高压深水下围堰裂缝及其处理方案分析

韦丘德　李勤武

作者简介：

韦丘德（1988—），硕士，工程师，研究方向：交通工程质量检测;

李勤武（1994—），硕士，工程师，研究方向：交通工程质量检测。

摘要：文章结合广西某桥梁围堰基桩施工实例，分析了该桥梁围堰出现涌水裂缝的原因和修补难点，比选出有利的修补处理方案，并介绍了工艺实施要点与修补效果，可为类似工程提供参考。

关键词：涌水裂缝;高压深水;钻孔灌浆;承载力检测

中国分类号：U443.16+2A341253

0 引言

在现代化的水利、水电站大坝、水库和桥梁建设中，混凝土结构是不可或缺的，而裂缝作为混凝土结构的一种病害，是一个广受关注的研究课题。混凝土结构产生裂缝大致受工程设计、材料本身、外界环境和施工工艺等因素的影响[1]。我国对混凝土结构裂缝处理技术在水利、水电站大坝、水库和桥梁等方面的应用研究取得了很大的成果[2-5]。本文分析了广西某桥梁围堰出现涌水裂缝的原因和修补难点，针对实际情况比选出有利的修补处置方案，达到了预期效果，为类似工程裂缝修补加固提供了技术参考。

1 工程简介

广西某桥梁为连续钢构桥，设计桥长为588.02 m、桥宽为25.5 m。其中3#、4#墩承台设置在河床以下，采用双壁无底钢套箱围堰，围堰封水底板设计使用C30混凝土材料，底板厚度为2.0 m。基桩侧面浅部采用钢护筒护壁，钢护筒与围堰底板未采用钢材料进行焊接，地基浅部为透水性卵石层，水面距离围堰底板13 m左右。在桥梁基桩施工完毕后，围堰内的一根基桩被参建单位和质监部门抽选做基桩承载力检测。在检测力值刚好加载至规范验收基桩承载力（33 644 kN）时，围堰底板和基桩侧面脱开而产生了裂缝，在围堰外侧13 m高差水压的作用下，裂缝进一步张开，导致围堰外侧河水和少量泥沙通过其底部透水性卵石层和该裂缝涌入围堰内。因此，该事故导致了检测工作的中断，并极大地影响了下一步墩柱的施工进度。为了赶在汛期前完成下构的施工，需要尽快对裂缝进行修补加固处理。

2 裂缝特点、产生原因及修补难点分析

2.1 裂缝的特点

根据潜水员反映情况可知，在围堰底板靠近基桩侧面处有多条涌水裂缝，宽度为0.5～3 cm，最长约为60 cm。从围堰底板涌水的情况可知，这些裂缝为贯穿性张拉裂缝，主要产生在混凝土与钢护筒之间，而裂缝是否在桩侧周围全部发育有待检验。

2.2 裂缝产生原因分析

根据设计图纸分析可知，产生裂缝的主要原因有：（1）基桩和围堰底板之间缺少应有的固定结构，钢护筒与混凝土两种介质之间的结合力比较小;（2）基桩与桩周岩土的摩阻力比实际勘察资料提供的经验值要小。

2.3 裂缝修补难点分析

根据质监部门要求，在完成裂缝修补后还需要对该桩的承载力继续进行检测。因此，修补该裂缝不仅需要保证不出现二次严重渗漏，还需要确保修补后围堰底板和基桩之间的摩阻力要比检测时该部位承担相应的力值>1.2倍。

同时，该围堰内壁宽度为8.9 m，基桩侧面距离围堰边最近有1.0 m。该段流域水流速度较快，涌水后围堰内外的水面已经平衡，水面距离围堰底部约为10 m。河床底下主要为卵石层，因此，裂缝处于深水环境下，裂缝内会含有泥沙，裂缝也比较宽，如果围堰内外的水压不一致，将会造成裂缝进一步扩大，而且在围岩上搭设机械平台也比较困难。

3 裂缝修补方案比选

针对该围堰内裂缝处理的原则是以堵漏为主，并考虑补强加固基桩和围堰之间的阻力，以避免二次处理。同时，要选择适当的受力（宜控制在0.7 MPa以内）以减少对围堰底板的作用，避免裂缝进一步扩大。

修补混凝土裂缝的方法主要根据混凝土结构功能的要求、开裂原因、裂缝结构和环境因素等确定，常见的修补方法主要有填充法、表面处理法、结构加固法、灌浆法[6]等。这四种方法均属于裂缝全面修复的技术，而填充法和表面处理法是针对浅部宽度较小的裂缝，当结构裂缝宽度>1 mm，发展较深，甚至是贯穿性发展时，则更适合采用结构加固法和灌浆法。

根据本工程裂缝的特点，对结构加固法和灌浆法进行综合比选（见表1）。

由表1可知，这两种方法各具优缺点，都能够解决涌水裂缝并且不影响围堰长期使用。综合考虑对后期施工的影响以及整体修补质量，拟选采用灌浆法。

修补裂缝的灌浆材料主要以有机高聚合物为主。目前市场上高分子聚合物材料主要有环氧树脂、硅酸钠（水玻璃）、有機硅、丙烯酸树脂、聚氨酯等。在水下进行修补，要求灌浆材料不能完全溶于水但又必须具备一定的亲水性[7]，且必须具有抗分散性、流动性、凝结时间可以调节的特点。LW水溶性聚氨酯具有弹性止水和以水止水的功能，对水质适应性比较强;水泥水玻璃浆液的凝胶时间可以任意调节，并且结石率高、结石强度高[8]。因此，选择LW水溶性聚氨酯作为止水材料，选择水泥水玻璃浆液作为加固材料。

布置钻孔原则：

（1）可以适当破坏钢护筒（不承载桥梁荷载作用）露出基桩混凝土面以增加围堰底板混凝土和基桩之间的粘合力。

（2）尽量减少钻孔数量，以满足堵水和加固为主要原则。

4 工艺实施

（1）止水：在裂缝位置靠近基桩侧面布置2～3个竖向钻孔，深度至围堰底板厚度的2/3，将围堰底板和基桩接触的底面裂缝封住，灌浆压力为0.5～0.6 MPa。因为围堰底板已经漏水，因此浆液必须加入絮凝剂加快其凝固时间，并间歇性进行灌浆。在灌浆过程中发生串浆时可同时在几个孔内进行灌浆。以吸浆率<0.03 L/min作为停止灌浆标准。

（2）加固围堰底板和基桩侧面阻力：待上述灌浆材料凝结并且达到最终强度后，布置4～5个斜向钻孔，均匀分布于基桩周围，深度至围堰底板厚度的1/2处与基桩侧面相交，灌浆压力为0.4 MPa。以吸浆率<0.2 L/min作为停止灌浆标准。

（3）检查灌浆效果质量：完成灌浆7 d后，在骑缝处浅部钻取一组芯样（试件尺寸为直径70 mm，长70 mm）至室内做抗压试验，达到强度≥25 MPa后才开始抽干围堰内的水。

在经过灌浆处理和试件达到强度要求后，将围堰内的水慢慢抽出直到抽干，围堰底板的涌水或渗水状况已经消失。最后在检测承载力达到33 644 kN（±15 kN）情况下，均未出现裂缝继续发展异常。这表明裂缝修补效果显著，达到了预期的目的，为类似的漏水裂缝修补设计提供了资料参考。

5 结语

（1）由本工程围堰裂缝产生的原因分析可知，基桩本身的承载力与基桩和围堰底板结构之间的阻力应当分别考虑，在进行验算满足条件后方可进行承载力检测，否则应进行加固。

（2）文中基桩与围堰封水底板深处裂缝空隙是比较复杂的，对漏水裂缝进行修补处理时，需要分析裂缝的特点和所处的环境后再“对症下药”。本文考虑了基桩与围堰封水底板的整体加固，而不仅只针对表面裂缝的位置进行修补，取得了预期的修补效果。

参考文献：

[1]杨长辉，王 川，吴 芳.混凝土塑性收缩裂缝成因及防裂措施研究综述[J].混凝土，2002（5）：33-37.

[2]刁树广，徐远鸿.乐滩水电站一期碾压混凝土围堰裂缝灌浆设计[J].企业科技与发展，2010（2）：47-49.

[3]孙朝辉.某连续刚构桥腹板斜裂缝分析及处理措施[J].中外公路，2016（6）：176-178.

[4]李九红，徐建光，王延斌，等.混凝土大坝裂缝灌浆处理效果研究[J].水力发电学报，2007（6）：63-68.

[5]张志权，邵继钢，刘建维.箱梁底板纵向裂缝对结构力学性能的影响研究[J].中外公路，2017（4）：73-76.

[6]廖文强.动水下混凝土裂缝用水泥基灌浆材料研究[D].重庆：重庆大学，2014.

[7]孙志恒，鲁一晖.混凝土大坝水下裂缝修补技术[J].水力发电，2004（11）：65-67.

[8]胡国兵.水泥、水玻璃浆液在锦屏工程涌水封堵中的应用[J].人民长江，2009（21）：32-34.

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