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，閘墩部位容易出現裂縫問題，不找出原因，若處理措施不當，將給工程帶來極大安全隱患，本文結合雙臺子河閘樞紐工程，對施工過程中出現的閘墩裂縫問題進行全面分析，采取合理處理措施，對處理結果進行工程質量檢測[1～6]。

1 工程概況及裂縫情況

1.1 建設背景

雙臺子河閘樞紐工程位于盤錦市雙臺子區東郊，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，而雙臺子河閘的設計泄流能力僅3000 m3/s，低于上游防洪標準，過流能力嚴重不足而成為遼河入海的卡口。

1.2 工程概況

雙臺子河閘除險加固工程新建共19個閘墩，墩長14 m，寬3 m（縫墩8個）、寬2 m（中墩9個、邊墩2個），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、三級配。

1.3 閘墩裂縫情況

從以下方面入手對裂縫的產生原因機理進行分析：①設閘墩澆筑時間為9月25日至11月13日，盤錦地區正式處于大風干燥天氣，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護和越冬的措施，發現裂縫是在第二年3月份拆掉土工布后；在新建的19個閘墩中，有一個閘墩未見明顯裂縫，其余18個閘墩均發現裂縫，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 閘墩抗壓強度檢測

采用回彈法檢測閘墩混凝土強度，共檢測四個閘墩，分別為4號、10號、16號及19號，檢測結果為最低43.4 MPa，最高59.4 MPa。

根通過檢測結果顯示強度可能存在偏高現象。混凝土強度偏高會導致水化熱過大，容易產生裂縫。

2.2 裂縫原因分析

①設計方面：抗裂驗算、裂縫寬度驗算、裂縫等級、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、施工監測、日常養生等方面進行檢查；③監理單位：對原材料、施工工藝進行旁站、質量控制；④混凝土自身化學反應、內外溫差、體積收縮等因素[7]。

根據本工程施工情況，對造成裂縫的主要原因分析如下：

1）閘墩內外溫差大：大體積混凝土澆筑過程中內部溫度較高一些，外部溫度較低一些，形成內外溫差，直接與空氣接觸使外部混凝土散熱快于內部混凝土，造成混凝土內部外部變形不均勻，到達一定極限便產生了裂縫[8]。

本工程因為前期各種因素制約，閘墩施工時段被調整在9月末至11月中旬。這段時間晝夜溫差較大，混凝土澆筑后受到晝夜溫差較大的影響刺激以及養護的不到位，進一步加劇內部混凝土與外部混凝土應力效應，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間不同，容易產生高度方向上的裂縫，這是底板約束作用的結果，初步分析裂縫開裂由最大寬度范圍內向上、下兩側延伸。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天后才進行的閘墩混凝土澆筑[9]。

3）混凝土干縮：由于盤錦獨特的地理條件，位于濱海平原地區。多西南風，每年平均風速為4.5 m/s，最大風速是1976年4月19日為25.7 m/s。恰巧本工程施工時段正處于大風、干燥季節，對薄壁結構形式的閘墩影響深度較大，并且晝夜溫差大，都會造成混凝土的干縮，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預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產生熱量，消耗水分；另一方面當水泥中的水量不足時，在自干燥作用下混凝土體積會縮小，在這種情況下，混凝土的自身收縮同溫度收縮疊加在一起，就會使表面拉應力增大，產生裂縫[10]。

2.3 未出現裂縫閘墩情況分析

8號閘墩是19個閘墩中唯一沒有發現裂縫的，其澆筑時間從10月13日晚8點至14日下午4點47分，澆筑時間20小時左右，平均澆筑速度為10 m3/h。澆筑速度較均勻，當日最高氣溫16℃～10℃，晝夜溫差不大，而且溫度也不高。其試塊28天強度檢測結果為39 MPa，塌落度5 cm～7 cm。這個閘墩施工過程與其他閘墩區別只有當天氣溫和這個閘墩開倉時間較晚，其他施工工藝及過程完全相同，由此判斷沒有出現裂縫的原因可能是和當天溫差不大和氣溫不高有關。

4 處理措施

在裂縫處理之前進行試驗，確定灌漿材料配比及驗證方案是否可行，主要對灌漿材料的配比、灌漿溫度（材料溫度和環境溫度）、表面封閉、施工過程資料及檢測等方面進行分析和總結，經過試驗確定各項參數。

4.1 化學灌漿

首先對灌漿進行試驗(試驗：2015年5月20至5月21日)，確定環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時粘度較大，大于1時漿液過于稀；固化劑主要是控制漿液凝固時間，固化劑參量為3%～5%。

4.2 各項參數及操作要求

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

材料：a.環氧樹脂：E 型環氧樹脂；b.稀釋劑：二甲苯；c.固化劑。

①灌漿設備

裂縫灌漿儀器：電動高壓注漿機（DH-512）兩臺，另外一臺備用，空壓機一臺、沖擊鉆一臺；灌漿泵安設最大壓力為7MPa的壓力表，壓力表與管路之間設置隔漿裝置；灌漿結束后及時對灌漿設備及管路進行清洗，防止堵塞。

②灌漿準備

a.編號：

對所要進行處理的閘墩裂縫進行逐一編號。

b.縫面清理及封縫：

灌漿之前對縫面進行清理，清理后對裂縫表面進行封閉，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°的角度在裂縫兩側約50 mm～60 mm鉆進并貫穿裂縫；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，應以現場實際情況調整孔位，裂縫墩子均在裂縫兩側打孔。

③清孔

用空壓機進行清洗，把孔內雜物沖洗干凈。

④配比

環氧樹脂：稀釋劑：固化劑比例為1∶1∶0.2。

⑤溫度控制

用溫度計監測漿液現場環境及灌漿溫度，使現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結束標準

灌注孔相鄰的孔冒漿，即可進行一下孔灌漿，或穩壓數值保持在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，對灌漿管口進行封閉、修補（2015年5月31日至6月5日）。

4.3 結果

灌漿施工日期2015年5月20日至6月5日，根據對灌漿材料的配比、灌漿溫度（材料溫度和環境溫度）、表面封閉、施工過程資料及檢測等方面進行檢測，檢測過程如下：采用壓水試驗和取芯檢查法的辦法。灌漿施工完成7天后鉆進檢查孔，壓水試驗其壓力宜采用0.3 MPa，并穩壓10 min～20 min結束，平均透水率小于0.1 Lu為合格標準。取芯檢查法按照壓水試驗檢查孔數量的50%取芯，芯樣劈拉試驗平均抗拉強度均大于1.5 MPa。通過檢測結果，灌漿效果可以達到防止河水通過裂縫對鋼筋產生銹蝕的目的，達到預期效果。

5 結語

水閘閘墩混凝土在施工前，對可能產生裂縫的因素加以重視并采取相應防治措施，避免施工后混凝土裂縫的出現，保證工程順利施工、安全運行。類似工程可參考，推動水利事業發展。