水閘水工混凝土結構裂縫處理技術應用分析

付艷艷

(水發(fā)規(guī)劃設計有限公司，山東 濟南 250100)

隨著我國水利建設的不斷推進，水利工程項目的建設范圍逐漸增加。就現(xiàn)階段而言，我國仍有部分水庫大壩是20世紀60年代初到80年代修建的，受限于當時的建設水平，相關工序以及施工的設計標準相對較低，同時受施工技術落后的影響，建筑的質(zhì)量難以得到有效保障。不僅如此，經(jīng)濟發(fā)展的局限性也使得水利工程的資金投入是十分有限的[1]。在多種因素的共同作用下，該類水利工程成為了典型的“三邊”工程，也就是“邊勘探、邊設計、邊施工”，但也正是該階段的探索，為后期的水利工程發(fā)展提供了扎實的基礎[2]。在近些年環(huán)境遭受到巨大沖擊的條件下，該類水工結構單薄的壩體已經(jīng)難以滿足防洪抗洪要求，為了進一步提高水利管理的有效性，為一方安全提供可靠保障，建立相關的管理制度措施是遠遠不夠的，如何將其切實落實到實處，切實發(fā)揮作用才是關鍵[3]。一般情況下，該類水利工程最容易出現(xiàn)的問題就是壩體出現(xiàn)結構裂縫，而其也是工程出現(xiàn)更大規(guī)模異常的先兆，短期內(nèi)其并不會造成嚴重的影響，但是在長期的水流沖擊作用下，其攜帶的隱患是不容忽視的，嚴重的壩肩崩塌、壩基滲漏都與結構裂縫直接相關[4]。通過對近些年來水利工程現(xiàn)狀進行分析，我國現(xiàn)存的8.5萬余座水庫中，處于嚴重病險狀態(tài)的占比為40%，對下游人民群眾的生命財產(chǎn)安全造成了巨大的威脅。為此，對水利工程進行補救處理是十分必要的。而結構裂縫是導致水利工程安全問題的最大因素，出現(xiàn)該問題的原因不僅僅受設計方案本身和自然環(huán)境條件變化的影響，同時，由于施工材料選擇不合理、維護措施未落實引起的水工混凝土質(zhì)量缺陷更是關鍵誘因之一[5]。

為此，本文提出水閘水工混凝土結構裂縫處理技術應用分析研究，分別從結構裂縫表面、內(nèi)部、結構3個層次對其處理方法作出具體研究，并通過實際應用測試驗證了設計方法的有效性。通過本文的研究，也希望降低由于裂縫引起的庫水連滲流，射流情況，保障壩體內(nèi)部廊道不受污染，提高結構的美觀性，加強水閘水工內(nèi)部結構的應力能力，為水利工程建筑結構的安全性和穩(wěn)定性提供保障。

1 水閘水工混凝土結構裂縫處理修補方法

無論是水工建筑還是地表的一般混凝土建筑，結構裂縫產(chǎn)生的原因是混凝土建筑自身的結構抗裂能力無法承擔其受到的裂縫擴張破壞力，二者之間的平衡關系遭到了破壞[6]。當混凝土結構的抗裂能力與其承受的破壞力之間的比值小于1.30時，則認為此時的抗裂安全系數(shù)不足以滿足水閘水工的安全需求，存在安全隱患。當混凝土結構的抗裂能力與其承受的破壞力之間的比值大于等于1.30時，則認為此時的抗裂安全系數(shù)可以滿足水閘水工的安全需求，不存在安全隱患[7]。由此不難看出，對于水閘水工混凝土結構裂縫的處理主要是提高其抗裂能力?？紤]到混凝土結構的抗裂能力是由混凝土表面抗裂能力、混凝土內(nèi)部抗裂能力以及混凝土結構抗裂能力共同決定的[8]，因此，對裂縫的處理也要從上述3個角度出發(fā)。以此為基礎，本文提出以結構表面修補、內(nèi)部填充、結構補強為核心的裂縫處理方法。

1.1 結構表面修補

水閘水工混凝土結構表面的修復主要是對表觀裂縫的修復，由于工程長期處于水工環(huán)境中，受到的浸潤和滲透作用較強，這就要求結構表面修補具有更高的適應性，對于該類滲透作用具有較高的抵御作用。為此，本文對結構表面的修補措施包括表面涂抹與貼補2部分。但是需要注意的是，這種修補方法的實際效果受結構裂縫寬度的影響明顯。一般情況下，當裂縫的寬度不超過0.20mm時，其具有良好的應用效果，但是當裂縫擴張到已經(jīng)階段時，直接應用該方法對裂縫進行修補并不能取得理想效果。對于該類裂縫的處理，在下文中會再進行詳細描述。對于寬度小于0.20mm的裂縫，對其進行表面涂抹處理時，要秉持涂抹方向與裂縫延伸發(fā)方向一致的基本原則。由于該類裂縫難以采用漿液灌注的方式對內(nèi)部縫隙進行填充，因此相同的涂抹方向可以最大限度將補材填充至裂縫縱深位置。對于涂抹材料的選擇，一般按照水閘的應力強度以及所處位置的溫差進行設置，其具體標準見表1。

表1 裂縫涂抹材料選配

按照表1的標準，采用比例1∶1至1∶1.20的砂漿液或環(huán)氧厚漿對結構裂縫的表面進行涂抹，以此實現(xiàn)對裂縫口的封閉處理，防止裂縫出現(xiàn)滲透現(xiàn)象。

1.2 裂縫內(nèi)部填充

上文已經(jīng)提到，對于寬度大于0.20mm的裂縫，表面涂抹的方式已經(jīng)無法實現(xiàn)對其結構內(nèi)部的充分修復，對此，采用內(nèi)部填充的方式將相應材料填充到裂縫之中。在具體的實施過程中，一般采用U形或V形的方式進行。但是同樣需要注意的是，不同位置的裂縫對應的填充材料也要作出相應的調(diào)整。如果水閘混凝土裂縫已經(jīng)形成一定時間，并且內(nèi)部的槽縫處于潮濕狀態(tài)，但沒有動態(tài)的流水經(jīng)過時，要先考慮采用水泥砂漿液作填充材料；如果裂縫形成時間較短，河水的滲透作用還未到達槽縫內(nèi)部，裂縫整體處于相對干燥的狀態(tài)時，考慮選用普通的砂漿或者環(huán)氧砂漿作為填充物。這是因為泥砂漿液的凝固模式需要與環(huán)境進行物質(zhì)交換，如果裂縫發(fā)展初期，內(nèi)部處于相對真空的狀態(tài)，普通的砂漿或者環(huán)氧砂漿密度較低，難以實現(xiàn)對其有效填充，材料也難以在短時間內(nèi)固化。而干燥狀態(tài)的裂縫可以直接將浸潤的河水作為稀釋溶劑，同時也省去了后續(xù)對施工位置的防護操作。

1.3 結構補強

混凝土出現(xiàn)結構裂縫的原因是其自身的抗剪能力無法承受外部對其施加的作用力，要想實現(xiàn)對裂縫問題的徹底解決，加強水閘混凝土建筑本身的荷載能力是十分必要的。對此，本文采用結構補強的方式來實現(xiàn)該目標。混凝土結構在長期的河水沖刷下，耐久性會以某一比例系數(shù)持續(xù)下降。利用玻璃纖維布對水體的阻抗作用以及其自身耐久性對混凝土的強化作用，將其作為結構補強的材料，同時，也可以在一定程度上對原本的混凝土結構體起到加固作用。在具體的實施過程中，要在施工前期做好充分的預防措施，充分考慮到水泥與水之間的化合反應釋放熱量對混凝土本身屬性的影響。當裂縫的尺寸較大時，混凝土澆筑產(chǎn)生的熱量也相對較多，而隨著混凝土化合的逐漸反應，其釋放的熱量趨近于零，結構的溫度在外界環(huán)境溫度的中和作用下逐漸降低，這種內(nèi)部與外部的溫度差會使結構產(chǎn)生拉應力，對某種程度上離間填充物與裂縫邊緣的貼合度，并衍生出新的結構裂縫。水泥的選取要以控制水化熱反應為核心，在完成結構補強后的養(yǎng)護管理后，可以采用防水布對施工位置進行局部保護，避免材料在未完全固化之前受到河水的稀釋作用，降低其修復效果。

2 水工裂縫處理實例分析

為了測試本文提出的裂縫處理技術在實際環(huán)境中的應用效果，進行了實例測試。

2.1 實例概況

本文開展試驗測試的某水庫水閘水工建筑為消力池工程，其位于混凝土重力壩溢流壩段的中下游，水閘橫跨所處河段，總長為113.26m，閘底的寬度為3.15m，閘底板的高程為1167.20m，水閘整體構造呈現(xiàn)出規(guī)則的梯形。該建筑的建筑竣工時間為2013年2月，期間的檢修周期為1a。在最近一次的經(jīng)現(xiàn)場查勘中發(fā)現(xiàn)，水閘混凝土建筑表面出現(xiàn)了明顯的裂縫，并伴隨有滲漏問題，廊道排水系統(tǒng)中有2個DN100mm排水孔也出現(xiàn)了明顯的排水異常情況，且其排水量較前常規(guī)常態(tài)有明顯增加，每分鐘總排水量可以達到850L。已知該水閘下游的消力池水位基本位置在河道318.50～319.00m的范圍內(nèi)。

2.2 裂縫分析

在上述基礎上，分析了該裂縫出現(xiàn)的成因主要分為以下幾個部分：首先，河流水渠的巖基中可能存在較大的滲流通道，水流在滲流通道及水閘結構縫中經(jīng)過，再從消力池排水管中排出；其次，建筑混凝土在冬季長時間處于極端低溫的水域環(huán)境下，春季氣溫回升，在巨大溫差作用下混凝土結構出現(xiàn)收縮和膨脹變化，引起混凝土出現(xiàn)裂縫。最后，選擇環(huán)氧砂漿作為填充材料，對裂縫進行處理，并將配比為1∶5.0的環(huán)氧厚漿作為裂縫表層涂抹材料。

2.3 處理效果分析

結合上述的工程概況以及分析結果，采用本文提出的處理技術對裂縫進行修補，并通過觀察不同環(huán)境溫度下水閘下游水位以及總滲漏量的變化對處理結果作出合理分析，其具體的數(shù)據(jù)信息見表2。

從表2中可以看出，處理后水閘下游消力池的水位變化始終穩(wěn)定在318.50～319.00m范圍內(nèi)，表明并未出現(xiàn)異常滲透，不僅如此，通過觀察總滲漏量統(tǒng)計結果也更加直觀地發(fā)現(xiàn)，在裂縫處理后的1年時間內(nèi)，總滲漏量始終在0.10000L/min范圍內(nèi)，未出現(xiàn)異常滲透，表明裂縫位置已經(jīng)不存在安全隱患。在檢測數(shù)據(jù)的時間跨度內(nèi)，氣溫的變化幅度達到了42.71℃，但處理后的裂縫仍表現(xiàn)出較高的穩(wěn)定性，表明本文提出的水閘水工混凝土結構裂縫處理技術具有良好的實際應用價值。

表2 處理效果統(tǒng)計表

3 結語

水利工程的安全性和穩(wěn)定性對于其下游的發(fā)展具有重要的現(xiàn)實價值。裂縫作為混凝土建筑中最常見的隱患類型之一，及時發(fā)現(xiàn)、及時處理對于提高建筑的使用年限和優(yōu)化其使用效果都具有重要意義。與其他類型的處理不同，對于水工建筑裂縫的處理需要充分結合建筑實際所處環(huán)境的特點以及其面臨的發(fā)展變化。本文提出的水閘水工混凝土結構裂縫處理技術，以更加全面的視角對裂縫處理方法進行設計。通過本文的研究，以期為相關水利工程的維護工作提供參考。