丙乳砂浆裂缝处理在山东东平湖石洼分洪闸除险加固工程中的应用

张 亮

（山东黄河河务局工程建设中心，山东 济南 250011）

山东黄河沿黄存在着众多的引水闸、分洪闸等涵闸建筑物，经过多年运行，在过闸水流的冲蚀、自然碳化以及其他因素的作用下，混凝土结构的表面陆续出现一些病害，具体表现为表面老化、混凝土麻面、剥落、裂缝等。上述病害对沿黄涵闸等众多建筑物的安全平稳运行造成了不利的影响，对建筑物的正常使用寿命也带来了不利的影响。因此，对水工建筑物混凝土表面病害开展研究，分析病害出现原因，针对病害的类型，选择适合的修复方法及材料是十分必要的。本文首先对水工建筑物混凝土病害中裂缝的成因进行概述，之后对国内常用的几种修复方法与材料进行介绍，最后就丙乳砂浆修复材料在山东东平湖石洼分洪闸除险加固工程施工中的应用进行介绍。

1 裂缝的成因及类型

1.1 常见类型

裂缝作为影响水工混凝土建筑物耐久性的重要因素，按照裂缝产生的时间通常可以分为施工期裂缝、运行期裂缝；按照发生的原因可以分为施工产生的裂缝、变形裂缝、荷载裂缝。

1.2 裂缝的成因

裂缝的成因主要包括以下：（1）混凝土施工浇筑过程中，热量通过水泥的水化反应释放出来，由于混凝土内部与外部的温度不一致，形成温度差，在混凝土内部产生了温度应力。当产生的拉应力超过混凝土的抗拉强度时，在混凝土表面产生了裂缝；（2）混凝土结构在收到外部约束力的作用下，由于混凝土拌合物在硬化后的体积与之前的体积相比较，变小收缩。由于收缩受到约束的影响，进而产生了收缩应力。此时，如若混凝土的抗拉强度小于产生的收缩力时形成裂缝；（3）建筑物基础的不均匀沉陷。由于在开始工作时，没有对建筑物的基础进行详细的勘察，再加之实际实施过程中遇到了软弱破碎层，对其应对处理的措施可能不太妥当。导致工程建设完成之后，由于建筑物的荷载情况发生变化，产生了不均匀沉降，造成了建筑物的裂缝；（4）建筑物结构及分缝处理不合理。水工建筑物的各类结构通过协调组合发挥作用。设计时如果结构选择不恰当，会在建筑物中产生应力集中区，裂缝容易产生；（5）施工产生的裂缝。早期由于施工单位施工工艺、人员素质、施工机械及质量管控体系等原因，导致产生混凝土裂缝；（4）工程运行期间，混凝土结构由于不均匀沉陷或者承受过载产生裂缝。

2 水工混凝土建筑物裂缝修复材料

国内各大专院校、科研机构及工程施工、管理单位的科技工作人员对混凝土裂缝的修复材料、修补工艺进行了诸多研究。根据修复材料的材质类型，修复加固材料可以分为无机类、有机类、复合材料三大类。

2.1 无机类加固材料

无机类加固材料以水泥基类材料为代表。水泥基材料呈粉末状灰色，通常用硅酸盐水泥作为基料，添加硅砂和几种具有特殊活性的化学物质。其作为一种无机类加固材料，主要适用于改善混凝土结构表面的防渗能力。通常的工程运用中，也可以在大面积的涂刷中运用。主要有普通混凝土、普通砂浆、干拌砂浆、纤维混凝土、专用修补砂浆、低坍落度混凝土、磷酸镁混凝土和砂浆、喷射混凝土、补偿收缩混凝土等。水泥基质材料在实际运用中呈现出易于施工、适宜性强、强度高等特点。考虑到其需要较长时间的养护，抢险抢护应急工程一般不采用。

2.2 有机加固材料

有机加固材料常见的有聚氨酯材料、聚脲材料、环氧材料和丙烯酸盐材料等。

（1）聚氨酯材料有涂膜材料、嵌缝类材料和灌浆类材料。作为一种柔性材料，其具有易于施工的特点，同时考虑到抗紫外线性能较弱的特性，通常在大面积防渗涂刷中运用，建筑物洞室内的防渗处理也可以采用。灌浆类聚氨酯材料可简单分为水溶性和油溶性两大类，其与水反应后形成不溶于水且具有一定弹性或强度的固结体，是一种快速高效的防渗堵漏材料。

（2）环氧类材料。作为常用的步枪加固材料，从使用方向的角度来考虑，可以将环氧类材料分为环氧涂料、环氧胶泥、环氧植筋胶、环氧砂浆、环氧混凝土和环氧灌浆材料几大类。在对混凝土表面抗磨保护处理和不平整气泡、麻面等缺陷处理时，可以采用环氧涂料、环氧胶泥，也可用于混凝土结构补强处理。

（3）复合材料。在实际施工过程中，也可以通过将不同类型的材料采用物理的方法混合使用，形成一种或多种复合材料，力求在产品的经济实用性方面或者是在产品的力学特性方面达到一定的目的。常见的如居聚氨酯与环氧树脂复合而成的灌浆材料，可同时保持聚氨酯堵水性能优良和环氧树脂黏结强度高的优点。

3 水工混凝土建筑物裂缝修复方法

首先对裂缝的危害进行评价，确定补强处理标准和补强处理方案。在进行裂缝评估时，首先对现场裂缝的几何尺寸指标进行测量，例如裂缝的宽度、深度等指标。其次，根据上述指标，对裂缝的危害性进行初步判断，判断方向分为实时性危害、非实质性危害。之后，再结合现场实际情况作出判断、得出评估结论。常见的水工混凝土裂缝修复方法有表面修补法、高压灌浆法和填充法。

3.1 表面修补法

该方法适用于对承载力没有影响的表面裂缝和深进裂缝的处理，也可用于大面积防渗堵漏处理。通常采用的表面修补材料有弹性涂膜防水材料、渗透型防水剂及聚合物水泥膏等。

3.2 高压灌浆法

该方法适用于对结构整体性能有影响或者有防水要求的裂缝修补。通常根据裂缝的性质、宽度及现场施工条件选用水泥灌浆或者化学灌浆。目前国内普遍应用的是聚氨酯浆材和环氧树脂浆材。

3.3 填充法

该方法适用于较大的裂缝及接缝处的修补。根据裂缝的类型不同，通常选用弹性树脂砂浆、水泥砂浆和聚合物水泥砂浆等。

4 工程应用案例

4.1 工程概况

山东东平湖石洼分洪闸位于山东省泰安市东平县戴庙乡，临黄堤右岸大堤桩号 337+795~338+192 处，工程始建于1967 年，1976 ~1978 年进行了改建。石洼分洪闸为东平湖新湖区唯一分洪闸，其主要任务是当黄河上游发生较大洪水时，配合老湖区各进湖闸分水入湖消减河道洪量，控制艾山站下泄流量不超过10000m3/s，确保济南市、津浦铁路、胜利油田及艾山以下黄河两岸广大地区的防洪安全，工程作用极为重要。工程运行近50年后，由于河床抬高，且原闸设计标准偏低，石洼闸在运行过程中出现止水拉裂，胸墙有不规则裂缝，电气及金属结构老化等问题。

2009年4月27日，黄河水利委员会在泰安组织召开了山东东平湖石洼分洪闸安全鉴定会议，形成鉴定结论如下：鉴于该闸存在机架桥排架、交通桥桥面板在设计工况下结构强度不满足要求，桩基复核老桩配筋不满足要求，累积最大沉降量和最大沉降差不满足要求，海漫长度不满足规范要求，闸墩混凝土出现冻融损坏，启闭设备超出使用折旧年限不能 保证正常运用，电气设备老化等问题，该闸评定为三类闸。

2011年5月，水利部安全鉴定核查组对本闸安全鉴定进行了核查，核查意见认为：本工程安全鉴定成果包括安全鉴定报告书、工程现状调查分析报告、现场安全检测报告、工程复核计算分析报告、水闸安全评价总报告。其成果反映了水闸存在的主要问题，并提出了除险加固措施的建议。核查认为三类闸的鉴定结论是准确的。石洼分洪闸工程存在的诸多问题将直接威胁着该闸的安全和稳定。直接影响着下游人民群众的生命财产安全，对该闸进行除险加固是十分必要的，也是非常迫切的.

2017年1月23日，水利部以《水利部关于山东东平湖石洼分洪闸除险加固工程初步设计报告的批复》（水规计〔2017〕57号）对工程进行了批复，对石洼分洪闸进行除险加固，其中对闸墩、底板混凝土表面裂缝及老化病害处理。

4.2 闸墩、底板混凝土病害情况统计

经过现场对石洼闸闸墩、底板混凝土结构表面出

现的裂缝进行调查后得知，各部位均出现不同程度的裂缝，总长合计37.60m，详见表1~表2。

表1 石洼闸闸墩混凝土结构病害情况统计表

表2 石洼闸闸底板混凝土结构病害情况统计表

4.3 修补方法的确定

水闸闸墩及闸底板混凝土表面的麻面和脱落，属于冻融剥蚀及碳化老化，采取的修补方法为“凿旧补新”，即清除受到剥蚀作用损伤的老混凝土，浇筑或涂抹满足特定耐久性要求的修补材料。“凿旧补新”的工艺为：清除损伤的老混凝土→修补体与老混凝土接合面地处理→修补材料的浇筑→闸墩及闸底板表层整体防护。在修补裂缝的基础上，对底板及闸墩混凝土表面因冻融破坏引起的剥落、麻面，以及上部混凝土碳化老化问题，加固措施为凿除原混凝土部分保护层至混凝土结构新鲜表面，然后利用丙乳砂浆进行填补。保护层凿除范围为整个闸底板及闸墩表面；凿除厚度分两个部分，闸底板以及闸墩底部（42.79m高程以下），表层混凝土冻融破坏较为严重，保护层凿除厚度为3.0cm；闸墩上部（42.79m高程以上）主要为表层碳化，混凝土保护层凿除厚度为1.5cm。

修复补强处理步骤：a.裂缝处理，首先洒水，对整个操作面湿润，达到饱和水，没有明水，然后用丙乳砂浆对裂缝进行填充、抹平；b.蜂窝麻面，洒水湿润操作面，达到饱和水但没有明水，然后采用补强材料做成的封堵胶泥对蜂窝麻面进行填补并抹平；c.整个闸墩及底板表面进行防护处理，洒水湿润操作面，达到饱和水没有明水，然后对整个闸墩面抹1.5~3.0cm丙乳砂浆对整个闸墩进行整体防护；d.养护，对整个表面进行喷水养护 3~7d。实施完成后经检测各项指标均满足设计要求。

5 结语

东平湖石洼分洪闸除险加固工程2018年6月施工完成，顺利通过竣工验收，经过四年多来的运行，实施效果良好。丙乳砂浆在山东东平湖石洼闸除险加固工程中的成功运用，为山东黄河涵闸今后类似的工程中裂缝处理提供了有益的参考。