化學灌漿在潼南航電樞紐二期工程中的應用

劉中文

（中國水利水電第十二工程局有限公司，浙江 杭州 310000）

1 工程概況

涪江干流梯級渠化潼南航電樞紐工程位于重慶市潼南區涪江大橋下游約3km處，開發任務是以航運為主兼顧發電，修復涪江干流潼南縣城段水生態系統。正常蓄水位高程為236.5m，相應庫容為1571萬m3，水庫總庫容為2.19億m3，船閘和航道等級為Ⅴ級，電站裝機容量為42MW，工程等別為Ⅱ等，工程規模為大（2）型。樞紐采用左廠房、右船閘、中間18孔泄水閘布置形式。樞紐沿壩軸線全長685m，壩頂高程252.4m。

右岸二期工程在施工過程中，泄水閘和船閘上閘首下部共計發現了11條裂縫，裂縫寬度為0.05～0.3mm，針對裂縫出現的部位、寬度及深度等進行分類，按裂縫類別結合設計要求制訂了處理方案。

2 混凝土裂縫產生的原因

水工混凝土裂縫一般分為干縮裂縫、溫度裂縫和外來作用下產生的裂縫。潼南航電樞紐二期工程其裂縫主要為溫度裂縫和干縮裂縫，裂縫產生的原因主要包括以下四個方面：

（1）結構尺寸大。泄水閘底板基礎一般尺寸為26.3m×25.5m（長×寬），船閘上閘首基礎面尺寸為32.0m×30.0m（長×寬），泄水閘閘墩尺寸為25.5m×2.8m（長×寬）。混凝土倉面形體尺寸大，一次性澆筑超過1000m3，早期聚集的大量水化熱會導致混凝土內外散熱不均勻，在受到內外約束的情況下，混凝土內部會產生較大的溫度應力而容易導致混凝土產生裂縫。泄水閘閘墩為條形，長∶寬為9∶1，施工采用滑模工藝，混凝土坍落度一般為20cm，混凝土澆筑后收縮容易產生裂縫。通過現場查看，該類裂縫共發現5條，出現部位比較有規律，一般在閘墩1/3左右長的位置，裂縫深度較淺。

（2）水泥早期強度高。施工水泥主要產地為重慶市合川區，通過對該區域產的水泥取樣試驗發現，該區域產三大水泥品牌臺泥、冀東及拉法基均存在早強問題。施工選用臺泥P·O42.5水泥，其3d抗折強度達到6MPa左右、3d抗壓強度達到34MPa，遠大于規范要求的3d抗折強度不小于3.5MPa、抗壓強度不小于17MPa，兩項3d強度指標接近規范28d要求。水泥早期強度高，其水化熱升高集中，混凝土散熱慢，混凝土內外溫差大，容易導致混凝土在早期出現裂縫。

（3）混凝土溫控措施有限。出現裂縫的上閘首和泄水閘消力池澆筑在4—6月。高溫季節混凝土采取了骨料遮陽、堆厚、噴霧、加冰水拌和措施，倉面加噴霧器降溫，大體積混凝土一般內部安裝DN25塑料冷卻水管，循環通水冷卻降溫等措施進行降溫。混凝土拌和站在采取以上措施后混凝土出機溫度可降溫2～3℃，夏季混凝土出機溫度在25℃左右，出機口混凝土溫度偏高，混凝土澆筑后水化熱加大，容易導致裂縫。

（4）混凝土養護不充分。按相關規范，混凝土澆筑后在12h內養護。由于水泥早強，混凝土終凝后就必須灑水養護，實際施工過程中存在個別倉面養護不及時、不到位的現象。比如上、下班交接時間出現間歇、斷檔；夜間養護高空主要采用流水養護，水泵故障或損壞缺水，更換、修理不及時；流水面不均勻，倉面半干、半濕等問題導致混凝土養護不到位，混凝土早期出現裂縫。

3 裂縫處理

3.1 裂縫檢查

裂縫檢查包括裂縫寬度、縫長、方向、部位、高程以及縫面是否滲水等，具體檢查采用以下方法：

（1）目檢。可在拆模后直接發現表層裂縫，對表層裂縫寬度、條數的檢查以人工目測現場普查為主，所用工具有米尺、讀數放大鏡、塞尺等。對細微裂縫可先灑水，用風吹干或曬干后檢查。

（2）鉆孔檢查。通過鉆孔取芯進行檢查，范圍也是通過鉆孔取芯確定，鉆孔直徑不小于56mm。

（3）儀器檢查。裂縫寬度采用顯微鏡讀數，較深的縫深檢測采用RSM-SY5智能聲波檢測儀。

3.2 裂縫分類

裂縫根據深度、寬度、長度及部位重要性等可劃分為I～IV類。

（1）Ⅰ類裂縫。縫寬δ＜0.1mm，縫深h≤30cm，縫面長度L≤1.5m，外觀為龜裂狀，呈細微而不規則裂縫或呈細微規則性裂縫。對結構應力、耐久性和結構安全無影響，且該縫不在迎水面上，也未位于強約束區。

（2）Ⅱ類裂縫。縫寬0.1mm≤δ＜0.3mm和縫深30cm＜h≤100cm，縫面長3m＜L＜5m，數量極少，呈規則狀。Ⅱ類裂縫根據出現部位的重要性，對結構應力、耐久性和結構安全有輕微的影響。

（3）Ⅲ類裂縫。縫寬0.3mm≤δ≤0.5mm和縫深100cm＜h≤500cm，縫面長度L≤壩塊寬度的1/3，側面長度＞1～2個澆筑層厚度，呈規則狀；縫寬0.2mm＜δ＜0.3mm和縫深30cm＜h≤100cm，裂縫長度貫穿整個壩塊；縫寬0.2mm＜δ＜0.3mm和縫深30cm＜h≤ 100cm，且裂縫位于上游迎水面；縫寬0.2mm≤δ＜0.3mm和縫深30cm＜h＜100cm，且裂縫位于迎水面基礎強約束區內。這類裂縫對結構物的整體性安全有一定影響，一旦進一步發展，危害性更大。

（4）Ⅳ類裂縫：裂縫寬度δ＞0.5mm，深度h＞500cm，側（立）面長度L＞5m，裂縫若從基礎向上開裂，且平面上貫穿全倉，稱為基礎貫穿裂縫，其余稱為貫穿裂縫。此類裂縫使結構應力、耐久性和安全系數降低到臨界值或其下，對結構物的整體安全性、穩定性有重大影響。

潼南航電樞紐二期工程混凝土裂縫調查結果顯示，其中有Ⅰ類縫6條、Ⅱ類3條、Ⅲ類2條。

3.3 裂縫處理

根據混凝土熱脹冷縮特性，為提高裂縫處理效果，裂縫處理安排在冬季施工。裂縫處理根據分類采取不同方式。

（1）Ⅰ類縫處理。沿裂縫鑿槽，并用清水清洗干凈，用SK-6系列環氧砂漿填充密實。①處理工藝流程：鑿槽→清潔表面→涂抹高滲透環氧基液→回填環氧砂漿→涂刷環氧膠泥→養護→驗收竣工。②鑿槽：先沿縫隙兩邊各清理出寬為10cm的平面，然后在裂縫一側5cm寬用紅色水彩筆劃出刻槽線。沿劃好的紅線用手持式切割機和電錘配合，鑿出表層寬100mm、深50mm、底寬50mm的梯形槽。③清潔表面：高壓水反復沖洗基面，待基面沖洗干凈后，用碘雪燈充分烘干基面，修補基面應清潔干燥。④涂抹環氧基液：修補基面需先涂刷一層環氧基液，用手觸摸有顯著拉絲現象時（約30min）再填補環氧砂漿。⑤回填環氧砂漿：回填環氧砂漿釆用分層施工方法，每層厚約1～2cm，在上一層初凝前填充施工下一層，如果有氣泡，用鐵抹子刺破將氣泡孔內的氣體排岀，以保證孔內充填密實，表面壓平收光。⑥涂刷環氧膠泥：待環氧砂漿完成收縮后，對表面進行涂刷處理，表面應光潔平整，表面不能有刮痕。⑦養護：環氧砂漿抹面施工完畢后，自然條件下養護3d。⑧驗收竣工：環氧砂漿填補完成3d后，用小錘輕擊表面，聲音清脆者為質量良好，若聲音沙啞或有“咚咚”聲，說明內部結合不良好，應鑿除重補。

（2）Ⅱ類裂縫處理。Ⅱ類裂縫釆用鉆孔加貼嘴灌漿法，鉆孔釆用斜孔并以此作為進漿孔，貼嘴（粘貼注漿嘴）以做排氣、排水及放漿之用。先對裂縫表面釆取臨時封閉等保護措施，以防止污水或異物污染堵塞裂縫。①工藝流程。布孔、鑿槽→安裝灌漿塞和注漿嘴→洗孔、壓水試驗→化學灌漿→拆卸灌漿塞、清理注漿嘴→表面清理。②布孔、鑿槽。鉆孔釆用電鉆，沿裂縫兩側每邊一排斜向鉆孔，孔深穿過裂縫，如遇鋼筋應調整孔位。單排孔與孔距500mm左右，兩側孔位交錯布置，鉆孔直徑12mm，并和灌漿塞外徑相匹配。孔位距裂縫400mm，斜角45～60°，孔深應穿過裂縫150～200mm。裂縫鑿槽表層寬100mm，深為50mm、底寬為50mm的“U”形槽，并清理干凈。③安裝灌漿塞和注漿嘴。在鉆好的孔口內安裝自制可拆卸灌漿塞，要求牢固，保證壓力灌漿時不漏漿、不脫落。在已經鑿好的槽內提前預埋間距1m的注漿嘴，并進行通風檢查，再用環氧砂漿填充密實。④洗孔、壓水試驗。用潔凈的壓力水進行洗孔，將鉆孔內粉末、碎屑沖洗干凈，洗孔至回清水5min即可停止，檢查并記錄孔徑、孔向、傾角和孔深，其誤差值應滿足設計要求。壓水試驗壓力為0.2MPa，在壓水過程中，密切觀察裂縫處有無氣泡產生和水流滲岀以及灌漿壓水的流量情況，據此判斷裂縫深度和發展情況，對混凝土頂底板均需觀察。只對壓水試驗時有冒泡和滲水現象的孔進行灌漿。⑤化學灌漿。灌漿材料為KH-3高滲透改性環氧化學灌漿材料。釆用電動化學灌漿泵純壓法灌注，灌漿壓力控制在0.2～0.4MPa。選擇通暢性最好的開始灌漿，先灌I序孔，再灌II序孔。灌漿結束標準為吸漿量小于0.02L/min，再繼續灌注30min壓力不下降即可結束灌漿。⑥拆卸灌漿塞、清理注漿嘴。灌漿結束孔內漿液固化后，鑿除灌漿管并用環氧砂漿封孔。⑦表面清理。用角磨機打磨平整，確保混凝土表面保持平整美觀。

（3）Ⅲ類裂縫處理。Ⅲ類裂縫處理工藝和Ⅱ類裂縫一樣，施工區別在于裂縫深度不同，裂縫兩側注漿孔布置調整，裂縫上游和下游側（或左、右側）孔位間距1000mm，單排距離裂縫距離500mm。斜向鉆孔，斜角45～60°，穿過裂縫150～200mm，鉆孔直徑為18mm。具體孔位布置如圖1所示。

（4）布置騎縫鋼筋。Ⅱ類、Ⅲ類裂縫處理還需根據出現裂縫部位分為已澆筑完砼的永久面和上層繼續澆筑混凝土臨時面兩類，其中上層還需繼續澆筑混凝土倉面在裂縫處理完成后，在裂縫兩側各1m寬范圍布置φ20@200mm×200mm騎縫鋼筋網片。Ⅲ類裂縫倉面在裂縫兩側增加部分φ28mm錨桿，長度為4.5m，深入已澆筑倉面2.5m，外露2m。

3.4 灌漿材料

（1）環氧砂漿。SK-6系列環氧砂漿具有良好的低溫施工性能，可以滿足大規模施工的需要，力學強度優良、與混凝土黏結牢固、與原混凝土保持一致的顏色。A、B兩組分包裝，施工時按照A∶B=5∶1的比例配制均勻即可使用。主要力學性能指標要求如表1所示。

圖1 鉆孔布置平面示意圖（單位：mm）

表1 SK-6環氧砂漿主要性能指標

（2）環氧灌漿材料。高滲透改性環氧化學灌漿材料KH-3為雙組份，該材料可灌性能優異，可滲入0.001mm的孔隙中，對裂縫干燥度無要求，操作方便。其主要物理力學性能要求如表2所示。

表2 高滲透改性環氧化學灌漿材料KH-3主要性能指標（28d強度）

3.5 質量檢查

（1）壓水和聲波檢測。進行過化學灌漿的混凝土裂縫，灌漿后進行壓水和聲波檢測。檢查孔宜布置在貫穿性裂縫、深層裂縫和對結構整體性影響較大的裂縫上，每條縫至少布置一個檢查孔。環氧樹脂等材料的聚合體強度增長比較慢，壓水試驗宜在灌漿結束一個月后進行。檢查孔壓水試驗壓力應為0.3MPa，并穩壓10～20min后結束，縫面透水率不大于0.1Lu為合格，現場檢測結果顯示經過裂縫處理過的部位最大透水率為0.06Lu。聲波波速滿足相應部位混凝土質量驗收標準要求。

（2）鉆孔取芯檢查。對重要部位的貫穿性裂縫、深層裂縫和對結構整體性影響較大的裂縫需進行鉆孔取芯檢查，觀察其縫面漿液結石和充填情況，并測定其力學指標。

通過對現場鉆取芯樣的表面觀測發現，裂縫填筑飽滿，芯樣力學指標檢測試驗結果達到相應部位混凝土設計強度要求。

4 裂縫預防措施

通過對潼南航電樞紐二期工程混凝土裂縫原因進行分析，文章總結出了以下經驗可有效減少裂縫：

（1）合理分層、分倉。施工在基礎約束區和老混凝土約束區范圍內分層厚度為1.5m，脫離約束區分層厚度為3m。發現裂縫后，對形體尺寸較大或一次性澆筑大于1000m3的進行了調整，基礎部位分層厚度調整為1m，脫離約束區1.5m控制。單倉內澆筑一次在30～50cm，降低分層厚度，減緩分層澆筑速度，更加有利于混凝土散熱。同時控制大體積混凝土兩層間澆筑間歇期，一般控制在6～8d。在下層混凝土溫度峰值過后才澆筑上層混凝土，以利于水化熱散發和減少約束作用，可減少混凝土裂縫。

（2）優化配合比。潼南航電樞紐二期工程設計調整部分大體積混凝土采用低熱水泥，效果比較明顯。但由于低熱水泥價格較高，通過經濟分析發現，只能部分地方使用。大部分混凝土還需通過配合比優化，采用“三低（低砂率、低坍落度、低水膠比）二摻（摻高效減水劑和高性能引氣劑）一高（高粉煤灰摻量）”的設計理念，降低水化熱。選擇良好級配的粗骨料，嚴格控制其含泥量，加強砼振搗，提高砼密實度和抗拉強度，減少砼收縮變形。建議在少筋或無筋的大體積砼中拋入20%～30%的大石塊（15～30cm），既能節省水泥和減少水化熱，又能減少混凝土用量。另外，還可根據具體工程特點，采用UEA補償收縮混凝土技術。

（3）加強施工中的溫度控制。選擇較適宜的氣溫澆筑大體積混凝土，盡量避開高溫，盡量夜間施工。夏季可采用冷水或冰水混合物攪拌混凝土，同時可對骨料噴冷水霧進行預冷，對骨料進行覆蓋或設置遮陽裝置，避免陽光直曬，運輸工具也應搭設遮陽設施，以降低混凝土拌和物的入倉溫度。嚴格控制混凝土拌和站出機口溫度，夏季宜控制在不大于20℃。工程根據規模等級和混凝土總量規劃混凝土拌和系統，對于大型水利水電工程建議采用拌和樓加工，配備骨料冷卻和制冰系統，能更好地控制出機口溫度。

（4）加強養護。夏季避免暴曬，冬季則加強保溫。消力池、引航道等低高程部位大體積混凝土表面可鋪砂、灌水養護。采用人工灑水養護的，必須安排專人2～3班倒，24h連續。對具有早強性質的混凝土養護時間須提前到混凝土終凝后即開始，采用覆蓋、灑水養護，減少混凝土早期表面裂縫。

5 結束語

水工建筑物大體積混凝土防裂控制是國內建造界一項長期的研究課題，它需要從設計、施工、材料及施工管理等方面綜合探討，不斷總結，控制和減少裂縫。潼南航電樞紐二期工程在混凝土防裂方面進行了一些研究，也采取了一些措施，對減少裂縫取得一定效果，但分析研究得還遠不夠。對出現裂縫部位采用了在國內多個工程運用的兩類環氧材料，根據裂縫危害程度分類采用不同工藝進行處理。工程投入使用至今已近4年，經處理的部位均使用正常，說明所采用的施工工藝方法是合理的，化學灌漿的效果良好，該施工工藝及材料可供同類工程參考。