臺兒莊復線船閘混凝土裂縫成因分析及處理方法

楊 萌，馬德富，王錦龍

（山東省水利科學研究院，山東 濟南 250013）

臺兒莊復線船閘位于棗莊市，建設等級為II級，設計船型為1頂 2×2000t級駁船隊，船閘有效尺度為230m×23m×5m（長×寬×檻上水深）。水工建筑物分級標準：上下閘首、閘室為2級，上下游導航、靠船建筑物為3級，臨時建筑物為4級。

上、下閘首均為C25鋼筋混凝土整體塢式結構。上閘首平面尺寸為 28m×40m（長×寬），墩頂高程 32.00m，空箱式邊墩門檻頂高程19.80m，底板厚3.0m，設格柵式帷墻消能室。下閘首平面尺寸亦為28m×40m（長×寬），墩頂高程32.00m，空箱式邊墩門檻頂高程15.00m，底板厚3.0m，設消力坎，進行對沖消能。

閘室為C25鋼筋混凝土整體塢式結構。閘室總長度為234m，閘室墻頂高程32.00m，閘室底板頂高程15.00m，底板厚2.5m。閘墻兩側設鋼護木、鐵爬梯、浮式系船柱、固定式系船柱及系船鉤，閘墻后側設排水管道及檢查井。

1 裂縫成因分析

船閘邊墻裂縫具有如下特點：1）裂縫均為垂直水流方向的豎向裂縫，與邊墻伸縮縫平行；2）裂縫屬活縫，縫寬隨溫度變化而變化；3）全部裂縫從新澆混凝土邊墻底部向上發展，裂縫中部開度較大。

本工程尚未完工投入運行，邊墻就出現上述特征的裂縫，究其原因，主要與邊墻混凝土內、外溫差及外部溫降引起的混凝土收縮受基底約束有關。大體積混凝土內部水化熱溫升引起內外溫差及外部溫降，都會引起混凝土收縮產生溫度拉應力。由于邊墻一、二期混凝土澆筑間隔時間較長，加之邊墻受荷載大，新澆邊墻混凝土基底約束較大，從而導致閘室邊墻縱向（順水流方向）因承受超限拉應力而出現垂直裂縫。

2 修補材料

改性環氧類漿材具有優良的力學性能，用于混凝土裂縫補強，其耐老化、抗凍融、耐腐蝕等性能優于其他高分子化灌漿材，其材料的特性如下：

1）可灌性能優異，漿液自身具有極強的滲透能力，可滲入0.001mm的孔隙中，可灌入滲透系數K＝10-6～10-8cm/s的低滲透性泥化夾層中，使其固結改性（由“土性”變為“巖性”）；2）對裂縫干燥度無要求，能在有滲漏水的裂縫中使用，并能往裂縫壁兩邊滲透植根，固化后粘接為一體，耐久性更好；3）漿材固結體力學性能優異，應用范圍廣，具有補強、加固等功能；4）由于丙酮的活化，變成預聚體并與糠醛分子發生反應，不僅化解了糠醛的毒性，而且使漿材固結體收縮性極小且韌性較好、耐老化性也更好；5）固結體無毒、無污染。

3 修補方案

3.1 準備工作

采用米尺、裂縫寬度顯微鏡等工具，詳細測量裂縫的長度、寬度等情況，確定鉆孔的位置和間距。

3.2 鉆孔

從裂縫最邊處開始，于裂縫兩側5～10cm處傾斜鉆孔至混凝土內部與裂縫斜交，順序為一側到另一側。鉆孔布置在裂縫兩側，交叉布置，孔徑為14mm，斜孔須做到與裂縫相交，每兩孔間距約為50cm。混凝土裂縫不規則，鉆孔時需特別注意與裂縫面斜交。另外每條裂縫鉆騎縫孔1～2個，騎縫孔視裂縫長度及潮濕情況布置，約2m距離布置一個騎縫孔。潮濕裂縫部位必須布置騎縫孔，并且布置在潮濕裂縫長度居中的位置。騎縫孔的作用：一是潮濕縫隙中的滲水可沿騎縫孔埋設的通氣管排出縫隙，二是保持混凝土裂縫內外氣壓平衡。

表1 改性環氧漿材主要性能

3.3 清縫與埋嘴

用高壓氣(0.5MPa左右)向鉆孔內吹高壓風，將縫內粉塵吹掃干凈。然后將裂縫兩邊各5cm內的混凝土表面用磨光機打磨出新鮮清潔面。

待高壓氣清理完縫隙后，將全部的灌漿孔固定、埋設好灌漿嘴。將騎縫孔固定，埋設好通氣管。

3.4 洗縫與封縫

安裝完畢后，用高壓防水灌漿機向每個灌漿嘴內灌注丙酮清洗液。其目的：一是通過灌注清洗液可以觀察斜向灌漿孔與裂縫是否相交（若相交，丙酮清洗液會沿裂縫析出表面）；二是丙酮清洗液會將殘存在灌漿孔及裂縫內的細微粉塵全部帶出，做到二次清理縫隙，以保證灌漿質量。

清洗完裂縫后在其表面用環氧膠泥將裂縫封閉處理，約20h后即可凝固達到強度要求。

3.5 灌 漿

1）壓氣試驗，檢查封縫效果。環氧膠泥封閉合格的裂縫，高壓氣（0.5MPa）只會通過騎縫孔的通氣管排出，并將潮濕裂縫內的滲水加速沿通氣管排出；

2）灌漿材料采用改性環氧類漿材；

3）灌漿順序沿邊墻自下而上依次推進，以利于漿液在縫內均勻連續擴散；

4）灌漿采用灌漿泵純壓式灌注，灌漿壓力控制在0.3～0.7MPa；

5）待環氧膠泥上留存的排水孔或騎縫孔滲出灌漿材料后，根據《混凝土壩養護修理規程》（SL230—98）灌漿量小于0.02L/5min時停灌，直至灌注完成整條裂縫。

3.6 拆嘴與封孔

改性環氧類漿材完全固化時間約為24h，灌漿嘴在漿液固化后就能敲下，清理干凈已固化的溢漏出的漿液。用環氧膠泥對灌漿口進行封口處理，并將混凝土表面基本恢復成原始狀態。

4 效果檢查

本次混凝土裂縫共計修補57條，化學灌漿總長度155.35m。裂縫化學灌漿量共計230.18L，鉆孔灌漿嘴258個，鉆孔進尺110.0m，檢查孔進尺33.3m。

4.1 壓水試驗

對每條裂縫進行壓水試驗，統計57條裂縫吸水率從0.001～0.009L/min不等，全部符合規范要求。

4.2 超聲波測試

抽取 12#閘室南 12-1、8#閘室南 8-1、6#閘室南6-2三條裂縫進行超聲波跨縫測試，灌漿前聲波速度平均為 3240m/s，灌漿后波速平均為 4330m/s，超聲波聲速平均提高率為33.6%。