫總數(shù)的42.9%。

c.閘墩裂縫均為豎向分布，裂縫寬度小于0.1mm，局部達(dá)到0.2mm，左右大致對稱，部分裂縫延伸到頂，此種裂縫在高程679.500m均呈冠狀發(fā)育（墩頂高程為682.000m）。

d.閘底板裂縫均分布于閘室工作門底坎的下游側(cè)，多為南北走向分布，個別閘墩呈東西走向分布。

e.閘底板左起1號閘孔裂縫較寬，約0.5mm；其他出現(xiàn)裂縫的底板裂縫寬度均不大于0.2mm，個別為0.3mm。

f.通過參建各方聯(lián)合對閘墩及底板裂縫部位采用φ75取芯機(jī)進(jìn)行鉆孔取樣的結(jié)果顯示：雖然芯樣混凝土致密、完整、無缺陷，據(jù)取芯處所斷鋼筋顯示：鋼筋完好，無銹蝕。

2009年6月19日，新疆水利水電工程質(zhì)量檢測中心對1號、3號、4號閘墩右側(cè)及4號閘墩左側(cè)裂縫（抽樣原則：選擇縫寬較大、延伸較長、具有代表性的裂縫進(jìn)行抽檢）進(jìn)行聲波檢測，檢測后出具的閘墩裂縫聲波法檢測報告認(rèn)定：閘墩裂縫均為表面裂縫，裂縫影響深度為62～249mm。

3 裂縫產(chǎn)生的誘因分析

a.根據(jù)裂縫產(chǎn)生情況，溫度變化區(qū)（向陽側(cè)）產(chǎn)生的裂縫遠(yuǎn)多于背陰側(cè)。故不排除因受溫度和濕度變化的影響，在溫度應(yīng)力的影響下，在牛腿等承壓部位，產(chǎn)生連續(xù)裂縫。

b.混凝土在升溫的過程中，表面引起拉應(yīng)力，后期在降溫過程中，由于受到基礎(chǔ)的約束，又會在混凝土內(nèi)部出現(xiàn)拉應(yīng)力，當(dāng)這些拉應(yīng)力超出混凝土的抗裂能力時，即會出現(xiàn)裂縫。

c.《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL265—2001）中 4.2.11 項(xiàng)中要求對堅(jiān)實(shí)地基上或采用樁基的水閘，可在閘室底板上或閘墩中間設(shè)縫分段；對軟弱地基上或地震區(qū)的水閘，宜在閘墩中間設(shè)縫分段。巖基上的分段長度不宜超過20m，土基上的分段長度不宜超過35m。

攔河閘及進(jìn)水閘基礎(chǔ)均位于半膠結(jié)砂礫石層弱風(fēng)化巖（Ⅻ類巖石類別劃分中劃歸Ⅶ類巖石），攔河閘閘墩長度為23m，沖沙閘底板寬度為27.9m，泄洪閘底板寬度為43.4m，進(jìn)水閘閘墩長度為20m，底板寬度為26.4m。閘墩長度均較長，底板寬度均較大，故易產(chǎn)生豎縫。

d.由于水閘底板及閘墩采用混凝土分期澆筑，當(dāng)水閘閘墩進(jìn)行澆筑時，閘底板水化熱已充分釋放，故其對閘墩的溫度變形產(chǎn)生較強(qiáng)的約束，而使閘墩混凝土產(chǎn)生裂縫。

4 應(yīng)對裂縫的處理措施

4.1 裂縫處理措施的確定

根據(jù)現(xiàn)場情況及《水閘施工規(guī)范》（SL265—2001）中的規(guī)定（性質(zhì)僅為微細(xì)表面的裂縫、鋼筋混凝土的淺層縫，且在水位以上區(qū)縫寬小于0.20mm、水位變動區(qū)縫寬小于0.15mm、水下區(qū)縫寬小于0.30mm的裂縫，可以不予處理），對于裂縫寬度大于0.1mm的裂縫，采用內(nèi)部進(jìn)行化學(xué)灌漿及表面封閉的綜合處理方案。

4.2 材料的選擇

化學(xué)灌漿材料采用改性環(huán)氧灌漿材料，該材料可灌性好，粘結(jié)強(qiáng)度高，對裂縫能夠起到補(bǔ)強(qiáng)加固作用。灌漿材料性能指標(biāo)見下表。

SK—E改性環(huán)氧灌漿材料性能表

裂縫內(nèi)部化學(xué)灌漿完成2～3天后，在裂縫表面采用具有優(yōu)異力學(xué)性能（SK手刮聚脲柔性防水材料與混凝土之間的粘結(jié)強(qiáng)度可達(dá)3MPa以上）的SK手刮聚脲柔性防水材料進(jìn)行封閉。該材料具有施工方便、不需要專門設(shè)備，抗老化能力強(qiáng)，顏色接近混凝土，對建筑物外觀質(zhì)量影響較小等突出特點(diǎn)。

4.3 裂縫處理施工工藝

施工流程為：裂縫調(diào)查→裂縫內(nèi)部化學(xué)灌漿→裂縫表面封閉處理→養(yǎng)護(hù)。

4.3.1 高壓化學(xué)灌漿施工工藝

a.沿混凝土裂縫兩側(cè)打斜孔與縫面相交，孔距為20～30cm，孔深20cm，孔徑2cm。灌漿孔鉆好后，用高壓氣吹出造孔時產(chǎn)生的粉塵，清孔驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)以孔內(nèi)無任何雜物為準(zhǔn)。

b.在已洗好的灌漿孔裝上專用的灌漿嘴。

c.為了保證灌漿質(zhì)量，灌漿采用專業(yè)的高壓灌漿機(jī)，灌漿壓力要分級施加，直至達(dá)到最高灌壓，最高壓力根據(jù)現(xiàn)場情況確定。

所灌孔在要求的時間內(nèi)不進(jìn)漿或所灌孔附近的裂縫出漿，且出漿濃度與進(jìn)漿濃度相當(dāng)或滲水裂縫不再滲漏時，結(jié)束灌漿。

d.灌漿結(jié)束待灌漿材料固化后，砸除灌漿嘴，封堵孔洞。

4.3.2 裂縫表面封閉處理施工工藝

a.采用專用工具打磨裂縫表面混凝土直至露出新鮮面。

b.用清水洗去除裂縫表面粉塵。c.表面干燥后，涂刷專用界面劑。

d.待界面劑初凝后，刮刷或涂刷SK手刮聚脲封閉裂縫，涂刮過程當(dāng)中應(yīng)當(dāng)盡量避免內(nèi)部產(chǎn)生氣泡。

e.自然養(yǎng)護(hù)7天。

5 結(jié)語

本文通過對伊犁河攔河引水樞紐工程水閘底板及閘墩混凝土的裂縫發(fā)育情況及處理措施的相關(guān)資料進(jìn)行搜集整理，對其形成原因及處理措施得出一些粗淺的認(rèn)識。在工程實(shí)踐中，通過采用內(nèi)部進(jìn)行化學(xué)灌漿及表面封閉的綜合處理方式，將由裂縫帶給建筑物的影響降至最低程度，對外部環(huán)境類似地區(qū)的大型水閘工程預(yù)防或克服相關(guān)問題具有一定的參考價值?！?/p>