化學(xué)灌漿在潼南航電樞紐二期工程中的應(yīng)用

劉中文

（中國(guó)水利水電第十二工程局有限公司，浙江 杭州 310000）

1 工程概況

涪江干流梯級(jí)渠化潼南航電樞紐工程位于重慶市潼南區(qū)涪江大橋下游約3km處，開發(fā)任務(wù)是以航運(yùn)為主兼顧發(fā)電，修復(fù)涪江干流潼南縣城段水生態(tài)系統(tǒng)。正常蓄水位高程為236.5m，相應(yīng)庫(kù)容為1571萬(wàn)m3，水庫(kù)總庫(kù)容為2.19億m3，船閘和航道等級(jí)為Ⅴ級(jí)，電站裝機(jī)容量為42MW，工程等別為Ⅱ等，工程規(guī)模為大（2）型。樞紐采用左廠房、右船閘、中間18孔泄水閘布置形式。樞紐沿壩軸線全長(zhǎng)685m，壩頂高程252.4m。

右岸二期工程在施工過(guò)程中，泄水閘和船閘上閘首下部共計(jì)發(fā)現(xiàn)了11條裂縫，裂縫寬度為0.05～0.3mm，針對(duì)裂縫出現(xiàn)的部位、寬度及深度等進(jìn)行分類，按裂縫類別結(jié)合設(shè)計(jì)要求制訂了處理方案。

2 混凝土裂縫產(chǎn)生的原因

水工混凝土裂縫一般分為干縮裂縫、溫度裂縫和外來(lái)作用下產(chǎn)生的裂縫。潼南航電樞紐二期工程其裂縫主要為溫度裂縫和干縮裂縫，裂縫產(chǎn)生的原因主要包括以下四個(gè)方面：

（1）結(jié)構(gòu)尺寸大。泄水閘底板基礎(chǔ)一般尺寸為26.3m×25.5m（長(zhǎng)×寬），船閘上閘首基礎(chǔ)面尺寸為32.0m×30.0m（長(zhǎng)×寬），泄水閘閘墩尺寸為25.5m×2.8m（長(zhǎng)×寬）?；炷羵}(cāng)面形體尺寸大，一次性澆筑超過(guò)1000m3，早期聚集的大量水化熱會(huì)導(dǎo)致混凝土內(nèi)外散熱不均勻，在受到內(nèi)外約束的情況下，混凝土內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力而容易導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂縫。泄水閘閘墩為條形，長(zhǎng)∶寬為9∶1，施工采用滑模工藝，混凝土坍落度一般為20cm，混凝土澆筑后收縮容易產(chǎn)生裂縫。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)查看，該類裂縫共發(fā)現(xiàn)5條，出現(xiàn)部位比較有規(guī)律，一般在閘墩1/3左右長(zhǎng)的位置，裂縫深度較淺。

（2）水泥早期強(qiáng)度高。施工水泥主要產(chǎn)地為重慶市合川區(qū)，通過(guò)對(duì)該區(qū)域產(chǎn)的水泥取樣試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，該區(qū)域產(chǎn)三大水泥品牌臺(tái)泥、冀東及拉法基均存在早強(qiáng)問(wèn)題。施工選用臺(tái)泥P·O42.5水泥，其3d抗折強(qiáng)度達(dá)到6MPa左右、3d抗壓強(qiáng)度達(dá)到34MPa，遠(yuǎn)大于規(guī)范要求的3d抗折強(qiáng)度不小于3.5MPa、抗壓強(qiáng)度不小于17MPa，兩項(xiàng)3d強(qiáng)度指標(biāo)接近規(guī)范28d要求。水泥早期強(qiáng)度高，其水化熱升高集中，混凝土散熱慢，混凝土內(nèi)外溫差大，容易導(dǎo)致混凝土在早期出現(xiàn)裂縫。

（3）混凝土溫控措施有限。出現(xiàn)裂縫的上閘首和泄水閘消力池澆筑在4—6月。高溫季節(jié)混凝土采取了骨料遮陽(yáng)、堆厚、噴霧、加冰水拌和措施，倉(cāng)面加噴霧器降溫，大體積混凝土一般內(nèi)部安裝DN25塑料冷卻水管，循環(huán)通水冷卻降溫等措施進(jìn)行降溫?；炷涟韬驼驹诓扇∫陨洗胧┖蠡炷脸鰴C(jī)溫度可降溫2～3℃，夏季混凝土出機(jī)溫度在25℃左右，出機(jī)口混凝土溫度偏高，混凝土澆筑后水化熱加大，容易導(dǎo)致裂縫。

（4）混凝土養(yǎng)護(hù)不充分。按相關(guān)規(guī)范，混凝土澆筑后在12h內(nèi)養(yǎng)護(hù)。由于水泥早強(qiáng)，混凝土終凝后就必須灑水養(yǎng)護(hù)，實(shí)際施工過(guò)程中存在個(gè)別倉(cāng)面養(yǎng)護(hù)不及時(shí)、不到位的現(xiàn)象。比如上、下班交接時(shí)間出現(xiàn)間歇、斷檔；夜間養(yǎng)護(hù)高空主要采用流水養(yǎng)護(hù)，水泵故障或損壞缺水，更換、修理不及時(shí)；流水面不均勻，倉(cāng)面半干、半濕等問(wèn)題導(dǎo)致混凝土養(yǎng)護(hù)不到位，混凝土早期出現(xiàn)裂縫。

3 裂縫處理

3.1 裂縫檢查

裂縫檢查包括裂縫寬度、縫長(zhǎng)、方向、部位、高程以及縫面是否滲水等，具體檢查采用以下方法：

（1）目檢?？稍诓鹉：笾苯影l(fā)現(xiàn)表層裂縫，對(duì)表層裂縫寬度、條數(shù)的檢查以人工目測(cè)現(xiàn)場(chǎng)普查為主，所用工具有米尺、讀數(shù)放大鏡、塞尺等。對(duì)細(xì)微裂縫可先灑水，用風(fēng)吹干或曬干后檢查。

（2）鉆孔檢查。通過(guò)鉆孔取芯進(jìn)行檢查，范圍也是通過(guò)鉆孔取芯確定，鉆孔直徑不小于56mm。

（3）儀器檢查。裂縫寬度采用顯微鏡讀數(shù)，較深的縫深檢測(cè)采用RSM-SY5智能聲波檢測(cè)儀。

3.2 裂縫分類

裂縫根據(jù)深度、寬度、長(zhǎng)度及部位重要性等可劃分為I～I(xiàn)V類。

（1）Ⅰ類裂縫?？p寬δ＜0.1mm，縫深h≤30cm，縫面長(zhǎng)度L≤1.5m，外觀為龜裂狀，呈細(xì)微而不規(guī)則裂縫或呈細(xì)微規(guī)則性裂縫。對(duì)結(jié)構(gòu)應(yīng)力、耐久性和結(jié)構(gòu)安全無(wú)影響，且該縫不在迎水面上，也未位于強(qiáng)約束區(qū)。

（2）Ⅱ類裂縫?？p寬0.1mm≤δ＜0.3mm和縫深30cm＜h≤100cm，縫面長(zhǎng)3m＜L＜5m，數(shù)量極少，呈規(guī)則狀。Ⅱ類裂縫根據(jù)出現(xiàn)部位的重要性，對(duì)結(jié)構(gòu)應(yīng)力、耐久性和結(jié)構(gòu)安全有輕微的影響。

（3）Ⅲ類裂縫?？p寬0.3mm≤δ≤0.5mm和縫深100cm＜h≤500cm，縫面長(zhǎng)度L≤壩塊寬度的1/3，側(cè)面長(zhǎng)度＞1～2個(gè)澆筑層厚度，呈規(guī)則狀；縫寬0.2mm＜δ＜0.3mm和縫深30cm＜h≤100cm，裂縫長(zhǎng)度貫穿整個(gè)壩塊；縫寬0.2mm＜δ＜0.3mm和縫深30cm＜h≤ 100cm，且裂縫位于上游迎水面；縫寬0.2mm≤δ＜0.3mm和縫深30cm＜h＜100cm，且裂縫位于迎水面基礎(chǔ)強(qiáng)約束區(qū)內(nèi)。這類裂縫對(duì)結(jié)構(gòu)物的整體性安全有一定影響，一旦進(jìn)一步發(fā)展，危害性更大。

（4）Ⅳ類裂縫：裂縫寬度δ＞0.5mm，深度h＞500cm，側(cè)（立）面長(zhǎng)度L＞5m，裂縫若從基礎(chǔ)向上開裂，且平面上貫穿全倉(cāng)，稱為基礎(chǔ)貫穿裂縫，其余稱為貫穿裂縫。此類裂縫使結(jié)構(gòu)應(yīng)力、耐久性和安全系數(shù)降低到臨界值或其下，對(duì)結(jié)構(gòu)物的整體安全性、穩(wěn)定性有重大影響。

潼南航電樞紐二期工程混凝土裂縫調(diào)查結(jié)果顯示，其中有Ⅰ類縫6條、Ⅱ類3條、Ⅲ類2條。

3.3 裂縫處理

根據(jù)混凝土熱脹冷縮特性，為提高裂縫處理效果，裂縫處理安排在冬季施工。裂縫處理根據(jù)分類采取不同方式。

（1）Ⅰ類縫處理。沿裂縫鑿槽，并用清水清洗干凈，用SK-6系列環(huán)氧砂漿填充密實(shí)。①處理工藝流程：鑿槽→清潔表面→涂抹高滲透環(huán)氧基液→回填環(huán)氧砂漿→涂刷環(huán)氧膠泥→養(yǎng)護(hù)→驗(yàn)收竣工。②鑿槽：先沿縫隙兩邊各清理出寬為10cm的平面，然后在裂縫一側(cè)5cm寬用紅色水彩筆劃出刻槽線。沿劃好的紅線用手持式切割機(jī)和電錘配合，鑿出表層寬100mm、深50mm、底寬50mm的梯形槽。③清潔表面：高壓水反復(fù)沖洗基面，待基面沖洗干凈后，用碘雪燈充分烘干基面，修補(bǔ)基面應(yīng)清潔干燥。④涂抹環(huán)氧基液：修補(bǔ)基面需先涂刷一層環(huán)氧基液，用手觸摸有顯著拉絲現(xiàn)象時(shí)（約30min）再填補(bǔ)環(huán)氧砂漿。⑤回填環(huán)氧砂漿：回填環(huán)氧砂漿釆用分層施工方法，每層厚約1～2cm，在上一層初凝前填充施工下一層，如果有氣泡，用鐵抹子刺破將氣泡孔內(nèi)的氣體排岀，以保證孔內(nèi)充填密實(shí)，表面壓平收光。⑥涂刷環(huán)氧膠泥：待環(huán)氧砂漿完成收縮后，對(duì)表面進(jìn)行涂刷處理，表面應(yīng)光潔平整，表面不能有刮痕。⑦養(yǎng)護(hù)：環(huán)氧砂漿抹面施工完畢后，自然條件下養(yǎng)護(hù)3d。⑧驗(yàn)收竣工：環(huán)氧砂漿填補(bǔ)完成3d后，用小錘輕擊表面，聲音清脆者為質(zhì)量良好，若聲音沙啞或有“咚咚”聲，說(shuō)明內(nèi)部結(jié)合不良好，應(yīng)鑿除重補(bǔ)。

（2）Ⅱ類裂縫處理。Ⅱ類裂縫釆用鉆孔加貼嘴灌漿法，鉆孔釆用斜孔并以此作為進(jìn)漿孔，貼嘴（粘貼注漿嘴）以做排氣、排水及放漿之用。先對(duì)裂縫表面釆取臨時(shí)封閉等保護(hù)措施，以防止污水或異物污染堵塞裂縫。①工藝流程。布孔、鑿槽→安裝灌漿塞和注漿嘴→洗孔、壓水試驗(yàn)→化學(xué)灌漿→拆卸灌漿塞、清理注漿嘴→表面清理。②布孔、鑿槽。鉆孔釆用電鉆，沿裂縫兩側(cè)每邊一排斜向鉆孔，孔深穿過(guò)裂縫，如遇鋼筋應(yīng)調(diào)整孔位。單排孔與孔距500mm左右，兩側(cè)孔位交錯(cuò)布置，鉆孔直徑12mm，并和灌漿塞外徑相匹配?？孜痪嗔芽p400mm，斜角45～60°，孔深應(yīng)穿過(guò)裂縫150～200mm。裂縫鑿槽表層寬100mm，深為50mm、底寬為50mm的“U”形槽，并清理干凈。③安裝灌漿塞和注漿嘴。在鉆好的孔口內(nèi)安裝自制可拆卸灌漿塞，要求牢固，保證壓力灌漿時(shí)不漏漿、不脫落。在已經(jīng)鑿好的槽內(nèi)提前預(yù)埋間距1m的注漿嘴，并進(jìn)行通風(fēng)檢查，再用環(huán)氧砂漿填充密實(shí)。④洗孔、壓水試驗(yàn)。用潔凈的壓力水進(jìn)行洗孔，將鉆孔內(nèi)粉末、碎屑沖洗干凈，洗孔至回清水5min即可停止，檢查并記錄孔徑、孔向、傾角和孔深，其誤差值應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。壓水試驗(yàn)壓力為0.2MPa，在壓水過(guò)程中，密切觀察裂縫處有無(wú)氣泡產(chǎn)生和水流滲岀以及灌漿壓水的流量情況，據(jù)此判斷裂縫深度和發(fā)展情況，對(duì)混凝土頂?shù)装寰栌^察。只對(duì)壓水試驗(yàn)時(shí)有冒泡和滲水現(xiàn)象的孔進(jìn)行灌漿。⑤化學(xué)灌漿。灌漿材料為KH-3高滲透改性環(huán)氧化學(xué)灌漿材料。釆用電動(dòng)化學(xué)灌漿泵純壓法灌注，灌漿壓力控制在0.2～0.4MPa。選擇通暢性最好的開始灌漿，先灌I序孔，再灌II序孔。灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)為吸漿量小于0.02L/min，再繼續(xù)灌注30min壓力不下降即可結(jié)束灌漿。⑥拆卸灌漿塞、清理注漿嘴。灌漿結(jié)束孔內(nèi)漿液固化后，鑿除灌漿管并用環(huán)氧砂漿封孔。⑦表面清理。用角磨機(jī)打磨平整，確?；炷帘砻姹３制秸烙^。

（3）Ⅲ類裂縫處理。Ⅲ類裂縫處理工藝和Ⅱ類裂縫一樣，施工區(qū)別在于裂縫深度不同，裂縫兩側(cè)注漿孔布置調(diào)整，裂縫上游和下游側(cè)（或左、右側(cè)）孔位間距1000mm，單排距離裂縫距離500mm。斜向鉆孔，斜角45～60°，穿過(guò)裂縫150～200mm，鉆孔直徑為18mm。具體孔位布置如圖1所示。

（4）布置騎縫鋼筋。Ⅱ類、Ⅲ類裂縫處理還需根據(jù)出現(xiàn)裂縫部位分為已澆筑完砼的永久面和上層繼續(xù)澆筑混凝土臨時(shí)面兩類，其中上層還需繼續(xù)澆筑混凝土倉(cāng)面在裂縫處理完成后，在裂縫兩側(cè)各1m寬范圍布置φ20@200mm×200mm騎縫鋼筋網(wǎng)片。Ⅲ類裂縫倉(cāng)面在裂縫兩側(cè)增加部分φ28mm錨桿，長(zhǎng)度為4.5m，深入已澆筑倉(cāng)面2.5m，外露2m。

3.4 灌漿材料

（1）環(huán)氧砂漿。SK-6系列環(huán)氧砂漿具有良好的低溫施工性能，可以滿足大規(guī)模施工的需要，力學(xué)強(qiáng)度優(yōu)良、與混凝土黏結(jié)牢固、與原混凝土保持一致的顏色。A、B兩組分包裝，施工時(shí)按照A∶B=5∶1的比例配制均勻即可使用。主要力學(xué)性能指標(biāo)要求如表1所示。

圖1 鉆孔布置平面示意圖（單位：mm）

表1 SK-6環(huán)氧砂漿主要性能指標(biāo)

（2）環(huán)氧灌漿材料。高滲透改性環(huán)氧化學(xué)灌漿材料KH-3為雙組份，該材料可灌性能優(yōu)異，可滲入0.001mm的孔隙中，對(duì)裂縫干燥度無(wú)要求，操作方便。其主要物理力學(xué)性能要求如表2所示。

表2 高滲透改性環(huán)氧化學(xué)灌漿材料KH-3主要性能指標(biāo)（28d強(qiáng)度）

3.5 質(zhì)量檢查

（1）壓水和聲波檢測(cè)。進(jìn)行過(guò)化學(xué)灌漿的混凝土裂縫，灌漿后進(jìn)行壓水和聲波檢測(cè)。檢查孔宜布置在貫穿性裂縫、深層裂縫和對(duì)結(jié)構(gòu)整體性影響較大的裂縫上，每條縫至少布置一個(gè)檢查孔。環(huán)氧樹脂等材料的聚合體強(qiáng)度增長(zhǎng)比較慢，壓水試驗(yàn)宜在灌漿結(jié)束一個(gè)月后進(jìn)行。檢查孔壓水試驗(yàn)壓力應(yīng)為0.3MPa，并穩(wěn)壓10～20min后結(jié)束，縫面透水率不大于0.1Lu為合格，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果顯示經(jīng)過(guò)裂縫處理過(guò)的部位最大透水率為0.06Lu。聲波波速滿足相應(yīng)部位混凝土質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)要求。

（2）鉆孔取芯檢查。對(duì)重要部位的貫穿性裂縫、深層裂縫和對(duì)結(jié)構(gòu)整體性影響較大的裂縫需進(jìn)行鉆孔取芯檢查，觀察其縫面漿液結(jié)石和充填情況，并測(cè)定其力學(xué)指標(biāo)。

通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)鉆取芯樣的表面觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，裂縫填筑飽滿，芯樣力學(xué)指標(biāo)檢測(cè)試驗(yàn)結(jié)果達(dá)到相應(yīng)部位混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求。

4 裂縫預(yù)防措施

通過(guò)對(duì)潼南航電樞紐二期工程混凝土裂縫原因進(jìn)行分析，文章總結(jié)出了以下經(jīng)驗(yàn)可有效減少裂縫：

（1）合理分層、分倉(cāng)。施工在基礎(chǔ)約束區(qū)和老混凝土約束區(qū)范圍內(nèi)分層厚度為1.5m，脫離約束區(qū)分層厚度為3m。發(fā)現(xiàn)裂縫后，對(duì)形體尺寸較大或一次性澆筑大于1000m3的進(jìn)行了調(diào)整，基礎(chǔ)部位分層厚度調(diào)整為1m，脫離約束區(qū)1.5m控制。單倉(cāng)內(nèi)澆筑一次在30～50cm，降低分層厚度，減緩分層澆筑速度，更加有利于混凝土散熱。同時(shí)控制大體積混凝土兩層間澆筑間歇期，一般控制在6～8d。在下層混凝土溫度峰值過(guò)后才澆筑上層混凝土，以利于水化熱散發(fā)和減少約束作用，可減少混凝土裂縫。

（2）優(yōu)化配合比。潼南航電樞紐二期工程設(shè)計(jì)調(diào)整部分大體積混凝土采用低熱水泥，效果比較明顯。但由于低熱水泥價(jià)格較高，通過(guò)經(jīng)濟(jì)分析發(fā)現(xiàn)，只能部分地方使用。大部分混凝土還需通過(guò)配合比優(yōu)化，采用“三低（低砂率、低坍落度、低水膠比）二摻（摻高效減水劑和高性能引氣劑）一高（高粉煤灰摻量）”的設(shè)計(jì)理念，降低水化熱。選擇良好級(jí)配的粗骨料，嚴(yán)格控制其含泥量，加強(qiáng)砼振搗，提高砼密實(shí)度和抗拉強(qiáng)度，減少砼收縮變形。建議在少筋或無(wú)筋的大體積砼中拋入20%～30%的大石塊（15～30cm），既能節(jié)省水泥和減少水化熱，又能減少混凝土用量。另外，還可根據(jù)具體工程特點(diǎn)，采用UEA補(bǔ)償收縮混凝土技術(shù)。

（3）加強(qiáng)施工中的溫度控制。選擇較適宜的氣溫澆筑大體積混凝土，盡量避開高溫，盡量夜間施工。夏季可采用冷水或冰水混合物攪拌混凝土，同時(shí)可對(duì)骨料噴冷水霧進(jìn)行預(yù)冷，對(duì)骨料進(jìn)行覆蓋或設(shè)置遮陽(yáng)裝置，避免陽(yáng)光直曬，運(yùn)輸工具也應(yīng)搭設(shè)遮陽(yáng)設(shè)施，以降低混凝土拌和物的入倉(cāng)溫度。嚴(yán)格控制混凝土拌和站出機(jī)口溫度，夏季宜控制在不大于20℃。工程根據(jù)規(guī)模等級(jí)和混凝土總量規(guī)劃混凝土拌和系統(tǒng)，對(duì)于大型水利水電工程建議采用拌和樓加工，配備骨料冷卻和制冰系統(tǒng)，能更好地控制出機(jī)口溫度。

（4）加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)。夏季避免暴曬，冬季則加強(qiáng)保溫。消力池、引航道等低高程部位大體積混凝土表面可鋪砂、灌水養(yǎng)護(hù)。采用人工灑水養(yǎng)護(hù)的，必須安排專人2～3班倒，24h連續(xù)。對(duì)具有早強(qiáng)性質(zhì)的混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間須提前到混凝土終凝后即開始，采用覆蓋、灑水養(yǎng)護(hù)，減少混凝土早期表面裂縫。

5 結(jié)束語(yǔ)

水工建筑物大體積混凝土防裂控制是國(guó)內(nèi)建造界一項(xiàng)長(zhǎng)期的研究課題，它需要從設(shè)計(jì)、施工、材料及施工管理等方面綜合探討，不斷總結(jié)，控制和減少裂縫。潼南航電樞紐二期工程在混凝土防裂方面進(jìn)行了一些研究，也采取了一些措施，對(duì)減少裂縫取得一定效果，但分析研究得還遠(yuǎn)不夠。對(duì)出現(xiàn)裂縫部位采用了在國(guó)內(nèi)多個(gè)工程運(yùn)用的兩類環(huán)氧材料，根據(jù)裂縫危害程度分類采用不同工藝進(jìn)行處理。工程投入使用至今已近4年，經(jīng)處理的部位均使用正常，說(shuō)明所采用的施工工藝方法是合理的，化學(xué)灌漿的效果良好，該施工工藝及材料可供同類工程參考。