高壓深水下圍堰裂縫及其處理方案分析

韋丘德　李勤武

作者簡介：

韋丘德（1988—），碩士，工程師，研究方向：交通工程質量檢測;

李勤武（1994—），碩士，工程師，研究方向：交通工程質量檢測。

摘要：文章結合廣西某橋梁圍堰基樁施工實例，分析了該橋梁圍堰出現涌水裂縫的原因和修補難點，比選出有利的修補處理方案，并介紹了工藝實施要點與修補效果，可為類似工程提供參考。

關鍵詞：涌水裂縫;高壓深水;鉆孔灌漿;承載力檢測

中國分類號：U443.16+2A341253

0 引言

在現代化的水利、水電站大壩、水庫和橋梁建設中，混凝土結構是不可或缺的，而裂縫作為混凝土結構的一種病害，是一個廣受關注的研究課題。混凝土結構產生裂縫大致受工程設計、材料本身、外界環境和施工工藝等因素的影響[1]。我國對混凝土結構裂縫處理技術在水利、水電站大壩、水庫和橋梁等方面的應用研究取得了很大的成果[2-5]。本文分析了廣西某橋梁圍堰出現涌水裂縫的原因和修補難點，針對實際情況比選出有利的修補處置方案，達到了預期效果，為類似工程裂縫修補加固提供了技術參考。

1 工程簡介

廣西某橋梁為連續鋼構橋，設計橋長為588.02 m、橋寬為25.5 m。其中3#、4#墩承臺設置在河床以下，采用雙壁無底鋼套箱圍堰，圍堰封水底板設計使用C30混凝土材料，底板厚度為2.0 m。基樁側面淺部采用鋼護筒護壁，鋼護筒與圍堰底板未采用鋼材料進行焊接，地基淺部為透水性卵石層，水面距離圍堰底板13 m左右。在橋梁基樁施工完畢后，圍堰內的一根基樁被參建單位和質監部門抽選做基樁承載力檢測。在檢測力值剛好加載至規范驗收基樁承載力（33 644 kN）時，圍堰底板和基樁側面脫開而產生了裂縫，在圍堰外側13 m高差水壓的作用下，裂縫進一步張開，導致圍堰外側河水和少量泥沙通過其底部透水性卵石層和該裂縫涌入圍堰內。因此，該事故導致了檢測工作的中斷，并極大地影響了下一步墩柱的施工進度。為了趕在汛期前完成下構的施工，需要盡快對裂縫進行修補加固處理。

2 裂縫特點、產生原因及修補難點分析

2.1 裂縫的特點

根據潛水員反映情況可知，在圍堰底板靠近基樁側面處有多條涌水裂縫，寬度為0.5～3 cm，最長約為60 cm。從圍堰底板涌水的情況可知，這些裂縫為貫穿性張拉裂縫，主要產生在混凝土與鋼護筒之間，而裂縫是否在樁側周圍全部發育有待檢驗。

2.2 裂縫產生原因分析

根據設計圖紙分析可知，產生裂縫的主要原因有：（1）基樁和圍堰底板之間缺少應有的固定結構，鋼護筒與混凝土兩種介質之間的結合力比較小;（2）基樁與樁周巖土的摩阻力比實際勘察資料提供的經驗值要小。

2.3 裂縫修補難點分析

根據質監部門要求，在完成裂縫修補后還需要對該樁的承載力繼續進行檢測。因此，修補該裂縫不僅需要保證不出現二次嚴重滲漏，還需要確保修補后圍堰底板和基樁之間的摩阻力要比檢測時該部位承擔相應的力值>1.2倍。

同時，該圍堰內壁寬度為8.9 m，基樁側面距離圍堰邊最近有1.0 m。該段流域水流速度較快，涌水后圍堰內外的水面已經平衡，水面距離圍堰底部約為10 m。河床底下主要為卵石層，因此，裂縫處于深水環境下，裂縫內會含有泥沙，裂縫也比較寬，如果圍堰內外的水壓不一致，將會造成裂縫進一步擴大，而且在圍巖上搭設機械平臺也比較困難。

3 裂縫修補方案比選

針對該圍堰內裂縫處理的原則是以堵漏為主，并考慮補強加固基樁和圍堰之間的阻力，以避免二次處理。同時，要選擇適當的受力（宜控制在0.7 MPa以內）以減少對圍堰底板的作用，避免裂縫進一步擴大。

修補混凝土裂縫的方法主要根據混凝土結構功能的要求、開裂原因、裂縫結構和環境因素等確定，常見的修補方法主要有填充法、表面處理法、結構加固法、灌漿法[6]等。這四種方法均屬于裂縫全面修復的技術，而填充法和表面處理法是針對淺部寬度較小的裂縫，當結構裂縫寬度>1 mm，發展較深，甚至是貫穿性發展時，則更適合采用結構加固法和灌漿法。

根據本工程裂縫的特點，對結構加固法和灌漿法進行綜合比選（見表1）。

由表1可知，這兩種方法各具優缺點，都能夠解決涌水裂縫并且不影響圍堰長期使用。綜合考慮對后期施工的影響以及整體修補質量，擬選采用灌漿法。

修補裂縫的灌漿材料主要以有機高聚合物為主。目前市場上高分子聚合物材料主要有環氧樹脂、硅酸鈉（水玻璃）、有機硅、丙烯酸樹脂、聚氨酯等。在水下進行修補，要求灌漿材料不能完全溶于水但又必須具備一定的親水性[7]，且必須具有抗分散性、流動性、凝結時間可以調節的特點。LW水溶性聚氨酯具有彈性止水和以水止水的功能，對水質適應性比較強;水泥水玻璃漿液的凝膠時間可以任意調節，并且結石率高、結石強度高[8]。因此，選擇LW水溶性聚氨酯作為止水材料，選擇水泥水玻璃漿液作為加固材料。

布置鉆孔原則：

（1）可以適當破壞鋼護筒（不承載橋梁荷載作用）露出基樁混凝土面以增加圍堰底板混凝土和基樁之間的粘合力。

（2）盡量減少鉆孔數量，以滿足堵水和加固為主要原則。

4 工藝實施

（1）止水：在裂縫位置靠近基樁側面布置2～3個豎向鉆孔，深度至圍堰底板厚度的2/3，將圍堰底板和基樁接觸的底面裂縫封住，灌漿壓力為0.5～0.6 MPa。因為圍堰底板已經漏水，因此漿液必須加入絮凝劑加快其凝固時間，并間歇性進行灌漿。在灌漿過程中發生串漿時可同時在幾個孔內進行灌漿。以吸漿率<0.03 L/min作為停止灌漿標準。

（2）加固圍堰底板和基樁側面阻力：待上述灌漿材料凝結并且達到最終強度后，布置4～5個斜向鉆孔，均勻分布于基樁周圍，深度至圍堰底板厚度的1/2處與基樁側面相交，灌漿壓力為0.4 MPa。以吸漿率<0.2 L/min作為停止灌漿標準。

（3）檢查灌漿效果質量：完成灌漿7 d后，在騎縫處淺部鉆取一組芯樣（試件尺寸為直徑70 mm，長70 mm）至室內做抗壓試驗，達到強度≥25 MPa后才開始抽干圍堰內的水。

在經過灌漿處理和試件達到強度要求后，將圍堰內的水慢慢抽出直到抽干，圍堰底板的涌水或滲水狀況已經消失。最后在檢測承載力達到33 644 kN（±15 kN）情況下，均未出現裂縫繼續發展異常。這表明裂縫修補效果顯著，達到了預期的目的，為類似的漏水裂縫修補設計提供了資料參考。

5 結語

（1）由本工程圍堰裂縫產生的原因分析可知，基樁本身的承載力與基樁和圍堰底板結構之間的阻力應當分別考慮，在進行驗算滿足條件后方可進行承載力檢測，否則應進行加固。

（2）文中基樁與圍堰封水底板深處裂縫空隙是比較復雜的，對漏水裂縫進行修補處理時，需要分析裂縫的特點和所處的環境后再“對癥下藥”。本文考慮了基樁與圍堰封水底板的整體加固，而不僅只針對表面裂縫的位置進行修補，取得了預期的修補效果。

參考文獻：

[1]楊長輝，王 川，吳 芳.混凝土塑性收縮裂縫成因及防裂措施研究綜述[J].混凝土，2002（5）：33-37.

[2]刁樹廣，徐遠鴻.樂灘水電站一期碾壓混凝土圍堰裂縫灌漿設計[J].企業科技與發展，2010（2）：47-49.

[3]孫朝輝.某連續剛構橋腹板斜裂縫分析及處理措施[J].中外公路，2016（6）：176-178.

[4]李九紅，徐建光，王延斌，等.混凝土大壩裂縫灌漿處理效果研究[J].水力發電學報，2007（6）：63-68.

[5]張志權，邵繼鋼，劉建維.箱梁底板縱向裂縫對結構力學性能的影響研究[J].中外公路，2017（4）：73-76.

[6]廖文強.動水下混凝土裂縫用水泥基灌漿材料研究[D].重慶：重慶大學，2014.

[7]孫志恒，魯一暉.混凝土大壩水下裂縫修補技術[J].水力發電，2004（11）：65-67.

[8]胡國兵.水泥、水玻璃漿液在錦屏工程涌水封堵中的應用[J].人民長江，2009（21）：32-34.

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