周成洋， 林 立， 沈 明

(江蘇省淮沭新河管理處， 江蘇 淮安 223001)

某水閘工程設(shè)計(jì)流量100 m3/s。閘室采用胸墻式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，共3孔，單孔凈寬8.0 m，順?biāo)鞣较蜷L18.0 m，閘底板頂面高程4.5 m(廢黃河高程，下同)。閘門采用平面定輪直升式鋼閘門，配QP-2×250kN-11 m卷揚(yáng)式啟閉機(jī)。閘身上游側(cè)交通橋總寬9.0 m，橋面高程14.5 m。

該工程設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇，等別為Ⅱ等，主要建筑物等級(jí)為1級(jí)，次要建筑物為3級(jí)，臨時(shí)性建筑物級(jí)別為4級(jí)，交通橋汽車荷載設(shè)計(jì)等級(jí)為公路-Ⅱ級(jí)。工程場(chǎng)地區(qū)域地震動(dòng)峰值加速度為0.15 g，地震基本烈度為7度。

2020年12月22日閘底板澆筑完成，閘墩、交通橋、胸墻及便橋一次性澆筑，于2021年1月18日19：30開始澆筑，1月20日凌晨1：00澆筑完成，澆筑期間夜間氣溫最低至-1℃，白天最高溫度10℃，帶模保濕保溫養(yǎng)護(hù)，1月29日開始拆除兩側(cè)邊墩臨土側(cè)側(cè)模板，拆除側(cè)模后檢查發(fā)現(xiàn)有7道裂縫，停止拆模，定期觀察，至2月20日無變化，3月1日邊墩、中墩模板全部拆完，在邊墩臨水側(cè)及中墩又發(fā)現(xiàn)7道裂縫。

1 裂縫部位結(jié)構(gòu)概況

節(jié)制閘閘墩共2個(gè)邊墩和2個(gè)中墩，混凝土標(biāo)號(hào)為C25，長18.0 m，高10 m，底部高程為▽4.5 m，頂部標(biāo)高▽14.5 m。閘墩厚度：中墩為1.2 m，邊墩1.4 m。

施工配合比為水泥：330 kg/m3，黃砂：750 kg/m3，碎石：990 kg/m3，粉煤灰60 kg/m3，水：165 kg/m3，外加劑：8 kg/m3，混凝土坍落度15±3 cm。

施工過程中實(shí)測(cè)混凝土坍落度14.5 cm、16 cm、15.5 cm。

閘墩裂縫位置見圖1、圖2。

圖1 右側(cè)閘墩裂縫位置

圖2 左側(cè)閘墩裂縫位置

2 裂縫觀測(cè)情況

裂縫發(fā)現(xiàn)后項(xiàng)目部立即安排人員進(jìn)行觀測(cè)，并對(duì)裂縫進(jìn)行編號(hào)，形成詳細(xì)的裂縫觀測(cè)記錄。見表1。

表1 裂縫觀測(cè)記錄統(tǒng)計(jì)

據(jù)觀測(cè)，閘墩混凝土裂縫的最大寬度為0.21 mm，最小寬度為0.02 mm，最大縫長5.8 m(左側(cè)邊墩)，最小縫長1.5 m。觀測(cè)期間所有裂縫均未有擴(kuò)展。因1-1與2-1、1-2與2-2、3-1與4-1、7-1與8-1裂縫所在墩墻的位置對(duì)稱。

3 裂縫成因初步分析

經(jīng)研究分析，引起混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫的主要原因如下：①結(jié)構(gòu)次應(yīng)力導(dǎo)致的裂縫；②外荷載導(dǎo)致的裂縫；③變形變化導(dǎo)致的裂縫。工程實(shí)踐中最常見的裂縫就是變形變化引起的，主要成因是由溫度、濕度、不均勻沉降等因素反復(fù)作用引起的結(jié)構(gòu)變形[1]。

3.1 結(jié)構(gòu)次應(yīng)力導(dǎo)致的裂縫

(1)直接應(yīng)力裂縫

設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)力與配筋計(jì)算錯(cuò)誤、斷面設(shè)計(jì)不足等引起裂縫；施工時(shí)，改變結(jié)構(gòu)應(yīng)力、現(xiàn)場(chǎng)施工安裝不規(guī)范等引起裂縫。

(2)次應(yīng)力裂縫

在設(shè)計(jì)外荷載作用下，由于結(jié)構(gòu)物的實(shí)際工作狀態(tài)與常規(guī)計(jì)算有出入，從而在某些部位引起次應(yīng)力導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開裂。

3.2 外荷載導(dǎo)致的裂縫

混凝土結(jié)構(gòu)在受到外荷載(動(dòng)荷載、靜荷載及結(jié)構(gòu)實(shí)際工作狀態(tài)超出設(shè)計(jì)所產(chǎn)生的應(yīng)力)作用下，應(yīng)力超過材料強(qiáng)度引起結(jié)構(gòu)和構(gòu)件開裂。

荷載導(dǎo)致的裂縫有受剪裂縫、受彎裂縫、受扭裂縫、受壓裂縫等，大多數(shù)是豎向裂縫和水平裂縫，只有少量的斜裂縫和不規(guī)則裂縫。

3.3 變形變化導(dǎo)致的裂縫

(1)施工中溫度變化產(chǎn)生的裂縫

混凝土具有熱脹冷縮性質(zhì)，當(dāng)其內(nèi)外溫差產(chǎn)生變形和溫度應(yīng)力，一旦溫度應(yīng)力超過混凝土能承受的極限抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生溫度裂縫。

混凝土澆筑后，前期混凝土對(duì)水泥水化熱急劇溫升導(dǎo)致變形約束較小，相應(yīng)的溫度應(yīng)力也較小，不會(huì)產(chǎn)生溫度裂縫。隨著混凝土齡期的增加，水泥水化熱大量釋放，混凝土內(nèi)部溫度急劇升高，內(nèi)外形成溫差，當(dāng)溫度應(yīng)力超過同齡期混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)，便出現(xiàn)溫度裂縫[2]。

混凝土結(jié)構(gòu)在施工過程中，外界氣溫的變化對(duì)混凝土開裂有著重要影響。外界氣溫越高，混凝土澆筑溫度也越高；若外界溫度下降，特別是氣溫驟降，會(huì)大大增加內(nèi)外層混凝土的溫度差，容易形成過度的溫度應(yīng)力，造成混凝土出現(xiàn)裂縫[3]。

(2)干縮裂縫

混凝土硬化過程中，表面層水分蒸發(fā)，導(dǎo)致體積收縮變形，產(chǎn)生的裂縫為干縮裂縫，一般呈龜裂狀。

(3)塑性裂縫

塑性裂縫是指混凝土澆筑后尚處于一定的塑性狀態(tài)，水泥水化反應(yīng)激烈，混凝土內(nèi)部水分急劇蒸發(fā)，導(dǎo)致失水收縮而產(chǎn)生的裂縫。由于收縮的作用，這些裂縫通常沿鋼筋層分布。

(4)基礎(chǔ)不平整或不均勻沉降

部分混凝土裂縫與基礎(chǔ)不平整或不均勻沉降有關(guān)。受混凝土自重和荷載的作用基礎(chǔ)易產(chǎn)生沉降，會(huì)產(chǎn)生裂縫。

3.4 本工程墩墻產(chǎn)生裂縫的原因

混凝土裂縫的成因很復(fù)雜，但從本工程的裂縫分布和走勢(shì)分析，主要成因：一是因施工期處于冬天，室外溫度低，閘墩較厚：中墩為1.2 m，邊墩1.4 m，混凝土澆筑施工時(shí)，其內(nèi)部水化熱產(chǎn)生的溫度和混凝土表面溫差較大，內(nèi)外溫差產(chǎn)生應(yīng)力和應(yīng)變導(dǎo)致產(chǎn)生溫度裂縫；二是因大體積混凝土帶模保溫、保濕養(yǎng)護(hù)時(shí)間短，尤其夜間溫度降至-1℃，混凝土表面溫度驟降，產(chǎn)生表面收縮應(yīng)力；三是因閘底板較閘墩先澆近一個(gè)月，收縮變形基本穩(wěn)定，閘墩澆筑后收縮變形受到底板混凝土約束，從而產(chǎn)生拉應(yīng)力。綜上所述，本工程閘墩裂縫形成原因應(yīng)為溫度、收縮應(yīng)力與底板混凝土約束共同作用的結(jié)果。

4 裂縫處理措施

4.1 處理措施

本工程的裂縫處理主要采用涂刷法和灌漿法。對(duì)小于0.2 mm的淺層細(xì)微裂縫，采用涂刷水泥厚漿封閉處理；對(duì)大于0.2 mm以上的裂縫，則采用化學(xué)灌漿，即“壁可法”。

本文主要介紹“壁可法”施工方法，灌注材料采用環(huán)氧樹脂灌縫膠(性能見表2)，具有滲透力強(qiáng)、流動(dòng)性好、粘結(jié)牢固、固化性能靈活可控、適用性高等優(yōu)點(diǎn)。通過埋設(shè)灌膠嘴，將環(huán)氧灌漿料灌入縫內(nèi)，灌漿膠在一定的壓力下擴(kuò)散滲透到不密實(shí)部位，堵塞孔隙，對(duì)結(jié)構(gòu)裂縫起到堵水、補(bǔ)強(qiáng)、加固等作用[4]。

表2 環(huán)氧樹脂灌縫漿材力學(xué)性能

4.2 施工過程

灌漿流程：混凝土表面清理→鉆孔→埋設(shè)灌膠嘴→縫面封閉→試漏檢驗(yàn)→灌漿→封孔→灌膠效果檢驗(yàn)→縫面處理。

(1)縫面清理。用鋼絲刷沿裂縫走向?qū)捈s5 cm范圍掃除灰塵、污物等，對(duì)裂縫兩側(cè)有較多細(xì)微龜裂的部位，應(yīng)清理至8～10 cm寬。

對(duì)較寬裂縫，用錘子和鋼釬鑿除縫兩側(cè)表層混凝土，露出堅(jiān)實(shí)的混凝土表面為宜。最后用壓縮空氣吹凈縫面，并用略潮濕的抹布擦除表面的浮塵并徹底晾干[1]。

(2)鉆孔。布孔方式：斜孔和垂直孔。用手持電鉆，在斜孔中心距離裂縫5～10 cm處，孔與混凝土面成45°～60°夾角，沿裂縫方向鉆進(jìn)，孔徑14 mm，孔深20 cm以上，孔距20～40 cm，孔身與裂縫相交[5]。

(3)埋設(shè)灌膠嘴。在裂縫部位埋設(shè)灌膠嘴，灌膠嘴的間距根據(jù)裂縫大小、走向及結(jié)構(gòu)形式而定，一般縫寬0.2～0.4 mm時(shí)灌膠嘴間距為30～50 cm，在每條裂縫上要設(shè)置進(jìn)膠口、排氣孔或出膠口。灌膠嘴埋設(shè)時(shí)應(yīng)特別注意防止堵塞。

(4)縫面封閉。鉆孔及清孔結(jié)束后，對(duì)裂縫面采用堵漏劑封閉，在裂縫部位用油灰刀往復(fù)涂刮，均勻涂抹一層環(huán)氧樹脂灌縫膠，將裂縫全部封閉。施工時(shí)要注意防止小氣泡及密封不嚴(yán)。

(5)試漏檢驗(yàn)。一般情況下，在縫面封閉后1～2 d可進(jìn)行試漏檢驗(yàn)?？刹捎酶邏簹怏w或者壓力水進(jìn)行試漏試驗(yàn)，來檢查裂縫的密封效果及貫通情況，發(fā)現(xiàn)遺漏及時(shí)修補(bǔ)[6]。

(6)灌漿。用灌漿泵將環(huán)氧樹脂灌縫膠沿裂縫方向進(jìn)行灌注，灌漿壓力一般控制在0.3～0.5 MPa，灌漿順序?yàn)樽韵露希梢欢说搅硪欢艘来芜B續(xù)進(jìn)行。在保證灌膠順暢的情況下，采用較低的灌膠壓力和較長的灌膠時(shí)間，可獲得更好的灌膠效果。可對(duì)鉆孔進(jìn)行反灌，待相鄰灌膠嘴冒出灌漿液后關(guān)閉此嘴閥門，直到上部排氣孔有漿液流出時(shí)結(jié)束，依次循環(huán)完成裂縫的灌漿[5]。

(7)拆除灌膠嘴。待裂縫內(nèi)灌縫膠初凝后，即可拆除灌膠嘴，用水泥砂漿將灌漿孔封口抹平并清除表面。

(8)灌膠效果檢驗(yàn)。灌膠結(jié)束后檢驗(yàn)灌膠效果和質(zhì)量，若有不密實(shí)等不合格情況，應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)注。

灌膠效果一般可采用壓水檢查，在裂縫處設(shè)置檢查孔，基本不吸水不滲漏即可認(rèn)為合格。

5 結(jié) 語

水閘閘墩裂縫是由于外荷載、溫度變化、收縮變形、結(jié)構(gòu)約束等多種因素共同作用的結(jié)果，不同裂縫產(chǎn)生的危害也不盡相同。但通過實(shí)例分析，對(duì)于混凝土裂縫，應(yīng)以預(yù)防為主，并采取有一定針對(duì)性的處理措施，就能有效減小閘墩裂縫可能產(chǎn)生的不利影響，保證構(gòu)造物的正常使用。