某水闸水工混凝土建筑物裂缝处理技术浅析

童 伟，杨德超，袁 琼，嵇红刚

(中国水电顾问集团成都勘测设计研究院，四川 成都 610072)

1 前 言

混凝土是一种由砂石骨料、水泥、水及其他外加材料混合而成的非均质脆性材料。由于混凝土施工、本身变形和约束等一系列问题，使混凝土裂缝成了土木工程中最常见的工程病害。但是由于水利工程的特殊性，如不及时处理裂缝，在各种外力的作用下，尤其是在高水头的水压力以及侵蚀性媒介对裂缝的破坏性作用，可能会使裂缝进一步扩张和蔓延，轻者使水工建筑物混凝土内部的钢筋腐蚀，严重的将降低水工建筑物整体稳定性，引起建筑物漏水、失稳等问题，影响建筑物的安全性和耐久性，影响工程效益的正常发挥。因此对混凝土裂缝的控制已成为水利工程建设引起高度重视的问题之一。

2 水工混凝土裂缝产生的因素［1］

导致水工建筑物产生裂缝因素有以下9种:(1)大体积混凝土水化时产生的大量水化热得不到散发，导致混凝土内外温差较大，使混凝土的形变超过极限而引起裂缝;(2)混凝土在硬化的过程中，由于干缩引起的体积变形受到约束而产生的裂缝;(3)在厚度较大的构件中，由混凝土的塑性塌落引起的裂缝;(4)当有约束时，混凝土热胀冷缩产生的体积胀缩，因为受约束力的限制，在内部产生的温度应力超过了混凝土抗拉强度，从而产生温度裂缝;(5)混凝土加水拌和后，水泥中的碱性物质与活性骨料中的活性氧化硅等起反应，使体积增大，产生裂缝;(6)混凝土表面蒸发过快，造成混凝土内部水化热过高，在混凝土浇筑数小时后仍处于塑性状态，产生塑性收缩裂缝;(7)当结构的基础出现不均匀沉陷，就有可能产生裂缝;(8)当钢筋混凝土处于不利环境中，如侵蚀性水，由于混凝土保护层厚度有限，特别是当混凝土密实性不良，环境中的氯离子等和溶于水中的氧会使混凝土中的钢筋生锈，生成氧化铁，氧化铁的体积比原来金属的体积大得多，铁锈体积膨胀对周围混凝土挤压，使混凝土胀裂;(9)施工材料质量及过程中混凝土的养护不到位等。

3 混凝土裂缝的处理方法

混凝土裂缝处理方法可归纳为3个方面［2］:

(1)表面处理。采取的处理方法有:①表面涂抹，即用水泥浆、水泥砂浆、防水快凝砂浆、环氧基液及环氧砂浆等涂抹在裂缝部位的混凝土表面。表面涂抹处理只能用于非流水表面的堵缝截漏;②表面粘补，即用胶粘剂把橡皮或其他材料粘贴在裂缝部位的混凝土表面上，达到封闭裂缝、防渗堵漏的目的。表面粘补主要用于修理对水工建筑物强度没有影响的裂缝，尤其用在修补伸缩缝及温度缝上。

(2)内部灌浆处理。一般采用钻孔灌浆方法。对于浅缝和某些仅需防渗堵漏的裂缝可采用骑缝灌浆方法。灌浆材料常用水泥和化学材料，视裂缝的性质、开度和施工条件等具体情况而定。对于开度大于0.3mm的裂缝，一般用水泥灌浆;对于开度小于0.3mm的裂缝，宜采用化学灌浆。

(3)凿槽补强加固处理。①凿槽嵌补，即沿混凝土裂缝凿一深槽，槽内嵌填防水材料，如环氧砂浆、沥青油膏、干硬性砂浆、聚氯乙烯胶泥、预缩砂浆等，以防内水外渗或外水内渗。凿槽嵌补主要用于对结构强度没有影响的裂缝。②喷浆修补，即在裂缝部位并已经凿毛处理的混凝土表面上喷射一层密实且高强度的水泥砂浆保护层，达到封闭裂缝、防渗堵漏、提高混凝土表面抗冲耐蚀能力的目的。根据裂缝部位、性质和修理要求等，可采用无筋素喷浆、挂网喷浆、挂网喷浆与凿槽嵌补相结合的方法。

4 工程应用实例

4.1 工程案例

西南地区某水闸布置有5孔冲沙闸，闸室长度46.00m，基础置于弱风化砂质黏土岩上，闸底板厚8m，前后设齿墙，最大闸高54.00m。冲沙闸采用闸室分缝分离式结构，中闸墩厚度为4.90m，左侧边闸墩厚度4.50m。冲沙闸自混凝土浇筑开始，在闸底板及闸墩上都出现了不同程度的裂缝。其中3号闸底板裂缝平面分布图如图1所示。

图1 3号闸底板裂缝平面分布

根据现场对3号及4号闸底板出现的裂缝进行的声波检测资料分析可知:3号闸墩左侧裂缝深度为3.8～4.0m，在裂缝下方4.0～5.4m深度段发育有闭合性裂缝，到闸墩右侧裂缝深度为1.0～1.6m，在裂缝下方1.0～2.6m深度段发育有闭合性裂缝;4号闸墩左侧裂缝深度为2.0～2.4m，在裂缝下方2.0～4m深度段发育有闭合性裂缝。

4.2 原因分析

根据冲沙闸温度仿真的分析可知，在混凝土采取大坝中低热水泥、控制混凝土的入仓温度及注重混凝土养护等措施后，混凝土裂缝是可以控制的。但是在实际的浇筑过程中，由于实际和计算分析的边界条件有较大的出入，从而导致冲沙闸浇筑过程中出现了不少裂缝。初步分析主要有以下原因:

(1)冲沙闸混凝土中的水泥采用普通硅酸盐水泥，特别是初期发热量高。水泥出厂后直接运用到施工现场工地，导致水泥的入罐温度高达100℃，远远高于规范规定的要求。

(2)冲沙闸混凝土的骨料采用人工骨料。由于对棒磨系统的管理运行不善，导致人工砂的细度模数为3.3，较规范相比偏高。而且骨料的堆放也不规范，基本上属于露天堆放，导致雨季时骨料的含水率及含泥量都严重超标。

(3)根据规范［3］规定，混凝土浇筑完毕后，应及时洒水养护。现场浇筑后混凝土仓面未得到及时有效的保护，从而导致混凝土由于干缩、内外温差大等原因出现了裂缝。

4.3 处理措施

裂缝处理采取“探测－分类－处理”的方式。

(1)裂缝性状统计:对已出现的裂缝进行系统的检测和记录，为裂缝的分类提供基础资料。检测的内容包括裂缝出现的工程部分、数量、产状、形状、缝面状态、缝隙状态、渗水状态等方面。对于影响结构整体安全性、强度及防渗性能的裂缝，应查明裂缝与时间、温度、湿度、受载时间的变化关系。

(2)裂缝的分类:依据探测的裂缝深度对裂缝进行分类:一类裂缝:表层裂缝，指深度在0.1～20.0cm之间的裂缝;二类裂缝:浅层裂缝，指深度在20.0～40.0cm之间的裂缝;三类裂缝:深层裂缝，指深度在40.0～150.0cm之间的裂缝;四类裂缝:贯穿裂缝，指深度大于150cm的裂缝，以及混凝土结构被裂缝水平方向或竖直方向贯通的裂缝。

(3)裂缝的处理:依据出现裂缝的深度，对裂缝进行分类后，针对不同类型的裂缝进行不同的处理方案，分别采用凿槽填缝、化学灌浆、铺设限裂钢筋网等措施。其中化学灌浆措施具体如下:

①裂缝封闭:a.溢流面裂缝采用环氧胶泥封闭:在以裂缝纹路为中心左右10cm范围内打磨出新鲜的混凝土，采用丙酮清洗干净之后将顺裂缝用环氧胶泥封闭，让其自然固化粘结牢固。b.非溢流面裂缝采用开槽封闭:顺骑裂缝凿槽10cm×10cm，用微膨胀混凝土填槽。②灌浆:顺裂缝呈梅花形布置钻孔，孔间距宜选择80～100cm，自下而上、由低向高，单孔逐一连续进行灌浆。深度在0～150cm之间的裂缝灌浆压力宜采用0.3～0.6 MPa;深度大于150cm的裂缝灌浆即深孔灌浆，灌浆压力可采用0.5～1.0 MPa。灌浆浆材主要选用潮湿型改性环氧树脂HK－G－2。灌浆排气孔的选择一般要大于裂缝的深度尺寸，当排气、水孔冒出浓浆后，即可封闭该排气水孔，并将正在灌浆的孔与该排气水孔之间的待灌浆孔全部打开，待全部冒浓浆后立即封闭，然后每孔逐一补充灌浆，并达到结束条件后可视为该段灌浆结束;然后选择排气孔为灌浆孔，选择合适的孔位作为下一段裂缝灌浆的排气、水孔，进行下一个阶段的灌浆。依此类推，直至该裂缝灌浆结束。灌浆开始时，需控制压力和进浆速率，逐渐提高灌浆压力(一般不大于混凝土抗压强度的8%～10%至相邻灌浆孔或缝面冒浆后，保持30～60s即可结束本孔(或该裂缝)灌浆，改灌相邻灌浆孔(或裂缝)。③灌浆效果检查及验收:灌浆结束7d后在灌浆孔距中间点进行钻孔取芯检查灌浆效果。随机选取混凝土裂缝钻1～2个检查孔，观察取出的芯样被浆液充填情况，并进行压水试验。

5 结束语

水工混凝土建筑物从建设到使用，涉及设计、施工、监理、管理等各方，工程产生裂缝是不可避免的，在一定的范围内也是可以接受的。只是要采取有效的措施将其危害程度控制在一定的范围之内，对水工建筑物安全是不会产生不良影响的。但在施工中应尽量采取有效措施控制裂缝产生，使结构尽可能不出现裂缝或尽量减少裂缝的数量和宽度。一旦产生裂缝，应先探明原因，再采取合理的处理措施，以确保水工混凝土建筑物的安全性和耐久性。

［1］《水利水电施工手册》编委会.水利水电施工手册－混凝土工程［M］.北京:中国电力出版社，2002.

［2］梅孝威.水利水电工程技术管理［M］.北京:中国水利水电出版社，2003.

［3］中国长江三峡开发总公司.DL/T 5144－2001《水工混凝土施工规范》［S］.北京:中国电力出版社，2002.