某水閘水工混凝土建筑物裂縫處理技術淺析

童 偉，楊德超，袁 瓊，嵇紅剛

(中國水電顧問集團成都勘測設計研究院，四川 成都 610072)

1 前 言

混凝土是一種由砂石骨料、水泥、水及其他外加材料混合而成的非均質(zhì)脆性材料。由于混凝土施工、本身變形和約束等一系列問題，使混凝土裂縫成了土木工程中最常見的工程病害。但是由于水利工程的特殊性，如不及時處理裂縫，在各種外力的作用下，尤其是在高水頭的水壓力以及侵蝕性媒介對裂縫的破壞性作用，可能會使裂縫進一步擴張和蔓延，輕者使水工建筑物混凝土內(nèi)部的鋼筋腐蝕，嚴重的將降低水工建筑物整體穩(wěn)定性，引起建筑物漏水、失穩(wěn)等問題，影響建筑物的安全性和耐久性，影響工程效益的正常發(fā)揮。因此對混凝土裂縫的控制已成為水利工程建設引起高度重視的問題之一。

2 水工混凝土裂縫產(chǎn)生的因素［1］

導致水工建筑物產(chǎn)生裂縫因素有以下9種:(1)大體積混凝土水化時產(chǎn)生的大量水化熱得不到散發(fā)，導致混凝土內(nèi)外溫差較大，使混凝土的形變超過極限而引起裂縫;(2)混凝土在硬化的過程中，由于干縮引起的體積變形受到約束而產(chǎn)生的裂縫;(3)在厚度較大的構件中，由混凝土的塑性塌落引起的裂縫;(4)當有約束時，混凝土熱脹冷縮產(chǎn)生的體積脹縮，因為受約束力的限制，在內(nèi)部產(chǎn)生的溫度應力超過了混凝土抗拉強度，從而產(chǎn)生溫度裂縫;(5)混凝土加水拌和后，水泥中的堿性物質(zhì)與活性骨料中的活性氧化硅等起反應，使體積增大，產(chǎn)生裂縫;(6)混凝土表面蒸發(fā)過快，造成混凝土內(nèi)部水化熱過高，在混凝土澆筑數(shù)小時后仍處于塑性狀態(tài)，產(chǎn)生塑性收縮裂縫;(7)當結構的基礎出現(xiàn)不均勻沉陷，就有可能產(chǎn)生裂縫;(8)當鋼筋混凝土處于不利環(huán)境中，如侵蝕性水，由于混凝土保護層厚度有限，特別是當混凝土密實性不良，環(huán)境中的氯離子等和溶于水中的氧會使混凝土中的鋼筋生銹，生成氧化鐵，氧化鐵的體積比原來金屬的體積大得多，鐵銹體積膨脹對周圍混凝土擠壓，使混凝土脹裂;(9)施工材料質(zhì)量及過程中混凝土的養(yǎng)護不到位等。

3 混凝土裂縫的處理方法

混凝土裂縫處理方法可歸納為3個方面［2］:

(1)表面處理。采取的處理方法有:①表面涂抹，即用水泥漿、水泥砂漿、防水快凝砂漿、環(huán)氧基液及環(huán)氧砂漿等涂抹在裂縫部位的混凝土表面。表面涂抹處理只能用于非流水表面的堵縫截漏;②表面粘補，即用膠粘劑把橡皮或其他材料粘貼在裂縫部位的混凝土表面上，達到封閉裂縫、防滲堵漏的目的。表面粘補主要用于修理對水工建筑物強度沒有影響的裂縫，尤其用在修補伸縮縫及溫度縫上。

(2)內(nèi)部灌漿處理。一般采用鉆孔灌漿方法。對于淺縫和某些僅需防滲堵漏的裂縫可采用騎縫灌漿方法。灌漿材料常用水泥和化學材料，視裂縫的性質(zhì)、開度和施工條件等具體情況而定。對于開度大于0.3mm的裂縫，一般用水泥灌漿;對于開度小于0.3mm的裂縫，宜采用化學灌漿。

(3)鑿槽補強加固處理。①鑿槽嵌補，即沿混凝土裂縫鑿一深槽，槽內(nèi)嵌填防水材料，如環(huán)氧砂漿、瀝青油膏、干硬性砂漿、聚氯乙烯膠泥、預縮砂漿等，以防內(nèi)水外滲或外水內(nèi)滲。鑿槽嵌補主要用于對結構強度沒有影響的裂縫。②噴漿修補，即在裂縫部位并已經(jīng)鑿毛處理的混凝土表面上噴射一層密實且高強度的水泥砂漿保護層，達到封閉裂縫、防滲堵漏、提高混凝土表面抗沖耐蝕能力的目的。根據(jù)裂縫部位、性質(zhì)和修理要求等，可采用無筋素噴漿、掛網(wǎng)噴漿、掛網(wǎng)噴漿與鑿槽嵌補相結合的方法。

4 工程應用實例

4.1 工程案例

西南地區(qū)某水閘布置有5孔沖沙閘，閘室長度46.00m，基礎置于弱風化砂質(zhì)黏土巖上，閘底板厚8m，前后設齒墻，最大閘高54.00m。沖沙閘采用閘室分縫分離式結構，中閘墩厚度為4.90m，左側邊閘墩厚度4.50m。沖沙閘自混凝土澆筑開始，在閘底板及閘墩上都出現(xiàn)了不同程度的裂縫。其中3號閘底板裂縫平面分布圖如圖1所示。

圖1 3號閘底板裂縫平面分布

根據(jù)現(xiàn)場對3號及4號閘底板出現(xiàn)的裂縫進行的聲波檢測資料分析可知:3號閘墩左側裂縫深度為3.8～4.0m，在裂縫下方4.0～5.4m深度段發(fā)育有閉合性裂縫，到閘墩右側裂縫深度為1.0～1.6m，在裂縫下方1.0～2.6m深度段發(fā)育有閉合性裂縫;4號閘墩左側裂縫深度為2.0～2.4m，在裂縫下方2.0～4m深度段發(fā)育有閉合性裂縫。

4.2 原因分析

根據(jù)沖沙閘溫度仿真的分析可知，在混凝土采取大壩中低熱水泥、控制混凝土的入倉溫度及注重混凝土養(yǎng)護等措施后，混凝土裂縫是可以控制的。但是在實際的澆筑過程中，由于實際和計算分析的邊界條件有較大的出入，從而導致沖沙閘澆筑過程中出現(xiàn)了不少裂縫。初步分析主要有以下原因:

(1)沖沙閘混凝土中的水泥采用普通硅酸鹽水泥，特別是初期發(fā)熱量高。水泥出廠后直接運用到施工現(xiàn)場工地，導致水泥的入罐溫度高達100℃，遠遠高于規(guī)范規(guī)定的要求。

(2)沖沙閘混凝土的骨料采用人工骨料。由于對棒磨系統(tǒng)的管理運行不善，導致人工砂的細度模數(shù)為3.3，較規(guī)范相比偏高。而且骨料的堆放也不規(guī)范，基本上屬于露天堆放，導致雨季時骨料的含水率及含泥量都嚴重超標。

(3)根據(jù)規(guī)范［3］規(guī)定，混凝土澆筑完畢后，應及時灑水養(yǎng)護。現(xiàn)場澆筑后混凝土倉面未得到及時有效的保護，從而導致混凝土由于干縮、內(nèi)外溫差大等原因出現(xiàn)了裂縫。

4.3 處理措施

裂縫處理采取“探測－分類－處理”的方式。

(1)裂縫性狀統(tǒng)計:對已出現(xiàn)的裂縫進行系統(tǒng)的檢測和記錄，為裂縫的分類提供基礎資料。檢測的內(nèi)容包括裂縫出現(xiàn)的工程部分、數(shù)量、產(chǎn)狀、形狀、縫面狀態(tài)、縫隙狀態(tài)、滲水狀態(tài)等方面。對于影響結構整體安全性、強度及防滲性能的裂縫，應查明裂縫與時間、溫度、濕度、受載時間的變化關系。

(2)裂縫的分類:依據(jù)探測的裂縫深度對裂縫進行分類:一類裂縫:表層裂縫，指深度在0.1～20.0cm之間的裂縫;二類裂縫:淺層裂縫，指深度在20.0～40.0cm之間的裂縫;三類裂縫:深層裂縫，指深度在40.0～150.0cm之間的裂縫;四類裂縫:貫穿裂縫，指深度大于150cm的裂縫，以及混凝土結構被裂縫水平方向或豎直方向貫通的裂縫。

(3)裂縫的處理:依據(jù)出現(xiàn)裂縫的深度，對裂縫進行分類后，針對不同類型的裂縫進行不同的處理方案，分別采用鑿槽填縫、化學灌漿、鋪設限裂鋼筋網(wǎng)等措施。其中化學灌漿措施具體如下:

①裂縫封閉:a.溢流面裂縫采用環(huán)氧膠泥封閉:在以裂縫紋路為中心左右10cm范圍內(nèi)打磨出新鮮的混凝土，采用丙酮清洗干凈之后將順裂縫用環(huán)氧膠泥封閉，讓其自然固化粘結牢固。b.非溢流面裂縫采用開槽封閉:順騎裂縫鑿槽10cm×10cm，用微膨脹混凝土填槽。②灌漿:順裂縫呈梅花形布置鉆孔，孔間距宜選擇80～100cm，自下而上、由低向高，單孔逐一連續(xù)進行灌漿。深度在0～150cm之間的裂縫灌漿壓力宜采用0.3～0.6 MPa;深度大于150cm的裂縫灌漿即深孔灌漿，灌漿壓力可采用0.5～1.0 MPa。灌漿漿材主要選用潮濕型改性環(huán)氧樹脂HK－G－2。灌漿排氣孔的選擇一般要大于裂縫的深度尺寸，當排氣、水孔冒出濃漿后，即可封閉該排氣水孔，并將正在灌漿的孔與該排氣水孔之間的待灌漿孔全部打開，待全部冒濃漿后立即封閉，然后每孔逐一補充灌漿，并達到結束條件后可視為該段灌漿結束;然后選擇排氣孔為灌漿孔，選擇合適的孔位作為下一段裂縫灌漿的排氣、水孔，進行下一個階段的灌漿。依此類推，直至該裂縫灌漿結束。灌漿開始時，需控制壓力和進漿速率，逐漸提高灌漿壓力(一般不大于混凝土抗壓強度的8%～10%至相鄰灌漿孔或縫面冒漿后，保持30～60s即可結束本孔(或該裂縫)灌漿，改灌相鄰灌漿孔(或裂縫)。③灌漿效果檢查及驗收:灌漿結束7d后在灌漿孔距中間點進行鉆孔取芯檢查灌漿效果。隨機選取混凝土裂縫鉆1～2個檢查孔，觀察取出的芯樣被漿液充填情況，并進行壓水試驗。

5 結束語

水工混凝土建筑物從建設到使用，涉及設計、施工、監(jiān)理、管理等各方，工程產(chǎn)生裂縫是不可避免的，在一定的范圍內(nèi)也是可以接受的。只是要采取有效的措施將其危害程度控制在一定的范圍之內(nèi)，對水工建筑物安全是不會產(chǎn)生不良影響的。但在施工中應盡量采取有效措施控制裂縫產(chǎn)生，使結構盡可能不出現(xiàn)裂縫或盡量減少裂縫的數(shù)量和寬度。一旦產(chǎn)生裂縫，應先探明原因，再采取合理的處理措施，以確保水工混凝土建筑物的安全性和耐久性。

［1］《水利水電施工手冊》編委會.水利水電施工手冊－混凝土工程［M］.北京:中國電力出版社，2002.

［2］梅孝威.水利水電工程技術管理［M］.北京:中國水利水電出版社，2003.

［3］中國長江三峽開發(fā)總公司.DL/T 5144－2001《水工混凝土施工規(guī)范》［S］.北京:中國電力出版社，2002.