檢修水閘閘墩混凝土裂縫成因及處理

□韓麗粉

水閘擋墻及邊墩均為典型的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，具有較好的耐久性，但由于混凝土是一個(gè)復(fù)雜的非均質(zhì)材料，抗拉強(qiáng)度較低，且又有自身體積變形、徐變等特性，在實(shí)際施工中常會(huì)出現(xiàn)不同程度的裂縫。一旦出現(xiàn)了混凝土裂縫，則應(yīng)采取有效的技術(shù)措施進(jìn)行補(bǔ)救，以保證水利工程的安全和工程結(jié)構(gòu)的耐久性。

1.工程概況

某水閘為一座渠道倒虹吸的進(jìn)口檢修閘，閘室總長(zhǎng)12m，共3孔，單孔凈寬6.5m，為3孔一聯(lián)的開敞式鋼筋混凝土整體結(jié)構(gòu)。底板厚2.0mm，與進(jìn)口漸變段末端底高程相同，邊墩頂寬1m，底寬2.0m，中墩厚1.5m，墩頂上部設(shè)有啟閉機(jī)室。閘室設(shè)2扇檢修閘門，采用疊梁式平面滑動(dòng)鋼閘門，啟閉設(shè)備為移動(dòng)式電動(dòng)葫蘆。

水閘閘墩混凝土裂縫多為橫向裂縫（垂直于水流方向），發(fā)生在閘墩順?biāo)鞣较虻闹虚g位置，自底板開始向上延伸，長(zhǎng)度 1.5～4m，寬度 0.21～0.31mm。裂縫呈中間寬兩頭縮小，均為非貫穿性裂縫，深度為20~156mm，小于閘墩厚度。裂縫出現(xiàn)的時(shí)間基本都在模板拆除后的2～5d內(nèi)，有3條裂縫在拆模的當(dāng)天就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，為非貫穿性的淺表裂縫。

2.裂縫產(chǎn)生的原因

發(fā)現(xiàn)水閘閘墩裂縫后，通過對(duì)混凝土配合比、配料單、澆筑記錄、測(cè)溫記錄、地質(zhì)文件以及每倉(cāng)拆模時(shí)間進(jìn)行調(diào)查，對(duì)裂縫產(chǎn)生的原因進(jìn)行了全面分析。

2.1 基礎(chǔ)沉降變形

該水閘閘墩基礎(chǔ)原地質(zhì)為軟弱夾層，基礎(chǔ)承載力不滿足設(shè)計(jì)要求，故進(jìn)行了換填處理。在換填完成后受施工工期影響未進(jìn)行沉降預(yù)壓試壓，就進(jìn)行了閘墩墊層的澆筑，故基礎(chǔ)不均勻沉降變形是產(chǎn)生裂縫的原因之一。

2.2 混凝土配料單

該水閘閘墩混凝土設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)為C30W6F150，水泥品種為普通硅酸鹽水泥p·o42.5，水泥水化熱較大，在一定程度上增高了混凝土內(nèi)部溫度，加上閘墩屬于大體積混凝土，施工中內(nèi)部水化熱散發(fā)不出來(lái)，造成混凝土內(nèi)外溫差很大，超出規(guī)范允許臨界值，產(chǎn)生裂縫。

2.3 閘墩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

閘墩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)尺寸較大，混凝土表面散熱較快，混凝土內(nèi)外熱脹冷縮變形不一致，在混凝土表面形成一定拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力達(dá)到一定極限時(shí)，表面就會(huì)產(chǎn)生裂縫。具體表現(xiàn)為：閘墩上部幾乎無(wú)裂縫，裂縫大都集中在墩體的中下部位置。

2.4 底板約束

由于底板和閘墩混凝土施工間隙時(shí)間較長(zhǎng)，在澆筑閘墩時(shí)，底板混凝土已經(jīng)固結(jié)。閘墩沿其高度方向可以自由伸縮，不受約束；厚度方向由于閘墩厚度不大，約束很小；而沿水流方向受底板約束相對(duì)很大。后期閘墩混凝土除自身相互約束外，底板對(duì)閘墩的約束作用逐漸加強(qiáng)。由于底板對(duì)降溫引起的混凝土收縮有約束作用，混凝土內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力超過混凝土極限抗拉強(qiáng)度時(shí)，便會(huì)開裂。

2.5 混凝土拆模及養(yǎng)護(hù)

閘墩混凝土模板拆除后采用表面附著保溫被的方式進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。拆模時(shí)氣溫低，保溫養(yǎng)護(hù)不到位，檢測(cè)混凝土內(nèi)部溫升最高達(dá)到51℃，混凝土表面溫度為15℃，混凝土內(nèi)外溫差達(dá)到36℃，使混凝土表層產(chǎn)生較大拉應(yīng)力，而早期混凝土抗拉強(qiáng)度很低，造成混凝土拉裂破壞。

3.閘墩混凝土裂縫的處理

為防止混凝土內(nèi)部鋼筋銹蝕和增強(qiáng)混凝土耐久性，須對(duì)裂縫進(jìn)行處理。處理原則根據(jù)建管方下發(fā)的針對(duì)各類裂縫的處理辦法，將現(xiàn)場(chǎng)每條裂縫均進(jìn)行了標(biāo)注。對(duì)深度不超過鋼筋保護(hù)層、寬度不大于0.2mm的淺表性Ⅰ類裂縫，采取表面涂抹封閉的方法進(jìn)行處理；對(duì)深度超過保護(hù)層、寬度大于0.2mm、縫長(zhǎng)大于100cm的深層Ⅱ類裂縫采用鑿槽嵌補(bǔ)法處理；對(duì)縫寬大于0.2mm、縫長(zhǎng)大于100cm的裂縫采用以防滲為主的化學(xué)灌漿方式處理。

3.1 表面處理

表面涂抹法：將裂縫清洗干凈、吹干，沿裂縫表面涂抹丙乳砂漿，直至將裂縫全部封閉。

3.2 鑿槽嵌補(bǔ)法

沿裂縫鑿成寬5cm，深3cm的槽，用預(yù)縮砂漿或環(huán)氧砂漿或聚硫密封補(bǔ)平抹光。

3.3 化灌處理

化灌處理即采用化學(xué)灌漿JGNFG處理，使用的灌漿材料有JGN-FG灌縫結(jié)構(gòu)膠和JGN-TP修補(bǔ)補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)膠。處理工藝和流程如下：一是清理裂縫。先用鋼絲刷清除裂縫表面的灰塵、浮漿、松散層等污物，然后用毛刷蘸丙酮將裂縫兩側(cè)3cm范圍擦拭干凈并保持干燥，在距離裂縫兩側(cè)1.5cm處用膠帶紙沿裂縫方向粘貼兩條護(hù)邊，要求兩條護(hù)邊盡量平直。二是埋設(shè)灌漿嘴。采用騎縫埋設(shè)方法埋設(shè)灌漿嘴，埋設(shè)時(shí)可先在灌漿嘴基座上涂抹502速干膠擠壓20s，臨時(shí)固定，然后在周圍涂JGNTP膠，保證封閉嚴(yán)密。三是封縫。采用JGN-TP膠進(jìn)行封縫。在灌漿嘴之間的縫隙邊沿處貼好膠帶紙后，均勻地將JGN-TP膠涂抹在縫面上，用膩?zhàn)隅P壓平，厚度不要超過2mm。四是密封檢查。封縫膠固化后沿裂縫涂一層肥皂水，采用壓縮空氣檢查密閉效果，若發(fā)現(xiàn)漏氣部位，重新用膠密封。五是JGN-FG膠液配制。取潔凈容器（金屬盆，不得有油污、水、雜質(zhì)）和稱重容器按配合比混合，配合比為 A∶B=5∶1（要求稱量準(zhǔn)確），攪拌約5min至混合均勻?yàn)橹梗缓蟮谷氲蛪鹤{罐內(nèi)。六是灌漿。采用由充壓機(jī)（人工使用高壓氣管加壓）、低壓注漿罐、注漿管組成的灌漿系統(tǒng)灌漿。灌漿壓力為0.2～0.4MPa左右，灌漿順序可按灌漿嘴從低到高次序，逐個(gè)注漿。□