水閘混凝土閘墩裂縫成因及處理措施

李 建

（盤錦海陸土木工程有限公司，遼寧 盤錦 124010）

0 引言

水閘修建過程中，閘墩部位容易出現(xiàn)裂縫問題，不找出原因，若處理措施不當(dāng)，將給工程帶來極大安全隱患，本文結(jié)合雙臺(tái)子河閘樞紐工程，對(duì)施工過程中出現(xiàn)的閘墩裂縫問題進(jìn)行全面分析，采取合理處理措施，對(duì)處理結(jié)果進(jìn)行工程質(zhì)量檢測(cè)[1～6]。

1 工程概況及裂縫情況

1.1 建設(shè)背景

雙臺(tái)子河閘樞紐工程位于盤錦市雙臺(tái)子區(qū)東郊，閘址距河口57.3 km，盤錦城市防洪工程竣工后，其安全泄量為6800 m3/s，而雙臺(tái)子河閘的設(shè)計(jì)泄流能力僅3000 m3/s，低于上游防洪標(biāo)準(zhǔn)，過流能力嚴(yán)重不足而成為遼河入海的卡口。

1.2 工程概況

雙臺(tái)子河閘除險(xiǎn)加固工程新建共19個(gè)閘墩，墩長14 m，寬3 m（縫墩8個(gè)）、寬2 m（中墩9個(gè)、邊墩2個(gè)），高8.08 m。閘墩于2014年9月份開始施工，11月份施工完畢。混凝土采用常態(tài)、三級(jí)配。

1.3 閘墩裂縫情況

從以下方面入手對(duì)裂縫的產(chǎn)生原因機(jī)理進(jìn)行分析：①設(shè)閘墩澆筑時(shí)間為9月25日至11月13日，盤錦地區(qū)正式處于大風(fēng)干燥天氣，因此在混凝土澆筑完3天～5天拆模后，立即采取用土工布包裹養(yǎng)護(hù)和越冬的措施，發(fā)現(xiàn)裂縫是在第二年3月份拆掉土工布后；在新建的19個(gè)閘墩中，有一個(gè)閘墩未見明顯裂縫，其余18個(gè)閘墩均發(fā)現(xiàn)裂縫，共41條裂縫，總長度161.29 m，平均裂縫長度3.94 m，平均裂縫寬度0.19 mm。

2 裂縫主要原因分析

2.1 閘墩抗壓強(qiáng)度檢測(cè)

采用回彈法檢測(cè)閘墩混凝土強(qiáng)度，共檢測(cè)四個(gè)閘墩，分別為4號(hào)、10號(hào)、16號(hào)及19號(hào)，檢測(cè)結(jié)果為最低43.4 MPa，最高59.4 MPa。

根通過檢測(cè)結(jié)果顯示強(qiáng)度可能存在偏高現(xiàn)象。混凝土強(qiáng)度偏高會(huì)導(dǎo)致水化熱過大，容易產(chǎn)生裂縫。

2.2 裂縫原因分析

①設(shè)計(jì)方面：抗裂驗(yàn)算、裂縫寬度驗(yàn)算、裂縫等級(jí)、混凝土分縫影響；②施工單位：入場原材料、混凝土配合比、施工工藝、施工溫度、缺陷處理、工藝試驗(yàn)、施工監(jiān)測(cè)、日常養(yǎng)生等方面進(jìn)行檢查；③監(jiān)理單位：對(duì)原材料、施工工藝進(jìn)行旁站、質(zhì)量控制；④混凝土自身化學(xué)反應(yīng)、內(nèi)外溫差、體積收縮等因素[7]。

根據(jù)本工程施工情況，對(duì)造成裂縫的主要原因分析如下：

1）閘墩內(nèi)外溫差大：大體積混凝土澆筑過程中內(nèi)部溫度較高一些，外部溫度較低一些，形成內(nèi)外溫差，直接與空氣接觸使外部混凝土散熱快于內(nèi)部混凝土，造成混凝土內(nèi)部外部變形不均勻，到達(dá)一定極限便產(chǎn)生了裂縫[8]。

本工程因?yàn)榍捌诟鞣N因素制約，閘墩施工時(shí)段被調(diào)整在9月末至11月中旬。這段時(shí)間晝夜溫差較大，混凝土澆筑后受到晝夜溫差較大的影響刺激以及養(yǎng)護(hù)的不到位，進(jìn)一步加劇內(nèi)部混凝土與外部混凝土應(yīng)力效應(yīng)，很容易引起裂縫。

2）底板約束：閘墩在高度、寬度、及水流方向可產(chǎn)生伸縮，其中只有在水流方向上受到底板的約束影響，伸縮受較大控制，由于不同部位澆筑時(shí)間不同，容易產(chǎn)生高度方向上的裂縫，這是底板約束作用的結(jié)果，初步分析裂縫開裂由最大寬度范圍內(nèi)向上、下兩側(cè)延伸。閘墩高度8 m，裂縫長度1.70 m～5.70 m，本工程底板澆筑基本超過28天后才進(jìn)行的閘墩混凝土澆筑[9]。

3）混凝土干縮：由于盤錦獨(dú)特的地理?xiàng)l件，位于濱海平原地區(qū)。多西南風(fēng)，每年平均風(fēng)速為4.5 m/s，最大風(fēng)速是1976年4月19日為25.7 m/s。恰巧本工程施工時(shí)段正處于大風(fēng)、干燥季節(jié)，對(duì)薄壁結(jié)構(gòu)形式的閘墩影響深度較大，并且晝夜溫差大，都會(huì)造成混凝土的干縮，形成裂縫；另外混凝土在施工過程中的配合比，是影響其干縮的另一因素：水泥用量、水灰比大小與混凝土干縮成正比，骨料級(jí)配、密度與混凝土的干縮成反比，所以在施工過程中在混凝土配合比過程中，要注意選擇各個(gè)影響因子，減小混凝土干縮。在本工程施工過程中，配合比采用三級(jí)配和摻粉煤灰和高效減水劑減少水泥用量、降低水化熱的做法對(duì)預(yù)防混凝土干縮是有利的。

4）自生體積變形：水泥熟料與水接觸水化時(shí)產(chǎn)生熱量，消耗水分；另一方面當(dāng)水泥中的水量不足時(shí)，在自干燥作用下混凝土體積會(huì)縮小，在這種情況下，混凝土的自身收縮同溫度收縮疊加在一起，就會(huì)使表面拉應(yīng)力增大，產(chǎn)生裂縫[10]。

2.3 未出現(xiàn)裂縫閘墩情況分析

8號(hào)閘墩是19個(gè)閘墩中唯一沒有發(fā)現(xiàn)裂縫的，其澆筑時(shí)間從10月13日晚8點(diǎn)至14日下午4點(diǎn)47分，澆筑時(shí)間20小時(shí)左右，平均澆筑速度為10 m3/h。澆筑速度較均勻，當(dāng)日最高氣溫16℃～10℃，晝夜溫差不大，而且溫度也不高。其試塊28天強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果為39 MPa，塌落度5 cm～7 cm。這個(gè)閘墩施工過程與其他閘墩區(qū)別只有當(dāng)天氣溫和這個(gè)閘墩開倉時(shí)間較晚，其他施工工藝及過程完全相同，由此判斷沒有出現(xiàn)裂縫的原因可能是和當(dāng)天溫差不大和氣溫不高有關(guān)。

4 處理措施

在裂縫處理之前進(jìn)行試驗(yàn)，確定灌漿材料配比及驗(yàn)證方案是否可行，主要對(duì)灌漿材料的配比、灌漿溫度（材料溫度和環(huán)境溫度）、表面封閉、施工過程資料及檢測(cè)等方面進(jìn)行分析和總結(jié)，經(jīng)過試驗(yàn)確定各項(xiàng)參數(shù)。

4.1 化學(xué)灌漿

首先對(duì)灌漿進(jìn)行試驗(yàn)(試驗(yàn)：2015年5月20至5月21日)，確定環(huán)氧樹脂和稀釋劑的比例為1∶1較為合適，縫隙的可灌入度較好。稀釋劑添加量小于1時(shí)粘度較大，大于1時(shí)漿液過于稀；固化劑主要是控制漿液凝固時(shí)間，固化劑參量為3%～5%。

4.2 各項(xiàng)參數(shù)及操作要求

采用水溶性聚氨酯或改性環(huán)氧樹脂對(duì)閘墩裂縫進(jìn)行化學(xué)灌漿處理。灌漿前先對(duì)縫面進(jìn)行清理，騎縫每0.3 m～0.5 m鉆Ф30 mm的孔，采用環(huán)氧膠泥進(jìn)行封縫。注漿壓力為0.4 MPa，待相臨孔排出濃漿時(shí)，將該孔扎管，逐孔進(jìn)行，至該縫最后一孔灌漿結(jié)束。

材料：a.環(huán)氧樹脂：E 型環(huán)氧樹脂；b.稀釋劑：二甲苯；c.固化劑。

①灌漿設(shè)備

裂縫灌漿儀器：電動(dòng)高壓注漿機(jī)（DH-512）兩臺(tái)，另外一臺(tái)備用，空壓機(jī)一臺(tái)、沖擊鉆一臺(tái)；灌漿泵安設(shè)最大壓力為7MPa的壓力表，壓力表與管路之間設(shè)置隔漿裝置；灌漿結(jié)束后及時(shí)對(duì)灌漿設(shè)備及管路進(jìn)行清洗，防止堵塞。

②灌漿準(zhǔn)備

a.編號(hào)：

對(duì)所要進(jìn)行處理的閘墩裂縫進(jìn)行逐一編號(hào)。

b.縫面清理及封縫：

灌漿之前對(duì)縫面進(jìn)行清理，清理后對(duì)裂縫表面進(jìn)行封閉，封閉材料速凝后滿足灌漿壓力要求，防止灌漿外溢。

c.布孔及鉆孔（鉆孔：5月20日至5月25日）：

用沖擊鉆鉆斜孔（直徑14 mm，深300 mm），以10°～20°的角度在裂縫兩側(cè)約50 mm～60 mm鉆進(jìn)并貫穿裂縫；孔距沿平行縫隙方向250 mm，盡量減少廢孔以避開鉆到鋼筋，如果在施工過程中鉆到鋼筋，應(yīng)以現(xiàn)場實(shí)際情況調(diào)整孔位，裂縫墩子均在裂縫兩側(cè)打孔。

③清孔

用空壓機(jī)進(jìn)行清洗，把孔內(nèi)雜物沖洗干凈。

④配比

環(huán)氧樹脂：稀釋劑：固化劑比例為1∶1∶0.2。

⑤溫度控制

用溫度計(jì)監(jiān)測(cè)漿液現(xiàn)場環(huán)境及灌漿溫度，使現(xiàn)場溫度及施工溫度均控制在25℃以下即可。

⑥灌漿壓力

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

⑦結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

灌注孔相鄰的孔冒漿，即可進(jìn)行一下孔灌漿，或穩(wěn)壓數(shù)值保持在1 MPa。

⑧表面處理

灌漿漿液及裂縫口封閉材料全部凝固后，將封縫表面處理平整，拆除灌漿管，對(duì)灌漿管口進(jìn)行封閉、修補(bǔ)（2015年5月31日至6月5日）。

4.3 結(jié)果

灌漿施工日期2015年5月20日至6月5日，根據(jù)對(duì)灌漿材料的配比、灌漿溫度（材料溫度和環(huán)境溫度）、表面封閉、施工過程資料及檢測(cè)等方面進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)過程如下：采用壓水試驗(yàn)和取芯檢查法的辦法。灌漿施工完成7天后鉆進(jìn)檢查孔，壓水試驗(yàn)其壓力宜采用0.3 MPa，并穩(wěn)壓10 min～20 min結(jié)束，平均透水率小于0.1 Lu為合格標(biāo)準(zhǔn)。取芯檢查法按照壓水試驗(yàn)檢查孔數(shù)量的50%取芯，芯樣劈拉試驗(yàn)平均抗拉強(qiáng)度均大于1.5 MPa。通過檢測(cè)結(jié)果，灌漿效果可以達(dá)到防止河水通過裂縫對(duì)鋼筋產(chǎn)生銹蝕的目的，達(dá)到預(yù)期效果。

5 結(jié)語

水閘閘墩混凝土在施工前，對(duì)可能產(chǎn)生裂縫的因素加以重視并采取相應(yīng)防治措施，避免施工后混凝土裂縫的出現(xiàn)，保證工程順利施工、安全運(yùn)行。類似工程可參考，推動(dòng)水利事業(yè)發(fā)展。