水闸混凝土闸墩裂缝成因及处理措施

2019-02-15李建

陕西水利 2019年11期

关键词：闸墩温差灌浆

李建

（盘锦海陆土木工程有限公司，辽宁盘锦 124010）

0 引言

水闸修建过程中，闸墩部位容易出现裂缝问题，不找出原因，若处理措施不当，将给工程带来极大安全隐患，本文结合双台子河闸枢纽工程，对施工过程中出现的闸墩裂缝问题进行全面分析，采取合理处理措施，对处理结果进行工程质量检测[1～6]。

1 工程概况及裂缝情况

1.1 建设背景

双台子河闸枢纽工程位于盘锦市双台子区东郊，闸址距河口57.3 km，盘锦城市防洪工程竣工后，其安全泄量为6800 m3/s，而双台子河闸的设计泄流能力仅3000 m3/s，低于上游防洪标准，过流能力严重不足而成为辽河入海的卡口。

1.2 工程概况

双台子河闸除险加固工程新建共19个闸墩，墩长14 m，宽3 m（缝墩8个）、宽2 m（中墩9个、边墩2个），高8.08 m。闸墩于2014年9月份开始施工，11月份施工完毕。混凝土采用常态、三级配。

1.3 闸墩裂缝情况

从以下方面入手对裂缝的产生原因机理进行分析：①设闸墩浇筑时间为9月25日至11月13日，盘锦地区正式处于大风干燥天气，因此在混凝土浇筑完3天～5天拆模后，立即采取用土工布包裹养护和越冬的措施，发现裂缝是在第二年3月份拆掉土工布后；在新建的19个闸墩中，有一个闸墩未见明显裂缝，其余18个闸墩均发现裂缝，共41条裂缝，总长度161.29 m，平均裂缝长度3.94 m，平均裂缝宽度0.19 mm。

2 裂缝主要原因分析

2.1 闸墩抗压强度检测

采用回弹法检测闸墩混凝土强度，共检测四个闸墩，分别为4号、10号、16号及19号，检测结果为最低43.4 MPa，最高59.4 MPa。

根通过检测结果显示强度可能存在偏高现象。混凝土强度偏高会导致水化热过大，容易产生裂缝。

2.2 裂缝原因分析

①设计方面：抗裂验算、裂缝宽度验算、裂缝等级、混凝土分缝影响；②施工单位：入场原材料、混凝土配合比、施工工艺、施工温度、缺陷处理、工艺试验、施工监测、日常养生等方面进行检查；③监理单位：对原材料、施工工艺进行旁站、质量控制；④混凝土自身化学反应、内外温差、体积收缩等因素[7]。

根据本工程施工情况，对造成裂缝的主要原因分析如下：

1）闸墩内外温差大：大体积混凝土浇筑过程中内部温度较高一些，外部温度较低一些，形成内外温差，直接与空气接触使外部混凝土散热快于内部混凝土，造成混凝土内部外部变形不均匀，到达一定极限便产生了裂缝[8]。

本工程因为前期各种因素制约，闸墩施工时段被调整在9月末至11月中旬。这段时间昼夜温差较大，混凝土浇筑后受到昼夜温差较大的影响刺激以及养护的不到位，进一步加剧内部混凝土与外部混凝土应力效应，很容易引起裂缝。

2）底板约束：闸墩在高度、宽度、及水流方向可产生伸缩，其中只有在水流方向上受到底板的约束影响，伸缩受较大控制，由于不同部位浇筑时间不同，容易产生高度方向上的裂缝，这是底板约束作用的结果，初步分析裂缝开裂由最大宽度范围内向上、下两侧延伸。闸墩高度8 m，裂缝长度1.70 m～5.70 m，本工程底板浇筑基本超过28天后才进行的闸墩混凝土浇筑[9]。

3）混凝土干缩：由于盘锦独特的地理条件，位于滨海平原地区。多西南风，每年平均风速为4.5 m/s，最大风速是1976年4月19日为25.7 m/s。恰巧本工程施工时段正处于大风、干燥季节，对薄壁结构形式的闸墩影响深度较大，并且昼夜温差大，都会造成混凝土的干缩，形成裂缝；另外混凝土在施工过程中的配合比，是影响其干缩的另一因素：水泥用量、水灰比大小与混凝土干缩成正比，骨料级配、密度与混凝土的干缩成反比，所以在施工过程中在混凝土配合比过程中，要注意选择各个影响因子，减小混凝土干缩。在本工程施工过程中，配合比采用三级配和掺粉煤灰和高效减水剂减少水泥用量、降低水化热的做法对预防混凝土干缩是有利的。

4）自生体积变形：水泥熟料与水接触水化时产生热量，消耗水分；另一方面当水泥中的水量不足时，在自干燥作用下混凝土体积会缩小，在这种情况下，混凝土的自身收缩同温度收缩叠加在一起，就会使表面拉应力增大，产生裂缝[10]。

2.3 未出现裂缝闸墩情况分析

8号闸墩是19个闸墩中唯一没有发现裂缝的，其浇筑时间从10月13日晚8点至14日下午4点47分，浇筑时间20小时左右，平均浇筑速度为10 m3/h。浇筑速度较均匀，当日最高气温16℃～10℃，昼夜温差不大，而且温度也不高。其试块28天强度检测结果为39 MPa，塌落度5 cm～7 cm。这个闸墩施工过程与其他闸墩区别只有当天气温和这个闸墩开仓时间较晚，其他施工工艺及过程完全相同，由此判断没有出现裂缝的原因可能是和当天温差不大和气温不高有关。

4 处理措施

在裂缝处理之前进行试验，确定灌浆材料配比及验证方案是否可行，主要对灌浆材料的配比、灌浆温度（材料温度和环境温度）、表面封闭、施工过程资料及检测等方面进行分析和总结，经过试验确定各项参数。

4.1 化学灌浆

首先对灌浆进行试验(试验：2015年5月20至5月21日)，确定环氧树脂和稀释剂的比例为1∶1较为合适，缝隙的可灌入度较好。稀释剂添加量小于1时粘度较大，大于1时浆液过于稀；固化剂主要是控制浆液凝固时间，固化剂参量为3%～5%。

4.2 各项参数及操作要求

采用水溶性聚氨酯或改性环氧树脂对闸墩裂缝进行化学灌浆处理。灌浆前先对缝面进行清理，骑缝每0.3 m～0.5 m钻Ф30 mm的孔，采用环氧胶泥进行封缝。注浆压力为0.4 MPa，待相临孔排出浓浆时，将该孔扎管，逐孔进行，至该缝最后一孔灌浆结束。

材料：a.环氧树脂：E 型环氧树脂；b.稀释剂：二甲苯；c.固化剂。

①灌浆设备

裂缝灌浆仪器：电动高压注浆机（DH-512）两台，另外一台备用，空压机一台、冲击钻一台；灌浆泵安设最大压力为7MPa的压力表，压力表与管路之间设置隔浆装置；灌浆结束后及时对灌浆设备及管路进行清洗，防止堵塞。

②灌浆准备

a.编号：

对所要进行处理的闸墩裂缝进行逐一编号。

b.缝面清理及封缝：

灌浆之前对缝面进行清理，清理后对裂缝表面进行封闭，封闭材料速凝后满足灌浆压力要求，防止灌浆外溢。

c.布孔及钻孔（钻孔：5月20日至5月25日）：

用冲击钻钻斜孔（直径14 mm，深300 mm），以10°～20°的角度在裂缝两侧约50 mm～60 mm钻进并贯穿裂缝；孔距沿平行缝隙方向250 mm，尽量减少废孔以避开钻到钢筋，如果在施工过程中钻到钢筋，应以现场实际情况调整孔位，裂缝墩子均在裂缝两侧打孔。

③清孔

用空压机进行清洗，把孔内杂物冲洗干净。

④配比

环氧树脂：稀释剂：固化剂比例为1∶1∶0.2。

⑤温度控制

用温度计监测浆液现场环境及灌浆温度，使现场温度及施工温度均控制在25℃以下即可。

⑥灌浆压力

1.0 MPa≤P≤2.0MPa。（灌浆：2015年5月22日至5月30日）

⑦结束标准

灌注孔相邻的孔冒浆，即可进行一下孔灌浆，或稳压数值保持在1 MPa。

⑧表面处理

灌浆浆液及裂缝口封闭材料全部凝固后，将封缝表面处理平整，拆除灌浆管，对灌浆管口进行封闭、修补（2015年5月31日至6月5日）。

4.3 结果

灌浆施工日期2015年5月20日至6月5日，根据对灌浆材料的配比、灌浆温度（材料温度和环境温度）、表面封闭、施工过程资料及检测等方面进行检测，检测过程如下：采用压水试验和取芯检查法的办法。灌浆施工完成7天后钻进检查孔，压水试验其压力宜采用0.3 MPa，并稳压10 min～20 min结束，平均透水率小于0.1 Lu为合格标准。取芯检查法按照压水试验检查孔数量的50%取芯，芯样劈拉试验平均抗拉强度均大于1.5 MPa。通过检测结果，灌浆效果可以达到防止河水通过裂缝对钢筋产生锈蚀的目的，达到预期效果。