某倒虹吸管身裂縫成因分析及處理

□楊長庚 □朱穎放 □蘇衛濤（河南省水利勘測設計研究有限公司）

1 概況

某倒虹吸工程順水流方向每隔13m 設一道永久縫，避免結構由于受溫度變化、混凝土收縮以及地基不均勻沉降而產生對整體性有影響的裂縫。橫斷面1 聯3 孔，單孔孔徑尺寸為6.80m ×6.80m，底板厚為1.25m，頂板厚1.25m，邊墻厚1.20m，中隔墻厚1.10m。混凝土標號為C30、W6、F150。

工程區位于太行山前洪積扇前緣與傾斜平原交界部位。倒虹吸水平段基礎置于第⑥層卵石與第⑦層中粉質壤土中，第⑥層重探擊數12～36 擊，平均22 擊，結構密實，承載力標準值500kPa。第⑦層壓縮系數0.12～0.29MPa-1，平均0.22MPa-1；標貫擊數4～15 擊，平均10 擊，屬中等壓縮性中硬土，承載力標準值165kPa。

倒虹吸管施工完成后，管頂尚未覆土時檢測發現，14＃、18＃、19＃、21＃、23＃管身邊墻和中隔墻出現不同程度裂縫共24 條，其中貫穿性裂縫11 組，其余2 條為深度>50cm 的裂縫。裂縫均為豎縫，縫寬多在0.10～0.30mm，裂縫起點均從一期混凝土與二期混凝土接縫處開始。

2 裂縫成因分析

倒虹吸出現裂縫時，管身兩側及頂部均未進行填土，不產生填土荷載。排除了由于外荷引起裂縫的可能性。倒虹吸水平段基礎置于第⑥層卵石與第⑦層中粉質壤土中，分節長度為13m，符合《水工混凝土結構設計規范》的分節要求。底板未出現裂縫且止水未現變形也排除了基礎不均勻沉陷的可能性。裂縫發生后，根據規范對倒虹吸結構安全性進行復核，經計算，該倒虹吸管身結構尺寸和配筋均滿足規范承載能力極限狀態和正常使用極限狀態設計要求。

某倒虹吸邊墻、側墻和中隔墻厚度均在1m 以上，分析其配合比及試塊強度記錄，墻體很早即達到設計強度C30，說明混凝土早期水化熱釋放過于集中，由于混凝土是不良導體，水化熱不易散發，會引起墻體內部溫升。而墻外表面又恰受到當地穿堂風的影響，溫度較低，內外溫差產生拉應力可能造成裂縫。另外，根據該倒虹吸澆筑記錄，管身底板（相當于一期混凝土）澆筑完成兩～五個月后澆筑墻體（相當于二期混凝土），二期混凝土產生的收縮變形會受到一期混凝土的約束，可能造成裂縫。

管身裂縫出現后，相關單位召開了混凝土裂縫專家咨詢會議，咨詢意見認為:混凝土裂縫是由多種原因形成，主要是由一期混凝土約束、氣候條件變化較大、混凝土早期水化熱釋放過于集中、混凝土施工工藝等原因引起的。

3 加固處理

3.1 處理方案

混凝土結構裂縫，按開度變化可分為死縫、活縫、增長縫三種，其處理措施是不同的。根據工程質量檢測機構《某倒虹吸管身段檢測報告》結論：“經過5 個月的觀測，裂縫的長度、寬度、深度均未發現明顯變化?！迸卸车购缥苌砹芽p為死縫。裂縫的存在給倒虹吸的結構安全以及工程正常使用帶來影響。主要表現在：降低倒虹吸的抗滲能力；造成鋼筋銹蝕，降低材料耐久性；影響結構整體性、安全性；不利于工程正常運行。需要進行處理?；炷亮芽p處理應遵循以下原則：一是裂縫處理遵循“外部封閉，內部灌漿”的防滲補強原則；二是裂縫處理前，先選取1～2條裂縫進行裂縫處理工藝試驗，經檢測滿足要求后再對所有裂縫進行處理；三是裂縫處理后，在保證內在質量的前提下，處理后的外觀與原混凝土外觀保持一致；四是裂縫處理安排在冬春季低溫時期，裂縫張開度較大時進行處理。

根據以上處理原則，外部采用防滲防裂纖維混凝土表面封縫，內部采用環氧樹脂灌漿處理。待灌漿達到固化齡期后，進行壓水試驗檢測灌漿質量。

防滲防裂纖維混凝土在修復或翻新受損結構方面具有廣闊的應用前景。國內外對此均進行過實際工程的應用，并對其性能進行了跟蹤監測。在“關于修復被堿骨料反應損傷的混凝土擋土墻的研究”中，使用了5～7cm 厚的防滲防裂纖維混凝土對該受損擋土墻(寬18m，高5m)進行修復，以阻止由基層混凝土發展到修復層的裂縫，提高該擋土墻的使用年限。經跟蹤檢測，修補10 個月后，防滲防裂纖維混凝土修復層的裂縫寬度<50μm，而同期對比的預拌水泥砂漿處的最大裂縫寬度已經達到200μm。2003年，日本的Mitaka 大壩已運行60a，其表層混凝土破壞較為嚴重，出現了裂縫、剝落、滲漏等嚴重的損傷現象。為了提高大壩的耐久性，在大壩上游面噴射了一層2cm 厚的防滲防裂纖維混凝土保護層，至今沒有再出現裂縫等缺陷。

防滲防裂纖維混凝土的安全性能指標應符合表1的規定。

環氧灌漿材料一般均分成主劑和固化劑雙組分，按規定比例配制后進行灌漿。影響環氧灌漿材料固化速度的因素比較多，如不同溫度條件、一次配漿量的多少、固化劑用量的多少等，因此需在現場進行配合比試驗以確定最佳配合比，并可根據需要通過添加促進劑來調整反應速度，以滿足灌漿需要。環氧樹脂灌漿材料的安全性能指標應符合表2的規定。

表1 防滲防裂纖維混凝土材料安全性能指標表

表2 環氧樹脂灌漿材料安全性能指標表

3.2 施工工藝流程

清理縫口→埋設灌漿嘴→結構膠封縫→防滲防裂纖維混凝土施工→密封檢查→配制漿液→壓力灌漿→封口檢查→打磨檢驗。

3.3 施工技術要求

一是根據《水工建筑物化學灌漿施工規范》的相關規定，結合倒虹吸管身混凝土的特點，采用鉆騎縫孔貼嘴灌漿法，騎縫孔深度2cm 左右，貼嘴間距定為0.25～0.40m。裂縫交叉點、尖滅點應布置貼嘴。貼嘴和封縫前應先將縫口兩側各10cm 混凝土基面打磨平整并清理縫口，再用潔凈的壓縮空氣吹干凈后及時貼嘴和封縫。二是貼嘴和封縫施工12h 后，采用潔凈壓縮空氣對裂縫與貼嘴之間的暢通性、封縫的密封性、管路安裝的牢固性和可靠性等進行壓風試氣檢查，風壓≤0.10MPa。三是混凝土豎向裂縫（包括斜縫）灌漿應從最底部一個灌漿嘴開始，自下而上，由深至淺，逐嘴上移注漿。貫穿縫對稱均衡進行灌漿。四是灌漿結束標準：灌漿時應待下一個漿嘴出漿飽滿，有原漿溢出時結束灌漿，或達到設計灌漿壓力并且吸漿率<0.02L/5min 時，穩壓30min，再結束灌漿。五是灌漿達到固化齡期后，進行壓水試驗檢測倒虹吸管身灌漿質量。

4 結論和建議

管身裂縫經處理后，不影響倒虹吸工程安全與正常輸水。需要注意的是，《混凝土結構加固設計規范》（GB50367-2006）規定，混凝土結構加固后的使用年限宜按30a 考慮。小于某倒虹吸的設計使用年限50，30a 到期后，應該對該倒虹吸管身重新進行可靠性鑒定。若結論正常，可以延長其使用年限；若出現異常，應采取加固措施。