澡港水利樞紐擋土墻結構裂縫修補效果分析

陳 娟 吳文平 邵春樓 馮建榮 陳 鋒

常州市澡港水利樞紐是太湖治理骨干工程中武澄錫低片治理的主要工程項目之一，位于江蘇省常州市沿江引排骨干河道澡港河的入江口。工程于1998年11月開始興建，2002年6月竣工，具有防洪、排澇、抗旱、航運、水環境保護等多種功能。樞紐包括節制閘、泵站和船閘等建筑物，呈三位一體布置，其中節制閘為單孔凈寬16m，設計流量100 m3/s；引排兩用水泵機組2臺套，設計流量40m3/s；五級通航船閘一座，設計標準為190m×12（16）m×2.5m；設戶內變電所一個。工程可抗御長江100年一遇洪水，使得武澄錫地區西部的除澇標準達到20年一遇，年均可自流引水4億m3，可灌溉10萬畝。

一、裂縫概況

2013年6月9日，澡港水利樞紐節制閘、船閘經過江蘇省水利廳組織的安全鑒定，定為二類水閘，其中混凝土結構表面有較多裂縫是工程存在的主要問題之一。經過十余年的運行，澡港水利樞紐船閘閘室墻及翼墻、岸墻等擋土墻結構表面出現了裂縫，一些裂縫已經滲水流土。船閘的閘室墻等主要建筑物級別為2級，翼墻等次要建筑物為3級。閘室墻等擋土墻作為澡港水利樞紐的重要組成部分，出現如此多的裂縫，將嚴重影響到水利樞紐的正常使用。

澡港水利樞紐擋土墻為護壁式結構，墻體為C25混凝土，底板頂面高程為-0.7m（吳淞基面，下同），墻后填土高7.5m，為粉質粘土、重粉質壤土及砂壤土等。

二、裂縫現狀調查

船閘閘室墻有較多豎向裂縫，其中東側閘墻有21條，縫寬為0.10～0.35mm；西側閘墻有 17條，縫寬為0.10～0.50mm，大部分裂縫均從墻頂延伸至水面，部分裂縫向外滲水。

船閘內河側東翼墻有2條的豎向裂縫，縫寬均為0.10mm，縫長0.6～1.5m。內河側西翼墻共有5條裂縫，縫長 1～1.5m，縫寬為 0.15～0.30mm。

節制閘內河側護岸擋土墻存在30條豎向裂縫，大部分裂縫長度在1.5m左右，裂縫寬度約0.15mm。

通過現狀調查，可以看出裂縫基本為豎向裂縫，長度不是很長，但一些裂縫縫寬較大，部分裂縫向外滲水。

三、裂縫原因分析

1.荷載作用

考慮到澡港水利樞紐擋土墻，根據環境條件類別為三級構件，即允許出現裂縫的構件，按荷載效應的短期組合和長期組合兩種情況分別進行計算，最大裂縫寬度計算不應超過允許值。

澡港水利樞紐擋土墻立板配筋為：C14@30，Ag=5.13cm2＞3.3cm2，滿足強度要求；Mmax=2.4t·m＜5.6t·m，滿足抗裂要求；Wmax=0.16mm＜[Wmax]=0.20mm，最大裂縫開展寬度滿足要求。經復核計算，閘室墻、翼墻沿基底面滑動穩定，在正常運用、檢修工況及遇設防地震工況下的抗滑穩定高于規范限值，應力不均勻系數和墻底應力均低于允許值，閘室墻抗滑、抗震穩定滿足要求。因此可排除因荷載作用而引起擋土墻裂縫。

2.非荷載作用

（1）基礎不均勻沉降

澡港水利樞紐共布設了38個沉降觀測點，自工程建設至管理期間的觀測一直按規范開展，早在2007年沉降就基本穩定，樞紐基礎沉降已達到《建筑變形測量規范》（JGJ8-2009）規定的穩定標準（沉降速率小于0.01～0.04mm/d），表明樞紐垂直沉降已趨于穩定，擋土墻的沉降也基本均勻并趨于穩定，可排除因基礎不均勻沉降而引起擋土墻裂縫。

（2）鋼筋銹蝕

鋼筋生銹過程實際上是電化學反應過程，其生成物鐵銹的體積大于原鋼筋體積，就導致混凝土表面形成順筋裂縫。經過現場檢測發現，澡港水利樞紐擋土墻結構碳化深度平均12mm，最大值為18mm，鋼筋保護層厚度均在40mm以上，鋼筋未銹蝕。

（3）溫度變化

混凝土構件隨著溫度的變化而產生變形，即熱脹冷縮。當變形收到約束時就會產生裂縫，實用的處理辦法是撤去約束，允許自由地產生變形。澡港水利樞紐擋土墻每隔10～20m均設置伸縮縫和填料，允許擋土墻變形，但是總歸還是會對混凝土結構的變形產生一些制約，導致裂縫出現。

（4）混凝土收縮

混凝土在空氣中結硬時體積會收縮，產生收縮變形。收縮所引起的大多是表面裂縫，并隨著時間變化而增長，初期發展較快。三個月后增長緩慢，一般兩年后趨于穩定。防止和減少收縮裂縫的措施包括合理設置伸縮縫等。混凝土澆筑過程中必然會產生水化熱，澆筑完成后必然會收縮，雖然設置了伸縮縫，但是總歸還是會對混凝土結構的變形產生一些制約，從而形成裂縫。

澡港水利樞紐混凝土構件，從1999年9月開始澆筑，到2000年6月基本澆筑完成，直至2001年4月25日才開壩放水。澡港水利樞紐混凝土外感質量較好，平均強度已達30.4MPa，達到優良標準。但早期澆筑的混凝土，在2000年3月就發現在邊界約束處出現了裂縫，當墻后回填土回填至3.5m以上時，裂縫增多，部分裂縫已貫穿滲水。經參建各方研究認為裂縫原因是混凝土收縮而引起的溫度縫，確定了修補方案：對縫寬小于0.2mm的裂縫，考慮到澡港河水質較差，不滲水的采用環氧砂漿作表面封閉，滲水的采用丙凝漿液灌漿；縫寬大于等于0.2mm裂縫，采用環氧漿液灌漿。裂縫修補完成通過驗收才開壩放水。

澡港水利樞紐工程實施完成后，在管理過程中，經過多次觀測發現原先修補過的裂縫基本沒有擴展，現有的裂縫主要在擋土墻結構常水位以上部位，其原因仍然是混凝土收縮和溫度變化引起的。

四、裂縫修補

為確保樞紐安全運行，對裂縫進行修補十分必要。本著輕重緩急的原則，先修補縫寬在0.2mm（最大裂縫開展寬度）及以上的裂縫，對于縫寬在0.2mm以下的裂縫將在后期混凝土碳化處理中加以解決。

根據《混凝土結構加固設計規范》（GB50367-2006）第14.1.4條中第三種方法：壓力注漿法進行修補，即在一定時間內以較高的壓力將修補漿液注入裂縫腔內。

表1 聚氨酯材料主要技術指標表

考慮到水位變化、水質較差等因素，采用油溶性聚氨酯灌漿材料，代號OPU。C25擋土墻現有混凝土強度為27.5MPa，因此選用相對高強度的聚氨酯材料，其主要技術指標見表1。

裂縫的修補步驟如下：

（1）將船艇安全停靠至裂縫修補處，對裂縫周圍進行清理；（2）在裂縫位置開鑿30mm×30mm的施工槽口，用剛性封堵材料對施工槽進行封堵；（3）根據裂縫走向，按250～300 mm間距鉆注漿孔，孔徑Φ14mm，深度大于150mm，注漿孔必須斜穿裂縫；（4）植入150～180mm的注漿釘，注入油溶性聚氨酯材料，直至混凝土表面微微滲出漿液；（5）注漿24h后檢查，有隱蔽滲水縫繼續注漿加固；（6）注漿后36h拆除外露注漿釘，封堵洞口，施工面用環氧砂漿進行封底防腐處理。

2013年7月初裂縫修補完成后，經觀測，沒有發現修補處滲水等現象，修補效果良好。

五、結語

水工混凝土裂縫是常見的病害。發現裂縫后，管理單位要規范觀測，分析裂縫形成原因、對癥修補。澡港水利樞紐擋土墻混凝土結構出現裂縫后，分析認為裂縫是因混凝土收縮和溫度變化引起的，按規范要求采用壓力注漿法，選用高強度聚氨酯材料進行灌漿修補，取得了良好的修補效果，值得類似裂縫修補時借鑒