南水北調保水堰墩墻裂縫成因分析與處理措施

□石萬頂（河南華水工程管理有限公司）

南水北調保水堰墩墻裂縫成因分析與處理措施

□石萬頂（河南華水工程管理有限公司）

裂縫是鋼筋混凝土工程致命的質量問題，特別是大體積鋼筋混凝土工程，一旦裂縫，很難修復。文章結合南水北調中線一期工程天津干線保定市1段鄭村北保水堰墩墻裂縫，進行成因分析，并提出處理措施，旨在倡導針對鋼筋混凝土工程裂縫的問題，應引起足夠的重視。

裂縫；保水堰墩墻裂縫；原因分析；處理措施

1.工程概況

南水北調中線一期工程天津干線保定市1段鄭村北保水堰總長94m。分為上游漸變段15m、堰井段31m、明槽段29m及下游漸變段19m，其堰井及明槽段結構為3孔5.0m×5.0m、C30W6F150鋼筋混凝土結構。

2.施工過程和裂縫情況

鄭村北保水堰堰井及明槽段墩、胸墻混凝土按照分層澆筑施工，層厚為4.4m左右。在堰井及明槽段第一層、明槽段第二層模板拆除后，其墩墻均發(fā)現數量、長度、寬度不一的裂縫。

河北省水利工程質量檢測中心站利用平測法并結合超聲波對混凝土裂縫進行深度檢測，其結論為：

2.1 裂縫分布位置、寬度及長度

保水堰墩墻右外墻外側、右邊墻內側、中孔右墻左右側、左邊墻內外側等工程部位共發(fā)現35條混凝土裂縫，其寬度為0.06～0.36mm，長度 2.85～4.00m。

2.2 裂縫深度

根據試驗檢測需要及相關要求，裂縫深度共抽測15條，其深度為48.4～133.0mm。

3.裂縫產生的原因分析

混凝土開裂機理比較復雜，其裂縫形成的主要原因有外部氣候、混凝土的干縮、徐變和溫度引起的脹縮、混凝土原材料質量、結構體長度及養(yǎng)護達不到要求等因素。

3.1 根據保水堰墩墻混凝土澆筑質控記錄顯示，當天澆筑C30W6F150混凝土時氣溫為20～36℃，混凝土入倉溫度為19～26℃，滿足混凝土澆筑入倉溫度（≤26℃）及內外溫差（≤25℃）要求。

3.2 混凝土澆筑所用各項原材料均滿足質量及規(guī)范要求，拌合嚴格按配合比施工，拌合物質量較好，結合同期施工的箱涵混凝土均沒有發(fā)現混凝土實體出現裂縫。

3.3 保水堰墩、胸墻混凝土澆筑完成后均及時灑水養(yǎng)護。

3.4 保水堰堰井段長31m，明槽段長29m，且邊墩厚1.40m、中墩厚1.10m。已屬大體積混凝土，且其單個結構體長度已超出或接近水工建筑物允許澆筑極限長度20～30m。

因此，保水堰墩墻裂縫產生最大可能因素為保水堰結構體較長引起混凝土裂縫。保水堰墩墻混凝土澆筑數日后，混凝土水化熱已基本釋放，混凝土逐漸降溫，引起混凝土收縮，受到其底板基礎的約束，不能自由變形，導致產生溫度應力，當超過混凝土抗拉強度時，則從約束面開始向上開裂形成溫度裂縫。

4.裂縫處理方案實施細節(jié)

根據《南水北調中線干線天津干線工程混凝土結構質量缺陷及裂縫處理技術規(guī)定（試行）》中規(guī)定，裂縫宜用灌漿法處理，采用貼嘴灌漿法處理裂縫。

根據以往成功施工經驗及類似工程裂縫處理方法，保水堰裂縫采用HW水溶性聚氨酯進行化學灌漿處理和SK混凝土柔性防護涂料(防滲型)封面。

4.1 裂縫化學灌漿主要施工設備

表1 裂縫化學灌漿主要施工設備表

4.2 裂縫化學灌漿主要施工方案

灌漿工藝流程：清理→洗縫→鉆孔→貼嘴→封縫→通風→灌漿→拆嘴→表面修飾→驗收。具體操作如下：

第一，清理、洗縫：先將縫口兩側各10cm以及縫兩端各延長20cm混凝土基面打磨平整并清理縫口，再用潔凈的高壓水沖洗干凈。

第二，鉆孔：沿裂縫走向騎縫布孔，騎縫孔深度30mm左右，貼嘴間距初步定為0.30～0.50m，裂縫交叉點、尖滅點應布置貼嘴。

第三，貼嘴、封縫：貼嘴時將灌漿嘴放入騎縫孔內，用快干水泥封孔，同時采用與混凝土顏色較接近的環(huán)氧膩子刮涂封縫，封逢寬度3～4cm，封縫完成后，將裂縫附近混凝土表面清理干凈。封縫的目的是防止?jié){液外漏，提高灌漿壓力，使?jié){液壓入裂縫深部，保證灌漿質量。

第四，灌漿：灌漿順序：單條裂縫灌漿應自下而上、自一端向另一端逐嘴灌注，相鄰嘴出漿時可接管多點并聯式灌漿，對未返漿孔進行返灌。

灌漿材料：混凝土裂縫所采用的化學灌漿材料，應具有較好的滲入性及可灌性能，同時，漿材灌入裂縫后，固化物的力學性能應滿足國家相關標準所要求的指標。

灌漿設備：箱涵混凝土裂縫灌漿所使用的灌漿機，應確保流量和壓力可控，灌注時隨裂縫混凝土表面的變化，調整好灌漿機的壓力，確定灌漿最高壓力后開灌。

灌漿起始壓力及結束標準：根據以往的施工經驗，為了保證漿液在裂縫內充分擴散和充填，灌漿初始壓力控制在0.2～0.4MPa范圍內，由低向高逐漸上升，直至灌漿結束。記錄灌漿壓力、漿液用量，計算單米灌漿量。灌漿壓力在施工中視具體情況進行修正，最終壓力由試驗確定，原則是既要保證漿液的灌入，又要防止由于壓力過大導致裂縫發(fā)展，灌漿過程中應逐級提升灌漿壓力。

灌漿結束的標準：單孔吸漿率<0.05L/min，漿液灌入量已達到理論灌入量的1.5～2倍以上，當相鄰灌漿嘴出漿或裂縫表面出漿時，保持壓力1～3min。達到其中之一時即可結束本孔灌漿。

第五，拆嘴、表面修飾：灌漿結束待孔內灌漿材料固化后，對貼嘴及封縫材料進行拆除清理或把表面打平磨光；用清水將基面上的浮灰清洗干凈,待表面干燥后,涂刷BE14界面劑，界面劑涂刷薄且均勻。當界面劑指干后，在打磨范圍內涂刮SK混凝土柔性防護涂料，涂層厚2mm，寬15cm。需注意涂層2d內不能浸泡。

第六，驗收：灌漿結束28d后進行表觀檢查，并以其結果作為灌漿試驗的主要依據?？煽紤]進行小口徑（90mm以下）騎縫鉆孔取樣檢查的方法進行評定，取芯檢查的要求按照設計規(guī)范，其混凝土芯樣粘結劈拉強度、抗?jié)B性能應滿足原始混凝土設計指標C30W6F150。必要時，采用打孔壓水方法進行檢測。當漿材固化強度達到設計要求后，在需要檢查的裂縫上布設一個檢查孔，用電錘造斜孔與縫面相交，孔距縫約10cm左右。用水將孔內粉塵沖洗干凈，然后在孔口埋設阻塞器，安裝壓水設備進行壓水?？卓趬毫?.2～0.4MPa,檢查孔單孔吸水量應<0.01L/min為合格。

SK混凝土柔性防護涂層主要檢測其粘結強度和厚度。待涂層涂刷15d后強度達到要求最終強度的70%以上后可進行粘結強度檢測。選取3個位置進行粘結強度與厚度檢測，具體檢測方法如下：第一步，每處用專用刀（或電鉆）切透涂層至混凝土面，切縫形狀為直徑40cm圓形。

第二步，將標準鋼塊（直徑40cm）用專用膠粘巾在測試位置，24h后將粘結強度測試儀與標準鋼塊連接。

第三步，儀器安裝完成后開始檢測，待檢測完畢，數顯儀自動顯示其粘結強度。

5.裂縫處理

綜合考慮保水堰混凝土齡期已達3個月，裂縫已基本穩(wěn)定，為避開夏季高溫的不利影響，現對其處理分三步實施。

第一步，由專業(yè)人員對裂縫進行處理。首先在保水堰北側外墻選擇了幾條裂縫在其兩側用電鉆交叉布斜孔?？讖?4mm，孔深約15cm（斜孔深度），孔間距約25cm。然后用吹風機將孔內粉渣等吹凈，插入注漿嘴，用高壓泵進行壓水試驗。水壓從5MPa加壓至12MPa，未發(fā)現水從裂縫處滲出，換嘴從下至上重復試驗，結果一樣未從表面裂縫處滲水。后又在各條縫上將孔深降為6cm，重復上述過程，將水壓從5MPa加壓至8MPa，發(fā)現大部分裂縫都能從表面處滲水。表明裂縫深度基本在6～15 cm(斜孔深度)，垂直混凝土表面深度約為4～10cm。

第二步，在保水堰南側外墻裂縫寬較大處，按上述施工過程進行布孔、插注漿嘴及壓水試驗，孔深變?yōu)?cm。發(fā)現水能從裂縫表面滲出，然后采用水溶性聚氨酯灌漿材料進行化學灌漿處理。高壓泵壓力從10MPa加壓至12MPa，歷時20多分鐘，發(fā)現灌漿材料很難灌入裂縫，效果不佳。

第三步，在保水堰南北墻外側選取多條裂縫取芯試驗。從現場取芯發(fā)現，裂縫走向基本與墻體主筋平行，其由表及里逐漸變細，至主筋處基本消失。

針對裂縫處理情況，保水堰裂縫為非貫穿性裂縫，屬于表面裂縫，且絕大多數縫寬在0.2mm以內，部分縫寬在0.2mm以上的也是局部區(qū)段，采用水溶性聚氨酯灌漿材料進行化學灌漿處理效果較差。根據《南水北調中線干線天津干線工程混凝土結構質量缺陷及裂縫處理技術規(guī)定（試行）》：噴涂法適用寬度<0.3mm的表面裂縫，灌漿法適用于深層裂縫和貫穿穿裂縫。建議將灌漿法更改為噴涂法。

綜上所述，裂縫形成的原因主要是受結構體長度、溫度及混凝土澆筑時段等諸多因素影響而形成，其類型主要表現為溫度裂縫和干縮裂縫，且均為豎向分布。裂縫基本上不會影響結構運行安全，但對滲漏和混凝土耐久性會產生一定影響，采取相應的處理措施是必要的。

6.結語

裂縫是鋼筋混凝土工程致命的質量問題，現雖有各種補縫措施，但效果并不理想。其處理不當，將對工程的安全運行產生較大的質量、安全隱患。影響裂縫的原因很多，其中溫度應力為主要因素。在工程施工實踐中，要根據工程所處的環(huán)境條件，認真分析每一個影響因素，采取相應的對策和措施，其裂縫是可以控制的。

2012-07-30