船閘工程輸水廊道混凝土裂縫治理技術(shù)研究

◎ 劉威 胡宇峰 劉亦倫 湖南省水運(yùn)建設(shè)投資集團(tuán)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(qiáng)養(yǎng)護(hù)等措施，但裂縫仍然難以避免，若不進(jìn)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(yùn)項(xiàng)目平安百年品質(zhì)工程實(shí)施方案對工程安全耐久及質(zhì)量通病質(zhì)量都做了具體要求，其中輸水廊道裂縫的防控及修復(fù)是創(chuàng)建的重點(diǎn)工作，某樞紐二線船閘項(xiàng)目施工過程中始終將對廊道裂縫的防控及治理作為一項(xiàng)重要工作，并取得了較好的效果，本文分析、總結(jié)項(xiàng)目中的裂縫出現(xiàn)的位置、大小及修復(fù)施工工藝，以期為后期船閘項(xiàng)目廊道設(shè)計(jì)、施工提供指導(dǎo)。

1.工程概況

某樞紐二線船閘按1000噸級船閘Ⅲ級設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)單向通過能力為1200萬噸。兩側(cè)閘室墻均為重力式結(jié)構(gòu)，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(cè)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(shè)計(jì)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(jìn)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(jì)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(cè)支孔上倒角處（產(chǎn)生裂縫處側(cè)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(cè)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(diǎn)治理；河側(cè)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(xiàng)目一般裂縫主要存在前期澆筑廊道段，調(diào)整相關(guān)施工工藝、加強(qiáng)管理后，裂縫產(chǎn)生得到一定改善，但側(cè)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(shè)計(jì)、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(yīng)力、混凝土內(nèi)部溫度與外部環(huán)境溫度的差異所產(chǎn)生的收縮應(yīng)力超過了混凝土當(dāng)時所能承受的拉應(yīng)力。

（2）部分混凝土澆筑過程中振搗時間太短，振搗不密實(shí)，造成混凝土強(qiáng)度不足或不均勻；部分混凝土澆筑時間長，導(dǎo)致粗骨料沉入底層，細(xì)骨料留在上層，強(qiáng)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(hù)不及時，廊道內(nèi)養(yǎng)護(hù)不充分。

（3）受開挖邊坡影響產(chǎn)生基礎(chǔ)約束，新澆筑混凝土在降溫收縮和干燥收縮過程中基礎(chǔ)混凝土約束導(dǎo)致廊道側(cè)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(cè)支孔處廊道前墻變薄，由于晝夜溫差所形成的溫度應(yīng)力較大，較容易出現(xiàn)裂縫，后續(xù)在類似處廊道頂增設(shè)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(jié)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(bǔ)法、局部填充法、灌漿法[3]三種處理方法。

4.2 表面修補(bǔ)法

對于細(xì)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(bǔ)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(bǔ)材料直接填充裂縫，該方法簡單且費(fèi)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(cè)各0.1m，用手持風(fēng)鉆45°角斜穿縫面交錯鉆孔，孔徑Φ14mm，鉆孔與裂縫的理論交點(diǎn)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(jié)束之后將水管深入孔底加大給水量對鉆孔進(jìn)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(shè)孔口管。用干硬性水泥在穿縫灌漿孔口埋設(shè)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(nèi)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(shè)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(nèi)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(biāo)號水泥砂漿對裂縫進(jìn)行修復(fù)漏水口，干燥縫面則嵌入預(yù)先準(zhǔn)備好的干硬性水泥漿或水泥砂漿，為保證嵌縫質(zhì)量需薄層重壓。

燕尾槽頂部需預(yù)埋排氣孔，避免縫內(nèi)因封閉導(dǎo)致氣體無處排放導(dǎo)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(dǎo)水處理，先在大漏水處埋管導(dǎo)流，然后再堵小漏水縫隙；集滲漏為線漏，集線漏為點(diǎn)漏，使漏水全部從導(dǎo)管引出。

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

清洗裂縫面時在裂縫面底部管頭進(jìn)水口安裝水表量測出從開始進(jìn)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(yīng)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(yīng)對漏水部位進(jìn)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(xué)灌漿材料。漿液配制必須嚴(yán)格按配方、配量及加料順序進(jìn)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(shí)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(jìn)漿，其他管(孔)敞開，由低處向上灌注；當(dāng)一管(孔)進(jìn)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(yīng)注意觀測縫面增開度，使縫面增開度不大于1mm，否則應(yīng)降低灌漿壓力，以縫面的增開度來控制灌漿壓力。③結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：每5min測計(jì)一次注入量，在最大設(shè)計(jì)壓力下，注入率不大于0.05L/min后裂縫表面出漿，可結(jié)束灌漿。④灌漿結(jié)束時應(yīng)先關(guān)閉進(jìn)漿管管口閥門后再停泵，以防灌入的漿液從進(jìn)漿管口流出，并使?jié){液在有壓條件下固化。

10）封孔。待灌漿結(jié)束8小時以上方可清除預(yù)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(yàn)。使用橡膠止水栓塞卡在孔口，進(jìn)行純壓式壓水試驗(yàn)，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(jié)

針對該樞紐二線船閘不同類型混凝土裂縫，分別采取化學(xué)灌漿、局部填充及表面封閉等措施進(jìn)行處理。經(jīng)壓水試驗(yàn)和鉆孔取芯檢查得知，芯樣漿液填充飽滿、漿液黏結(jié)性好。目前該船閘經(jīng)交工驗(yàn)收，檢查中輸水廊道內(nèi)各縫隙無明顯濕跡，各項(xiàng)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(jìn)行總結(jié)，為類似工程混凝土裂縫處理提供一定的參考。