船閘工程輸水廊道混凝土裂縫治理技術研究

◎ 劉威 胡宇峰 劉亦倫 湖南省水運建設投資集團有限公司

船閘輸水廊道大體積混凝土澆筑往往都會采取溫度控制、摻入添加劑、改善工藝、加強養(yǎng)護等措施，但裂縫仍然難以避免，若不進行及時有效的處理將會影響工程總體功能及安全使用。交通部、湖南省交通廳水運項目平安百年品質工程實施方案對工程安全耐久及質量通病質量都做了具體要求，其中輸水廊道裂縫的防控及修復是創(chuàng)建的重點工作，某樞紐二線船閘項目施工過程中始終將對廊道裂縫的防控及治理作為一項重要工作，并取得了較好的效果，本文分析、總結項目中的裂縫出現(xiàn)的位置、大小及修復施工工藝，以期為后期船閘項目廊道設計、施工提供指導。

1.工程概況

某樞紐二線船閘按1000噸級船閘Ⅲ級設計，設計單向通過能力為1200萬噸。兩側閘室墻均為重力式結構，閘墻布置輸水廊道，輸水系統(tǒng)輸水形式采用閘墻短廊道側支孔式上下閘首輸水廊道尺寸為3.8m×4.2m（寬×高），總長138.0m。按設計要求輸水廊道分三層澆筑，層高2.0m～2.1m，縱向分塊長度18～21m，前墻厚度3m，后墻厚度2.6～4.35m，采用三級配C30混凝土，每倉混凝土約126m3，均屬于大體積混凝土澆筑，澆筑采用120t履帶吊和4.5m3料斗進行吊裝入倉。

2.裂縫分布及性狀分析

在廊道混凝土澆筑完成后，檢查統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)輸水廊道混凝土裂縫共有75條，主要分布在廊道后墻，其中后墻裂縫主要集中在廊道底部向上延伸1～2.5m，頂部向下延伸的裂縫僅3條，均處于施工薄弱處，長度2～3m；前墻裂縫主要集中在側支孔上倒角處（產(chǎn)生裂縫處側支孔上部均有浮式系船柱），為貫穿裂縫，部分裂縫由底部向上延伸1～2m。

廊道裂縫主要為豎向裂縫，其中岸側后墻背面開挖邊坡巖層裂隙發(fā)育豐富，部分裂縫有滲水析白現(xiàn)象，且裂縫寬度0.3～0.6mm，需要重點治理；河側廊道后墻，巖層高程低于廊道頂，裂縫寬度0.2～0.42mm，僅局部裂縫有滲水析白現(xiàn)象。

該項目一般裂縫主要存在前期澆筑廊道段，調整相關施工工藝、加強管理后，裂縫產(chǎn)生得到一定改善，但側支孔倒角處仍然存在貫穿裂縫。

表1 裂縫分類的處理方法

圖1 樞紐二線船閘閘墻分倉澆筑斷面

圖2 廊道前墻施工

圖3 灌漿孔布置圖

圖4 裂縫治理效果

3.裂縫產(chǎn)生的原因分析

根據(jù)廊道設計、混凝土施工環(huán)境及采用的施工方法等因素綜合分析[1]，裂縫產(chǎn)生的主要原因如下：

（1）輸水廊道混凝土硬化過程中所產(chǎn)生的干縮應力、混凝土內部溫度與外部環(huán)境溫度的差異所產(chǎn)生的收縮應力超過了混凝土當時所能承受的拉應力。

（2）部分混凝土澆筑過程中振搗時間太短，振搗不密實，造成混凝土強度不足或不均勻；部分混凝土澆筑時間長，導致粗骨料沉入底層，細骨料留在上層，強度不均勻，上層比下層混凝土干縮性大，待水分蒸發(fā)后易形成塑性收縮裂縫；施工養(yǎng)護不及時，廊道內養(yǎng)護不充分。

（3）受開挖邊坡影響產(chǎn)生基礎約束，新澆筑混凝土在降溫收縮和干燥收縮過程中基礎混凝土約束導致廊道側墻混凝土開裂。

（4）本船閘部分廊道出水支孔位于浮式系船柱的下方，在施工過程中，浮式系船柱部位的一二期混凝土未一起澆注，側支孔處廊道前墻變薄，由于晝夜溫差所形成的溫度應力較大，較容易出現(xiàn)裂縫，后續(xù)在類似處廊道頂增設了防裂鋼筋網(wǎng)，有效減少了裂縫產(chǎn)生。

4.裂縫分類及處理

4.1 裂縫分類及處理方法

根據(jù)混凝土裂縫的寬度將裂縫分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個等級[2]，通過分析裂縫成因并結合裂縫的特征，考慮混凝土的防滲等級，確定輸水廊道混凝土裂縫采用表面修補法、局部填充法、灌漿法[3]三種處理方法。

4.2 表面修補法

對于細而淺、不漏水，且漿材難以灌入的裂縫，采用表面涂抹和表面貼補法。

4.3 局部填充法

對于寬度小于0.5 m m，大于0.2mm，且深度較淺的裂縫，或是裂縫中有充填物的小規(guī)模裂縫可采取開V型槽，然后用修補材料直接填充裂縫，該方法簡單且費用低。

4.4 灌漿法

1）施工流程：刻鑿槽(鉆孔)—洗縫(孔)—埋管—封(嵌)縫—壓水、壓氣試漏—配漿—灌漿—閉漿(扎管)—待凝—灌漿效果檢查。

2）鉆孔施工。沿距離裂縫左右兩側各0.1m，用手持風鉆45°角斜穿縫面交錯鉆孔，孔徑Φ14mm，鉆孔與裂縫的理論交點距離混凝土頂部高度0.22m，孔深要求穿過裂縫。

3）鉆孔清洗。鉆孔結束之后將水管深入孔底加大給水量對鉆孔進行沖洗，以將鉆孔產(chǎn)生的粉屑沖洗出孔外，直至回水澄清為止。

4）埋設孔口管。用干硬性水泥在穿縫灌漿孔口埋設一根一端車有連接螺紋的φ14mm的鐵管作為孔口管，孔口管埋入砼內10cm，有連接螺紋的一端露在孔外，以便安裝閘閥及壓力表，埋設孔口管后的待凝時間不少于24h。

5）刻槽施工。自上而下或由高處往低處清理縫面，查清縫面集中漏水部位，沿縫面用人工刻槽深5cm，寬5cm左右的燕尾槽或“V”形槽，刻槽后用水槍沖洗槽內粉屑。

6）封(嵌)縫。封縫前用高壓水槍洗凈縫隙，然后根據(jù)縫隙形狀，將高標號水泥砂漿對裂縫進行修復漏水口，干燥縫面則嵌入預先準備好的干硬性水泥漿或水泥砂漿，為保證嵌縫質量需薄層重壓。

燕尾槽頂部需預埋排氣孔，避免縫內因封閉導致氣體無處排放導致縫面漏水。如果裂縫漏水較大（滋水），漏水部位沖洗后還需做好導水處理，先在大漏水處埋管導流，然后再堵小漏水縫隙；集滲漏為線漏，集線漏為點漏，使漏水全部從導管引出。

7）縫面清洗與壓(涌)水試驗。嵌縫預縮砂漿齡期達到后，即可對裂縫進行沖洗及壓(涌)水試驗。

清洗裂縫面時在裂縫面底部管頭進水口安裝水表量測出從開始進水至排氣孔口出水時縫面的容積，以確定灌漿時大致所需的漿液量。

在縫面清洗過程中應注意觀察有無漏水情況，如果發(fā)現(xiàn)有裂縫或孔洞冒水時應對漏水部位進行封堵，直至再不出現(xiàn)漏水為止。

8）灌漿材料及性能。采用聚氨酯（TPT）作為化學灌漿材料。漿液配制必須嚴格按配方、配量及加料順序進行。

①高滲透改性環(huán)氧樹脂液配比為環(huán)氧A、固化劑B，混合比A:B=100∶20（重量比）。

②高滲透改性聚氨酯液配比為聚氨酯A、固化劑B，混合比A:B=100∶100（重量比）。

9）灌漿。①灌漿方式為純壓式，實用灌漿壓力一般為0.3－0.8MPa，最大為0.8MPa，最小0.3MPa。②由一管(孔)進漿，其他管(孔)敞開，由低處向上灌注；當一管(孔)進漿，其它各管(孔)敞開，出漿一管孔，封閉(扎管)一孔，以此類推，直至整個縫隙充滿漿液為止。灌漿過程中應注意觀測縫面增開度，使縫面增開度不大于1mm，否則應降低灌漿壓力，以縫面的增開度來控制灌漿壓力。③結束標準：每5min測計一次注入量，在最大設計壓力下，注入率不大于0.05L/min后裂縫表面出漿，可結束灌漿。④灌漿結束時應先關閉進漿管管口閥門后再停泵，以防灌入的漿液從進漿管口流出，并使?jié){液在有壓條件下固化。

10）封孔。待灌漿結束8小時以上方可清除預埋的孔口管，空洞部分用干硬性水泥填好并抹平。

11）壓水試驗。使用橡膠止水栓塞卡在孔口，進行純壓式壓水試驗，壓水壓力為0.3MPa，透水率不大于1Lu、芯樣裂縫被灌漿材料充填飽滿為合格。

5.總結

針對該樞紐二線船閘不同類型混凝土裂縫，分別采取化學灌漿、局部填充及表面封閉等措施進行處理。經(jīng)壓水試驗和鉆孔取芯檢查得知，芯樣漿液填充飽滿、漿液黏結性好。目前該船閘經(jīng)交工驗收，檢查中輸水廊道內各縫隙無明顯濕跡，各項檢測數(shù)據(jù)正常，裂縫治理效果較好。本文以期通過對船閘輸水廊道混凝土裂縫的處成因分析、處理方案、材料選擇和施工工藝進行總結，為類似工程混凝土裂縫處理提供一定的參考。