石佛寺水库泄洪闸闸墩裂缝分析及处理

王霞

（辽宁省石佛寺水库管理局,辽宁 沈阳 110006）

1 工程概况

石佛寺水库总投资7.5亿元。闸坝总长42.6 km，其中主副坝长42.3 km，泄洪闸16孔，总长度248.5 m。工程按100年一遇洪水标准设计，300年一遇校核，总库容1.85亿m3。

2 裂缝成因分析

2.1 裂缝自查、检测情况

石佛寺水库泄洪闸为16孔，闸墩由左、右两个边墩和中间的15个中墩组成，编号从右岸到左岸，共16孔闸门。泄洪闸过流形式为宽顶堰，校核洪水位时最大泄流能力为7 932 m3/s，属于大Ⅰ型水闸。水库翼墙、闸墩在2009年汛后自检中发现有混凝土脱落、裂缝、白色析出物、露筋等现象。2011年委托工程质量检查单位进行了系统的检测，经检测结果显示，泄洪闸闸墩混凝土存在较多的裂缝、冻胀破坏。泄洪闸闸墩混凝土有明显可见裂缝共43条，裂缝累计总长度为72 m。闸墩混凝土出现钢筋锈蚀、混凝土鼓胀、表层及内部混凝土脱落等缺陷，共出现缺陷33处，累计面积13.32 m2。泄洪闸上游右翼墙伸缩缝出现错位，缝两边混凝土缺损、错位，填缝材料缺损。

2.2 成因分析

石佛寺水库泄洪闸为确保工程外观质量，采用滑膜施工技术，2004年施工完毕，效果很好，2009年泄洪闸闸礅混凝土发现裂缝、白色析出物等现象。经检测及施工处理后分析，裂缝、白色析出物及混凝土脱离原因是由于在滑模施工时，采用镀锌铁管来固定模板，镀锌管从上至下排布，每段管与上一段管的交接处没有采用对接的工艺，只是简单的搭接，施工完成后，管的上端开口处未进行封闭处理，管中含有的水也未及时导出，长时间以来，管内壁锈蚀严重，在管的侧壁多处出现了裂缝，裂缝处锈蚀严重，有水缓慢渗出，管的下口开口处也有大量的锈蚀物与淤积物，在冬季工况下，管内含水，管裂缝附近及管下端开口处附近混凝土内部充满水分，管的保护层厚度在10～5 cm,由于冻胀引起混凝土冻胀破坏，形成由内向外的鼓胀现象，现场观察这样的缺陷，附近的裂缝都是鼓胀出来的混凝土与未鼓胀混凝土之间形成的斜茬的裂缝，裂缝的终点即为渗水处。

3 修补处理原则

对于石佛寺水库泄洪闸闸墩混凝土缺陷的处理，依据SL230-98《混凝土坝养护修理规程》、GB175-2007《通用硅酸盐水泥》、GB-T14684-2011《建设用砂》、DL/T5126-2001《聚合物改性水泥砂浆试验规程》。确定处理原则如下：

1）处理方案必须能够适应各种复杂工况，能够适应该地区的冷热温度变化，适应冻融环境。

2）选择的处理时间，原则上结合水库调度运用的事实及河道疏浚情况进行合理安排，力求将所有缺陷修补完毕，现在库区水位长时间保持低水位，在10月份以前，可以有充裕的时间进行修补施工。

3）对于伸缩缝，选取能够适应较大变形的柔性材料进行粘贴处理，选取能够适应环境变化的柔性嵌填材料，进行嵌缝填充处理。

4）对于混凝土冻胀、剥蚀区域，选取能够适应较大变形的柔性材料进行表面防护处理。

5）鉴于上述情况，处理方案应力求技术上可行、施工方法科学、经济上合理、施工进度快。

4 修补处理方案

4.1 裂缝修补

针对石佛寺水库泄洪闸，闸墩混凝土裂缝现状以及国内外现有修补材料情况，选取手刮聚脲方案作为裂缝修补处理的首选方案。进行裂缝处理，对于裂缝开口宽度小于0.2 mm的裂缝，可以采用内部不灌浆、表面使用手刮聚脲封闭的处理方式。

1）裂缝表面手刮聚脲封闭处理。使用手刮聚脲材料进行裂缝表面粘贴，裂缝内部采用化学灌浆的方法，干燥后的手刮聚脲涂膜平均厚度不小于2 mm，裂缝开口处表面涂膜厚度在3～4 mm。经过表面清理、刷涂界面剂、刮涂SK手刮聚脲一遍（部分位置需加设胎基布）；刮涂SK手刮聚脲二遍及空气中养护五个环节。

SK手刮聚脲具有优异的耐老化性、防渗、抗冲磨及防腐等多种功能。HLC-N界面剂需与水泥复合使用，使用时按重量比1∶2（HLC-N混凝土界面剂∶水泥）比例，用搅拌机搅拌至均匀且不含干粉结块，即成HLC-N界面涂料。该产品为有机聚合物溶液，与混凝土表面有很高的粘结强度（3 MPa以上）。

2）裂缝内部化学灌浆。使用高压灌浆设备将柔性化学浆液灌注到裂缝内部进行封堵止水，采用的化学浆液具有适应裂缝变形的能力。经过钻孔；埋设注浆嘴；注水；灌浆和封口五个环节。根据灌浆设备、混凝土厚度及灌浆工艺，选择单孔灌浆或不同深度双孔灌浆。

4.2 冻胀破坏及混凝土脱落

初步选取（聚合物（钢/塑料）纤维砂浆+钢筋锚固）方案，进行钢筋锈蚀及混凝土剥蚀、表层混凝土脱落处理，方案简介如下：

1）基面处理。找出需要进行处理的混凝土破损区域，使用彩色记号笔标定所有缺陷位置，在缺陷部位周边区域勾勒出缺陷处理大致范围，依据现场混凝土破损情况确定回填平面处理范围。

在破损处，凿除松动混凝土层，要求底部混凝土露出新鲜表面，直到新露出的混凝土结实无松动。

使用开槽机在混凝土处理范围边缘沿划定的轮廓线开收边槽，收边槽形式为燕尾槽，开槽深度大于该处破损厚度，收边槽槽底抵达凿毛后的混凝土表面。

2）布置锚固钢筋、加固细钢筋网。对于需要进行植筋的部位，应采用合适的方案进行植筋处理，同时布设加固钢筋网，具体工艺参数根据破损情况通过计算拟定。对于混凝土破损较大较深（混凝土剥蚀或凹坑深度大于3 cm，破损面积大于0.3 m2）的部位，应布置直径大于8 mm，深度大于20 cm的锚固筋，锚筋间距10 cm，锚筋上部为U型弯起，规格为3 cm×3 cm的防锈钢丝网布设固定在锚筋上面，使用锚固剂将锚筋固定，防锈钢丝网的布设深度为填充表面以下5 cm，钢丝网外缘距离收边槽小于3 cm。

3）清洗。使用高压水或高压空气将凿毛后的混凝土表面清理干净，晾干。

4）防腐处理。对原有钢筋外露部位进行除锈、阻锈处理。

5）涂刷界面剂。在新、老界面事先涂布界面剂，以便提高界面的粘接强度。界面剂要求涂刷均匀，无漏涂、尽量薄涂、涂刷界面要保持潮湿但无明水。

6）回填聚合物砂浆（细石混凝土）。

4.3 翼墙伸缩缝

选用GB材料加手刮聚脲材料，进行右翼墙伸缩缝填缝及表面封闭处理。对于混凝土缺损及冻胀破坏的区域使用聚合物混凝土和砂浆进行填补、修复。经过四个环节，各环节工序如下：

1）表面清理：钢筋头割除，混凝土表面找平凿毛；混凝土蜂窝等缺陷处修补；混凝土表面打磨；混凝土表面清洗等。

2）加设橡胶棒，GB材料填充。

3）刷涂界面剂。

4）刮涂SK手刮聚脲一遍（需加设胎基布），刮涂SK手刮聚脲二遍。

4.4 排架柱伸缩缝

使用手刮聚脲材料进行排架柱伸缩缝表面粘贴，伸缩缝内部不进行处理，干燥后的手刮聚脲涂膜平均厚度不小于2 mm，宽度大于35 cm，伸缩缝开口处表面涂膜厚度在3～4 mm。

5 结语

水闸混凝土裂缝，局部脱落是工程中经常出现的问题，又很难避免。石佛寺水库泄洪闸施工质量，满足外光内实等质量要求，但经过多年的运行，出现裂缝、白色析出物等问题。经过系统分析，裂缝产生的原因并非常规的混凝土配合比、温度控制、拆模时间、外部环境条件及结构尺寸等，而是由于施工中的细节问题引起的多年后产生的裂缝。对于滑膜的支架，应特别注意钢管之间的对接及封堵，特别是处于北方的水工建筑物，应特别注意避免类似问题发生。