1、涵闸消力池底板砼裂缝的原因分析及处理邹智军，杨飞（中交上海航道局，上海，200136）摘要：以崇明东滩生态修复项目为工程背景，分析和研究涵闸消力池底板施工过程中出现砼裂缝的原因及处理方法。关键词：涵闸；砼裂缝；化学灌浆前言砼结构是当前水利工程施工中的主要建筑结构，受施工因素和自身的特性影响，砼结构中出现不同程度裂缝的情况时常发生。裂缝的出现对水利工程设施的外观、耐久性及其强度都会造成很大的影响。本文主要介绍崇明东滩生态修复项目涵闸施工时，消力池底板出现砼裂缝的原因及处理方法，为今后类似涵闸消力池底板砼裂缝的处理提供工程经验。1 工程概况1.1 概述通水闸孔总宽为 15m，按五孔 53m 布置。
2、涵闸纵轴与顺堤堤中心线垂直，采用堤身式布置，闸上路面中心线与顺堤堤顶中心线一致，主要由闸室、内外消力池、翼墙、海漫段、随塘河衬护段、防冲槽、管理房等组成。闸室采用箱涵式钢筋砼结构，消力池采用整体式钢筋砼结构，挡墙采用“L”型挡墙结构。涵闸平面布置图如图 1 所示。图 1 涵闸平面布置图图 2 内消力池剖面图 闸 室 段内 消 力 池 外 消 力 池裂 缝 1、 2裂 缝 3123456 78910213416785 1920324图 3 裂缝及观测点分布图消力池底板钢筋砼厚 1m，顶高程 -0.2m（与闸室连接段处钢筋砼厚 2.2m，顶高程 1m） ，斜坡坡比 1：4，排水孔采用梅花型布置，具
3、体断面图见图 2 所示。涵闸消能防冲段于 2014年 5 月底完工。6 月上旬，经现场管理人员巡查发现该工程 3 个标段涵闸消力池底板均出现不同程度的砼裂缝并发生扩展。其中 3 标段涵闸消力池底板主要出现 3 条较为明显的纵向裂缝（内消力池 2 条，外消力池 1 条） ，裂缝分布情况如图 3 所示。经现场测量，裂缝长度约为 23m，宽度约为 0.150.2mm，通过钻芯取样局部深度达到 30cm。图 4 消力池底板砼裂缝 图 5 钻芯取样2 砼裂缝产生的原因水利工程大部分是由砼预制拼装或现浇而成。砼是一种由砂石、骨料、水泥、水以及其它外加材料混合而成的非均匀多项复合性材料。在施工过程中，由于砼
4、本身的收缩变形和内外约束等因素的影响会导致裂缝的产生。裂缝按产生原因一般分为由于内外温度差异产生的温差裂缝、体积收缩引发的塑性收缩裂缝、化学反应（碱-骨料）引起的裂缝和塑性坍落引起的裂缝 1。自裂缝发现后，各参建单位高度重视并展开原因调查工作。现场密切观测沉降动态以及裂缝扩展情况。选取距离裂缝最近的 4 个观测点（观测点分布如图 3 所示）：LDZ2-6、LDZ2-7、LDZ2-18 和 LDZ2-19。该 4 个观测点的沉降观测数据见表 1。表 1 沉降观测数据表LDZ2-6 LDZ2-7 LDZ2-18 LDZ2-19沉降值（mm） 沉降值（mm） 沉降值（mm） 沉降值（mm）观测时间本
5、期 累计 本期 累计 本期 累计 本期 累计2014-6-5 0 0 0 0 0 0 0 02014-6-6 -9.8 -9.8 -10.1 -10.1 -9.9 -9.9 -9.4 -9.42014-6-7 -4.7 -14.5 -5.5 -15.6 -5.7 -15.6 -5.2 -14.62014-6-8 -2.4 -16.9 -2.7 -18.3 -2.9 -18.5 -2.2 -16.82014-6-9 -1.6 -18.5 -1.8 -20.1 -1.8 -20.3 -1.3 -18.12014-6-10 -1 -19.5 -1.2 -21.3 -1.1 -21.4 -0.9 -1
6、92014-6-11 -0.8 -20.3 -0.8 -22.1 -0.7 -22.1 -0.7 -19.72014-6-14 -1.4 -21.7 -1.5 -23.6 -1.6 -23.7 -1.7 -21.42014-6-17 -1.1 -22.8 -1.3 -24.9 -1.5 -25.2 -1.5 -22.92014-6-22 -0.9 -23.7 -0.8 -25.7 -0.9 -26.1 -0.8 -23.72014-6-27 -0.6 -24.3 -0.8 -26.5 -0.4 -26.5 -0.9 -24.62014-7-4 -0.8 -25.1 -0.8 -27.3 -0.
7、7 -27.2 -0.8 -25.42014-7-11 -0.5 -25.6 -0.9 -28.2 -0.5 -27.7 -0.6 -262014-7-18 -0.5 -26.1 -0.6 -28.8 -0.7 -28.4 -0.5 -26.52014-7-25 -0.7 -26.8 -0.5 -29.3 -0.6 -29 -0.5 -272014-8-2 -0.5 -27.3 -0.4 -29.7 -0.5 -29.5 -0.5 -27.52014-8-9 -0.4 -27.7 -0.3 -30 -0.5 -30 -0.4 -27.92014-8-15 -0.3 -28 -0.4 -30.4
8、 -0.4 -30.4 -0.3 -28.22014-8-22 -0.3 -28.3 -0.3 -30.7 -0.3 -30.7 -0.3 -28.52014-9-1 -0.2 -28.5 -0.2 -30.9 -0.1 -30.8 -0.2 -28.72014-9-8 0.1 -28.4 0.1 -30.8 0.1 -30.7 0.1 -28.6由上表可知，消力池底板施工完成初期沉降较快，随后沉降观测值逐渐减小并趋于稳定。裂缝发生时间为 6 月上旬，期间现场使用放大镜观察裂缝发展情况，结果显示裂缝扩展逐渐减小并稳定。（1）不均匀沉降分析涵闸地基土质可知，闸室及消力池地基土质主要由粉砂和淤泥质
9、粉质粘土组成（见图 6） 。参照桩位分布图，连排搅拌桩防渗墙部位为涵闸闸室，前后分别为外河侧和内河侧，左右为连接大堤。在地基处理时，闸室底板地基采取水泥搅拌桩进行加固，而内外消力池部分则未进行加固处理。施工完成后，消力池部分基础较闸室部分地基软弱而产生不均匀沉降进而引发消力池底板产生开裂。地基的不均匀沉降是此次产生纵向裂缝的主要原因。（2）其他原因此外，在观察纵向裂缝的同时发现底板及翼墙表面多处有细而浅的裂缝。在消力池底板混凝土浇筑过程中虽采取了温度控制措施，但由于水泥水化热引起混凝土内外温差过大；及时的养护有利于砼缓慢降温，减少温差，在施工过程中局部养护不到位致使表面过早脱水；涵闸靠近海边，
10、期间正值炎炎夏日，昼夜温差大，以上内外约束同时作用，加剧了表面裂缝的产生。图 6 涵闸结构纵剖面图图 7 涵闸桩位布置图3 处理措施3.1 裂缝处理原理对出现的细而浅的裂缝直接采取表面涂抹和表面贴补法进行处理。而对此次产生的纵向裂缝处理，通常是采取在裂缝空隙内填充化学灌浆材料，起到粘结补强的作用。传统的办法是用开槽埋设注浆管，用气压泵推浆。但由于存在气压不高，浆液易流失，不易灌进裂缝深处等缺点，补强效果差。对此，经研究决定采取针孔高压注浆处理方法，通过在裂缝旁边 45斜角钻孔，使钻孔和缝隙在混凝土深处相交，再埋设灌浆嘴（针头） ，将化学灌浆材料用高压注入混凝土裂缝中，浆液向内外扩散、固化，这样
11、固化的化学灌浆材料填充混凝土裂缝，达到补强的目的。3.2 水性聚氨酯水性聚氨酯是以水代替有机溶剂作为分散介质的新型聚氨酯体系，也称水分散聚氨酯、水系聚氨酯或水基聚氨酯。水性聚氨酯针孔施工技术具有以下特点：（1）具有良好的亲水性能，水既是稀释剂，又是固化剂。浆液遇水后先分散乳化进而凝胶固结；（2）可在潮湿或者涌水情况下进行灌浆，对水质适应性强，在海水和 PH 为 313 的水中均能固化；（3）固结体为弹性，可遇水膨胀，具有弹性止水和以水止水的双重功能，适用于变形裂缝的防水处理；（4）任何比例混合使用，以配制不同强度和不同水膨胀倍数的材料。3.3 施工流程（1）布孔、钻孔根据构件的裂缝发展趋势及走
12、向，设计布置孔位和确定空位间距，一般情况下孔距按2030cm 交错布置。孔位与裂缝距离控制在 510cm 以内。使用钻孔工具沿裂缝两侧设计好的孔位进行钻孔，钻头直径为 14mm，钻头与构件角度宜 45，钻孔深度结构厚度的 2/3，必须穿过裂缝，但不得将结构穿透。（2）洗孔清缝钻孔完成后，需要对钻孔进行冲洗，目的是将孔中的粉尘等冲洗干净，以疏通钻孔和裂缝形成的通道，便于灌浆顺利进行，增加浆体的粘结强度。洗孔可采用高压风或风、水联合冲洗。（3）埋嘴安装膨胀止水针头，用专用内六角扳手拧紧，使灌浆嘴周围与钻孔之间无空隙、不漏水。墙面慢渗也依次安装膨胀止水针头。这样灌浆可以从深层至表层完全密实灌浆。堵塞
13、所有缝隙。钻孔施工准备布孔洗孔清缝埋嘴封缝灌浆拆嘴封口图 8 施工流程图（4）封缝大于 3mm 的裂缝及所灌注裂缝的侧面在灌浆前需要进行封缝处理，封缝前需对裂缝进行清洗，确保洁净。封缝可采用在裂缝表面用建筑植筋胶进行封闭处理。（5）灌浆待植筋胶凝固后便可进行裂缝注浆处理，使用高压灌浆机向灌浆孔（针头）内灌注配制好的化学浆液，立面灌浆顺序为由下向上；平面可从一端开始，单孔逐一连续进行，当相邻孔或裂缝开始渗浆后，保持压力 35min，即可停止本孔（嘴）灌浆，改注相邻灌浆孔，同条裂缝尽可能一次性不间断完成，以保证浆液与混凝土有更好的粘结性及自身的密实性。（6）拆嘴封口灌浆完毕，确认浆液完全固化后即可
14、用内六角扳手反向拧出外露的针头部分。在用水泥砂浆对灌浆口进行修补和封口处理。清理干净已固化的溢漏灌浆液。 2图 9 埋嘴 图 10 灌浆3.4 化学灌浆质量检查评价化学灌浆采用随机钻孔取芯检查，并对检查孔进行压水试验。要求芯样裂缝中浆液必须饱满密实，压水试验在 0.4MPa 状态下恒压 20min，无渗漏。根据现场实际情况，项目部在现场布置了 1 个检查孔，钻孔直径 100mm，灌注浆液填充，压水试验在 0.4MPa 状态下恒压 20min 均没有出现渗水现象 3。经化学灌浆资料分析和质量检查证实，本次化学灌浆质量良好，灌浆整体饱满密实，达到了设计要求的防渗、补强目的，提高了坝基混凝土的安全性、整体性及耐久性。4 结语随着近年来我国水利事业的快速发展，水利工程中出现的砼裂缝越来越受到人们的关注。化学灌浆由于本身施工工艺简单、技术成熟以及效果可靠等优点在大坝、水库、涵闸等水利工程的加固补强和防渗止水方面得到广泛的运用，具有广阔的应用前景。参考文献1 李花金.水利工程中砼裂缝的原因分析及采取措施J.数字化用户，2013（31）：21.2 马军，李连喜.化学灌浆在某工程缺陷处理中的应用实践J.水利建设与管理，2009（7）：73-75.3 刘波.针孔法高压注浆处理混凝土裂缝J.铁道建筑技术，2010（5）：124-126.
