浅析水闸混凝土裂缝处理方法

【摘要】大中型水闸建设涉及闸墩、隔离墩、翼墙等大体积混凝土施工，由于其结构尺寸较大，易在其表面或者沿构件整体产生裂缝。水闸混凝土出现裂缝是常见病，通过科学级配、严格施工、合理养护，危害大的裂缝是可以避免的，但对于细小裂缝的产生，一直未能得到很好地解决。裂缝的出现给水闸带来了多方面不同程度的危害，也越来越受到工程界的重视。本文针对乌牛水闸工程中出现的混凝土裂缝问题进行了分析，并提出了相应的处理方案。

【关键词】水闸；混凝土裂缝；裂缝处理

1 工程概况

温州市乌牛水闸工程位于乌牛溪流域下游与瓯江汇合处，温州大桥北端西侧，永嘉县与乐清市交界处，是乌牛溪流域主要的泄洪和挡潮闸。

水闸工程等别为Ⅲ等，规模为5孔，每孔净宽8m，总净宽40m。闸平面布置采用中间隔离墩(隔离墩左侧3孔、右侧2孔)方案，设计排涝流量为740m3/s，设计标准排涝20年一遇，挡潮50年一遇，闸底板高程-1.0m；闸前河道主河槽宽70m，上游引河底高程-1.0m。闸室结构为胸墙式，胸墙底高程3.0m，闸顶高程与堤顶高程为5.85m，上下游翼墙采用C30钢筋砼挡墙，上游翼墙顶高程4.5m，下游翼墙顶高程4.00m，闸室上下游设置隔离墩，上游段长27.6m，下游段长59.4m。闸室顺水流方向长18m，闸室上部布置启闭房、交通桥和人行桥，启闭机室内设检修平台、启闭机平台、配电室、发电机室、仓库及工作室等。

2 水闸混凝土裂缝分布及产生原因分析

2.1 裂缝分布情况

上游护坦段对应的隔离墩立面图

在工程施工期间的一次安全生产例行检查时发现已浇筑的结构砼中8处有不同程度的细微裂缝和贯穿裂缝，具体部位如下：

（1）上游隔离墩：距上游圆弧头隔离墩6.9m处在高程-1.0～2.76m之间裂缝宽度0.02～0.35mm，其中-1.0～-0.3m高程和0.3～0.7m高程为贯穿裂缝。

（2）上游右岸翼墙（防渗段）：① 距上游侧闸室边墩12.1m处在高程-1.0～1.11m之间裂缝宽度0.02～0.15mm，无贯穿裂缝；② 距上游侧闸室边墩8.4m处在高程-1.0～1.74m之间裂缝宽度0.02～0.15mm，其中-1.0～-0.5m高程为贯穿裂缝；③ 距上游侧闸室边墩3.4m处在高程-1.0～1.25m之间裂缝宽度0.02～0.15mm，无贯穿裂缝。

（3）下游右岸一级消力池对应的翼墙（防渗段）：① 距下游侧闸室边墩6.8m处在高程-2.5～1.03m之间裂缝宽度0.02～0.35mm，其中-2.5～-1.8m高程为贯穿裂缝；② 距下游侧闸室边墩9.3m处在高程-2.5～0.35m之间裂缝宽度0.02～0.35mm，其中-2.5～-2.0m高程为贯穿裂缝；③ 距下游侧闸室边墩15.6m处在高程-2.5～0.97m之间裂缝宽度0.02～0.35mm，无贯穿裂缝。

（4）下游右岸一级消力池对应的隔离墩：距下游侧闸室边墩13.7m处在高程-2.5～0.65m之间裂缝宽度0.02～0.15mm，无贯穿裂缝。

（5）下游右岸二级消力池对应的翼墙（非防渗段）：距上游侧海漫段翼墙4.5～7.6m处在高程-3.5～0.19m之间裂缝宽度0.02～0.15mm，其中在-3.2～-1.8m高程，水平长3.1m为贯穿裂缝。

以上各部位在发现裂缝后，每隔10～15天进行观测一次，经2个月左右连续不断的观测，裂缝基本处于稳定状态，未发现有进一步扩展的趋势。

2.2 裂缝产生原因分析

乌牛水闸工程混凝土均采用商品混凝土，在裂缝发现后，各参建单位及相关专家进行原因分析。在查阅了包括混凝土配合比单、混凝土抗压强度报告、混凝土浇注记录、混凝土测温记录、施工日志、混凝土拆模时间及商品混凝土生产厂家的有关资料，结合有关的质量检测机构对混凝土裂缝进行检测结果得出以下结论：①高温浇筑。该工程右岸翼墙及隔离墩浇筑恰逢8月份高温时段，虽浇筑时已基本选择在温度相对较低时段进行，但由于浇筑部位结构尺寸较大，大量的水化热聚积在混凝土内部而不易散发，导致内部温度急剧上升，而混凝土表面散热较快，这样就形成内外的较大温差，造成内部与外部热胀冷缩的程度不同，使混凝土表面产生一定的拉应力，当拉应力超过混凝土的抗拉强度极限时，混凝土表面就会产生裂缝。②基础约束。翼墙、隔离墩基础与上部结构的施工问隔为15～28d，根据混凝土的强度试验报告来分析，上部结构施工时，其基础混凝土的强度已接近设计值，因而有可能在基础混凝土与翼墙、隔离墩混凝土之间产生类似新旧混凝土结合的约束作用，基础混凝土约束墙身混凝土的收缩变形而使混凝土产生开裂。

3 裂缝修补方案及施工工艺

3.1 施工方案

针对不同部位的裂缝宽度及以往裂缝处理经验，参考其它工程裂缝处理方案，采用“治本为主，治表为辅，表本结合，综合治理”的处理方案，根据不同宽度的混凝土裂缝进行不同的处理，从而实现防渗功能。对于裂缝较宽及贯穿的部位，采用聚氨酯堵漏灌浆材料填充混凝土内部的裂缝和孔隙；对于裂缝较小的部位（缝宽≤0.1mm），用水泥基渗透结晶型防水产品赛柏斯（XYPEX）涂刷混凝土表面，在今后的水力的作用下，渗透进混凝土缝隙内，与混凝土的成份在结构内部发生反应，生成不溶的树枝状纤维晶体来填充混凝土裂缝。通过二者的有效结合，从而达到防水补强和保护混凝土免受水的侵蚀的治理效果。

3.2 施工工艺

3.2.1 对于裂缝较宽及贯穿的部位

缝面清洗____钻孔____注浆钉埋设____灌浆____清除注浆钉及去除混凝土表面的钙质分解物及其它杂物____涂刷XYPEX浓缩剂二遍。

根据本工程的特点，对于裂缝较宽及贯穿的部位，采用聚氨酯堵漏灌浆材料，进行裂缝修补处理，其施工工艺如下：

（1）清洗：清理封堵混凝土表面，去除表面的钙质分解物及其它杂物。

（2）钻孔：按混凝土结构厚度，距离裂缝约50～100mm，沿裂缝方向两侧交叉钻孔或骑缝钻孔。孔径采用14mm钻头，孔距10～15cm。钻孔孔深按墙板厚的2/3，具体孔深根据现场结构裂缝实际情况调整。

（3）注浆钉埋设：用工具埋设并紧固，保证钉头的橡胶部份及孔壁在未使用前干燥，否则在紧固时容易引起打滑。

（4）灌浆：灌注浆液应从结构立面由下往上灌注（或从一端往另一端灌注），当浆液从裂缝处冒出应立即停止，依次向前进行。在灌注过程中，如果浆液已灌满相邻钉头位置，可以跳开不注；如注浆后发现裂缝两端仍有裂缝延伸，或有裂缝与其交叉，应在该位置补孔，重新注浆。为使裂缝完全灌满浆液，应在浆液凝固前进行二次注浆。

（5）表面清理，对封堵混凝土表面涂刷塞柏斯二遍。

3.2.2 对于裂缝较小的部位

对于裂缝较小的部位，用水泥基渗透结晶型防水产品赛柏斯（XYPEX）涂刷混凝土表面。

（1）混凝土表面清洗：清理封堵混凝土表面，去除表面的钙质分解物及其它杂物。增加XYREX与原混凝土的粘结力，清理后表面无浮尘、无杂质。

（2）涂刷XYPEX浓缩剂：涂刷时，不能在雨中或低于4•C时的情况下施工，按体积配合比XYPEX浓缩剂：水=1：0.4，将经过计量的粉和水倒入搅拌容器内充分搅拌均匀，待处理的混凝土表面用水湿润，用半硬性鬃毛刷均匀用力往返涂刷。加水后，XYPEX混合物应在20min内用完，但随温度高低可适当缩短或延长时间，当混合物变稠时，要频繁搅动，中间不得加水。

（3）再次涂刷XYPEX浓缩剂：涂刷第二层XYPEX浓缩剂时，可在第一层涂料达到初凝后仍呈潮湿状态时进行，一般在第一层施工后3～4h后48h内进行，当发现第一层涂料干燥太快时，应稍浇水湿润，但不允许有明水，再刷第二层涂料。二次涂刷后应确保用量在1kg/m2左右，厚度约在1～1.2mm。

（4）养护：当XYPEX涂层固化到不会因洒水而流淌时，即应开始用雾状净水喷洒养护，养护频率以XYPEX表面不干燥为准。

（5）检测：修补后的检测方法一般采取取芯或压水试验。

4 主要材料性能

4.1 聚氨酯灌浆剂

聚氨酯灌浆剂是以多异氰酸酯和多羟基聚醚等进行聚合化学反应生成的高分子化学灌浆材料，亲水性好，遇水后会立即进行聚合反应，分散乳化或发泡膨胀，并与混凝土固结成弹性固结体，迅速堵塞裂缝，永久性止水。同时，该材料可灌性好，韧性佳，无收缩，与基材粘着力强，且对水质的适应性较强，即使在低温下仍可注浆使用。

表1聚氨酯灌浆剂灌浆材料主要性能指标

性能 指标

密度g/cm3（25°C） 0.98～1.10

粘度（25°C）mpa.s 100～600

诱导凝固时间.S 10～1300

膨胀率%≥ 350

4.1 赛柏斯（XYPEX）

赛柏斯（XYPEX）水泥基渗透结晶型防水产品由波特兰水泥、经过处理的极细硅砂及多种活性化学物质组成的灰色粉末状无机防水材料。它由德国化学家伦斯.杰逊在1972年发明，自60年代起在欧洲、北美作为混凝土的修补材料得到广泛的应用。使用时，只需将一定的比例的XYPEX与水混合，以灰浆的形式涂刷到混凝土表面，操作简便。

当混凝土裂缝中无水时，XYPEX中的活性成分处于休眠状态，一旦有水侵入，其中的活性成分即被激活，利用混凝土的化学特征和多孔性，以水为载体，借助渗透作用，在混凝土微孔及毛细管中传输、充盈、催化混凝土中的未完全水化成分再次发生水化反应，生成不溶的树枝状纤维晶体结构，与原混凝土结合为整体，从而使混凝土裂缝自愈封闭，达到永久防渗、提高混凝土结构强度的效果。

研究表明，在混凝土表面涂刷XYPEX后，在室内养护12个月，XYPEX结晶体可深入混凝土裂缝的深度约为30cm。同时，XYPEX有很好的耐温、耐湿、耐碳化效果，在提高混凝土强度，防止冻融破坏，保护钢筋方面作用明显。

5 结束语

水闸混凝土结构中裂缝出现的种类很多，也很常见，在严把设计、供料、施工、检测等质量关，以确保混凝土耐久性与安全性的同时，面对已经出现的裂缝，找出成因，对裂缝的大小、形态的变化进行测定，据此来判断对结构的影响，采取不同的处理措施恢复结构的使用功能，保证结构的安全使用。