童 偉，楊德超，袁 瓊，嵇紅剛

(中國水電顧問集團(tuán)成都勘測設(shè)計(jì)研究院，四川 成都 610072)

1 前 言

混凝土是一種由砂石骨料、水泥、水及其他外加材料混合而成的非均質(zhì)脆性材料。由于混凝土施工、本身變形和約束等一系列問題，使混凝土裂縫成了土木工程中最常見的工程病害。但是由于水利工程的特殊性，如不及時(shí)處理裂縫，在各種外力的作用下，尤其是在高水頭的水壓力以及侵蝕性媒介對裂縫的破壞性作用，可能會(huì)使裂縫進(jìn)一步擴(kuò)張和蔓延，輕者使水工建筑物混凝土內(nèi)部的鋼筋腐蝕，嚴(yán)重的將降低水工建筑物整體穩(wěn)定性，引起建筑物漏水、失穩(wěn)等問題，影響建筑物的安全性和耐久性，影響工程效益的正常發(fā)揮。因此對混凝土裂縫的控制已成為水利工程建設(shè)引起高度重視的問題之一。

2 水工混凝土裂縫產(chǎn)生的因素［1］

導(dǎo)致水工建筑物產(chǎn)生裂縫因素有以下9種:(1)大體積混凝土水化時(shí)產(chǎn)生的大量水化熱得不到散發(fā)，導(dǎo)致混凝土內(nèi)外溫差較大，使混凝土的形變超過極限而引起裂縫;(2)混凝土在硬化的過程中，由于干縮引起的體積變形受到約束而產(chǎn)生的裂縫;(3)在厚度較大的構(gòu)件中，由混凝土的塑性塌落引起的裂縫;(4)當(dāng)有約束時(shí)，混凝土熱脹冷縮產(chǎn)生的體積脹縮，因?yàn)槭芗s束力的限制，在內(nèi)部產(chǎn)生的溫度應(yīng)力超過了混凝土抗拉強(qiáng)度，從而產(chǎn)生溫度裂縫;(5)混凝土加水拌和后，水泥中的堿性物質(zhì)與活性骨料中的活性氧化硅等起反應(yīng)，使體積增大，產(chǎn)生裂縫;(6)混凝土表面蒸發(fā)過快，造成混凝土內(nèi)部水化熱過高，在混凝土澆筑數(shù)小時(shí)后仍處于塑性狀態(tài)，產(chǎn)生塑性收縮裂縫;(7)當(dāng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)出現(xiàn)不均勻沉陷，就有可能產(chǎn)生裂縫;(8)當(dāng)鋼筋混凝土處于不利環(huán)境中，如侵蝕性水，由于混凝土保護(hù)層厚度有限，特別是當(dāng)混凝土密實(shí)性不良，環(huán)境中的氯離子等和溶于水中的氧會(huì)使混凝土中的鋼筋生銹，生成氧化鐵，氧化鐵的體積比原來金屬的體積大得多，鐵銹體積膨脹對周圍混凝土擠壓，使混凝土脹裂;(9)施工材料質(zhì)量及過程中混凝土的養(yǎng)護(hù)不到位等。

3 混凝土裂縫的處理方法

混凝土裂縫處理方法可歸納為3個(gè)方面［2］:

(1)表面處理。采取的處理方法有:①表面涂抹，即用水泥漿、水泥砂漿、防水快凝砂漿、環(huán)氧基液及環(huán)氧砂漿等涂抹在裂縫部位的混凝土表面。表面涂抹處理只能用于非流水表面的堵縫截漏;②表面粘補(bǔ)，即用膠粘劑把橡皮或其他材料粘貼在裂縫部位的混凝土表面上，達(dá)到封閉裂縫、防滲堵漏的目的。表面粘補(bǔ)主要用于修理對水工建筑物強(qiáng)度沒有影響的裂縫，尤其用在修補(bǔ)伸縮縫及溫度縫上。

(2)內(nèi)部灌漿處理。一般采用鉆孔灌漿方法。對于淺縫和某些僅需防滲堵漏的裂縫可采用騎縫灌漿方法。灌漿材料常用水泥和化學(xué)材料，視裂縫的性質(zhì)、開度和施工條件等具體情況而定。對于開度大于0.3mm的裂縫，一般用水泥灌漿;對于開度小于0.3mm的裂縫，宜采用化學(xué)灌漿。

(3)鑿槽補(bǔ)強(qiáng)加固處理。①鑿槽嵌補(bǔ)，即沿混凝土裂縫鑿一深槽，槽內(nèi)嵌填防水材料，如環(huán)氧砂漿、瀝青油膏、干硬性砂漿、聚氯乙烯膠泥、預(yù)縮砂漿等，以防內(nèi)水外滲或外水內(nèi)滲。鑿槽嵌補(bǔ)主要用于對結(jié)構(gòu)強(qiáng)度沒有影響的裂縫。②噴漿修補(bǔ)，即在裂縫部位并已經(jīng)鑿毛處理的混凝土表面上噴射一層密實(shí)且高強(qiáng)度的水泥砂漿保護(hù)層，達(dá)到封閉裂縫、防滲堵漏、提高混凝土表面抗沖耐蝕能力的目的。根據(jù)裂縫部位、性質(zhì)和修理要求等，可采用無筋素噴漿、掛網(wǎng)噴漿、掛網(wǎng)噴漿與鑿槽嵌補(bǔ)相結(jié)合的方法。

4 工程應(yīng)用實(shí)例

4.1 工程案例

西南地區(qū)某水閘布置有5孔沖沙閘，閘室長度46.00m，基礎(chǔ)置于弱風(fēng)化砂質(zhì)黏土巖上，閘底板厚8m，前后設(shè)齒墻，最大閘高54.00m。沖沙閘采用閘室分縫分離式結(jié)構(gòu)，中閘墩厚度為4.90m，左側(cè)邊閘墩厚度4.50m。沖沙閘自混凝土澆筑開始，在閘底板及閘墩上都出現(xiàn)了不同程度的裂縫。其中3號閘底板裂縫平面分布圖如圖1所示。

圖1 3號閘底板裂縫平面分布

根據(jù)現(xiàn)場對3號及4號閘底板出現(xiàn)的裂縫進(jìn)行的聲波檢測資料分析可知:3號閘墩左側(cè)裂縫深度為3.8～4.0m，在裂縫下方4.0～5.4m深度段發(fā)育有閉合性裂縫，到閘墩右側(cè)裂縫深度為1.0～1.6m，在裂縫下方1.0～2.6m深度段發(fā)育有閉合性裂縫;4號閘墩左側(cè)裂縫深度為2.0～2.4m，在裂縫下方2.0～4m深度段發(fā)育有閉合性裂縫。

4.2 原因分析

根據(jù)沖沙閘溫度仿真的分析可知，在混凝土采取大壩中低熱水泥、控制混凝土的入倉溫度及注重混凝土養(yǎng)護(hù)等措施后，混凝土裂縫是可以控制的。但是在實(shí)際的澆筑過程中，由于實(shí)際和計(jì)算分析的邊界條件有較大的出入，從而導(dǎo)致沖沙閘澆筑過程中出現(xiàn)了不少裂縫。初步分析主要有以下原因:

(1)沖沙閘混凝土中的水泥采用普通硅酸鹽水泥，特別是初期發(fā)熱量高。水泥出廠后直接運(yùn)用到施工現(xiàn)場工地，導(dǎo)致水泥的入罐溫度高達(dá)100℃，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于規(guī)范規(guī)定的要求。

(2)沖沙閘混凝土的骨料采用人工骨料。由于對棒磨系統(tǒng)的管理運(yùn)行不善，導(dǎo)致人工砂的細(xì)度模數(shù)為3.3，較規(guī)范相比偏高。而且骨料的堆放也不規(guī)范，基本上屬于露天堆放，導(dǎo)致雨季時(shí)骨料的含水率及含泥量都嚴(yán)重超標(biāo)。

(3)根據(jù)規(guī)范［3］規(guī)定，混凝土澆筑完畢后，應(yīng)及時(shí)灑水養(yǎng)護(hù)?，F(xiàn)場澆筑后混凝土倉面未得到及時(shí)有效的保護(hù)，從而導(dǎo)致混凝土由于干縮、內(nèi)外溫差大等原因出現(xiàn)了裂縫。

4.3 處理措施

裂縫處理采取“探測－分類－處理”的方式。

(1)裂縫性狀統(tǒng)計(jì):對已出現(xiàn)的裂縫進(jìn)行系統(tǒng)的檢測和記錄，為裂縫的分類提供基礎(chǔ)資料。檢測的內(nèi)容包括裂縫出現(xiàn)的工程部分、數(shù)量、產(chǎn)狀、形狀、縫面狀態(tài)、縫隙狀態(tài)、滲水狀態(tài)等方面。對于影響結(jié)構(gòu)整體安全性、強(qiáng)度及防滲性能的裂縫，應(yīng)查明裂縫與時(shí)間、溫度、濕度、受載時(shí)間的變化關(guān)系。

(2)裂縫的分類:依據(jù)探測的裂縫深度對裂縫進(jìn)行分類:一類裂縫:表層裂縫，指深度在0.1～20.0cm之間的裂縫;二類裂縫:淺層裂縫，指深度在20.0～40.0cm之間的裂縫;三類裂縫:深層裂縫，指深度在40.0～150.0cm之間的裂縫;四類裂縫:貫穿裂縫，指深度大于150cm的裂縫，以及混凝土結(jié)構(gòu)被裂縫水平方向或豎直方向貫通的裂縫。

(3)裂縫的處理:依據(jù)出現(xiàn)裂縫的深度，對裂縫進(jìn)行分類后，針對不同類型的裂縫進(jìn)行不同的處理方案，分別采用鑿槽填縫、化學(xué)灌漿、鋪設(shè)限裂鋼筋網(wǎng)等措施。其中化學(xué)灌漿措施具體如下:

①裂縫封閉:a.溢流面裂縫采用環(huán)氧膠泥封閉:在以裂縫紋路為中心左右10cm范圍內(nèi)打磨出新鮮的混凝土，采用丙酮清洗干凈之后將順裂縫用環(huán)氧膠泥封閉，讓其自然固化粘結(jié)牢固。b.非溢流面裂縫采用開槽封閉:順騎裂縫鑿槽10cm×10cm，用微膨脹混凝土填槽。②灌漿:順裂縫呈梅花形布置鉆孔，孔間距宜選擇80～100cm，自下而上、由低向高，單孔逐一連續(xù)進(jìn)行灌漿。深度在0～150cm之間的裂縫灌漿壓力宜采用0.3～0.6 MPa;深度大于150cm的裂縫灌漿即深孔灌漿，灌漿壓力可采用0.5～1.0 MPa。灌漿漿材主要選用潮濕型改性環(huán)氧樹脂HK－G－2。灌漿排氣孔的選擇一般要大于裂縫的深度尺寸，當(dāng)排氣、水孔冒出濃漿后，即可封閉該排氣水孔，并將正在灌漿的孔與該排氣水孔之間的待灌漿孔全部打開，待全部冒濃漿后立即封閉，然后每孔逐一補(bǔ)充灌漿，并達(dá)到結(jié)束條件后可視為該段灌漿結(jié)束;然后選擇排氣孔為灌漿孔，選擇合適的孔位作為下一段裂縫灌漿的排氣、水孔，進(jìn)行下一個(gè)階段的灌漿。依此類推，直至該裂縫灌漿結(jié)束。灌漿開始時(shí)，需控制壓力和進(jìn)漿速率，逐漸提高灌漿壓力(一般不大于混凝土抗壓強(qiáng)度的8%～10%至相鄰灌漿孔或縫面冒漿后，保持30～60s即可結(jié)束本孔(或該裂縫)灌漿，改灌相鄰灌漿孔(或裂縫)。③灌漿效果檢查及驗(yàn)收:灌漿結(jié)束7d后在灌漿孔距中間點(diǎn)進(jìn)行鉆孔取芯檢查灌漿效果。隨機(jī)選取混凝土裂縫鉆1～2個(gè)檢查孔，觀察取出的芯樣被漿液充填情況，并進(jìn)行壓水試驗(yàn)。

5 結(jié)束語

水工混凝土建筑物從建設(shè)到使用，涉及設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理、管理等各方，工程產(chǎn)生裂縫是不可避免的，在一定的范圍內(nèi)也是可以接受的。只是要采取有效的措施將其危害程度控制在一定的范圍之內(nèi)，對水工建筑物安全是不會(huì)產(chǎn)生不良影響的。但在施工中應(yīng)盡量采取有效措施控制裂縫產(chǎn)生，使結(jié)構(gòu)盡可能不出現(xiàn)裂縫或盡量減少裂縫的數(shù)量和寬度。一旦產(chǎn)生裂縫，應(yīng)先探明原因，再采取合理的處理措施，以確保水工混凝土建筑物的安全性和耐久性。

［1］《水利水電施工手冊》編委會(huì).水利水電施工手冊－混凝土工程［M］.北京:中國電力出版社，2002.

［2］梅孝威.水利水電工程技術(shù)管理［M］.北京:中國水利水電出版社，2003.

［3］中國長江三峽開發(fā)總公司.DL/T 5144－2001《水工混凝土施工規(guī)范》［S］.北京:中國電力出版社，2002.