1、 浅谈水工大体积混凝土裂缝的检测和处理作者： 朱生明 王蓬勃（中国水利水电第四工程局第三分局 云南丽江 674100）裂缝是混凝土建筑物最常见的缺陷之一，主要由干缩、砼自身质量、水泥水化热、温度、钢筋锈蚀、地基变形、荷载、碱骨料反应、地基冻胀等原因引起的。我国已建和在建的水工混凝土建筑物几乎没有能够幸免的，国际上的水工建筑物也很少有不产生裂缝的，像前苏联的托克托古尔坝那样能郑重宣布没有出现裂缝的实在是属凤毛麟角了。一、裂缝的种类裂缝的种类很多，性状也千差万别，目前我国尚无统一的分类方法，一般采用的是根据成因分类和根据裂缝特征及其对结构物的危害分类。1.按成因分类：温度裂缝、干缩裂缝、结构裂缝、
2、沉陷裂缝、超载裂缝、约束裂缝、材料裂缝等。2.按裂缝特性（缝长、缝宽、缝深）和所在部位分为：表面裂缝、浅层裂缝、深层裂缝和贯穿裂缝。二、裂缝的成因引起混凝土裂缝的根本原因是混凝土结构物中的应力超过了混凝土自身能够承受的应力强度，由于混凝土的抗拉强度大约只有其抗压强度的1/61/15，因此裂缝的出现绝大多数是受拉应力控制的。混凝土的裂缝的成因十分复杂，因素很多，大致可从以下几方面来分析。1.从内因上讲，有原材料不佳、均匀性不好、配合比不优、水化热温升、自身体积变形及其热学、力学性能达不到混凝土抗裂要求；混凝土结构物形式不合理，容易造成过大的应力集中；混凝土建筑物分缝分块不恰当，难以承受外界条件和
3、荷载的影响。2.从外因上讲，有气温、温度等外界环境因素的变化，有基础、老混凝土的约束，有基础不均匀沉陷和结构物外部荷载及施工工艺等。三、裂缝的检查方法裂缝检查的目的是为裂缝的分类和裂缝的补强处理做准备的。检查项目包括缝长、缝宽、缝深、裂缝方向、所在部位、数量以及缝面渗水、溶出物状况等，检查方法有普通常规检查、重点检查和仪器检查等方法。1.普通常规检查（1）主要检查裂缝的表面特征，包括裂缝所在的部位、走向、表面缝长、缝宽、形态变化等，检查方法以人工目测为主，所用工具比较简单，有米尺、读数放大镜、塞尺等工具。超过0.1mm以上的裂缝均可用肉眼看到，小于0.1mm的裂缝，可在仓面上先洒水再用风吹干或
4、晒干，就可看到。（2）发现裂缝后，立即查明表面特征，逢长可用米尺丈量，缝宽用塞尺插入裂缝或读数放大镜读出，其他特征凭直观估测；对于发现的裂缝，都要认真做好记录并绘制裂缝图，准确地记录裂缝所在的位置、高程、形状、走向、缝长、缝宽以及裂缝所在部位的结构特征等。2.重点检查对于结构重要部位的裂缝、发现的深层裂缝和贯穿裂缝以及影响建筑物安全运行的裂缝等，要在常规检查的基础上进行重点检查。检查的方法有凿槽观测和钻孔压水法。（1）凿槽观测具体方法是用风镐、风钻、手工凿等工具沿缝下凿，直至看不到裂缝为止，下凿的深度作为缝深。由于凿槽时的岩粉、灰渣容易掩盖缝面，检测缝深的误差较大，而且当裂缝较深时，凿槽比较困
5、难。因此，凿槽观测法只限于浅层裂缝或无其他检测工具时的临时缝深检测。（2）钻孔压水法检查时用风钻先在裂缝的一侧或两侧打角度不等的斜孔穿过缝面，然后在孔口安装压水设备和阻塞器，进行压水试验。若裂缝表面上可见压水渗出，说明钻孔穿过裂缝，则继续往深处钻斜孔并再次压水，如此反复进行直至缝面不在渗水为止，此时钻孔与裂缝的交点到裂缝表面的垂直距离就是缝深。钻孔间距一般采用24m，排距23m，角度一般为30、45、60，钻孔角度误差要求小于2，钻孔深度要求穿过缝面11.5m，孔深不宜大于结构物长度的1/2；布孔时还要注意避开预埋件、冷却水管和埋设仪器等。压水通常采用手摇泵进行，为了保证压水效果，有时要先用风
6、、水对钻孔清洗，直至回清水后再进行压水试验；压水试验的压力视现场情况而定，一般采用0.10.4Mpa,每次压水稳定时间为不小于0.5小时。3.仪器检查（1）超声波检查用岩石声波测定仪发出超声波，以测量裂缝的深度是比较先进的测深方法；具体方法是在裂缝两侧对称钻垂直孔，孔径不小于60mm,应避免孔与缝面相交和避开钢筋、埋件、冷却水管等，在孔内注满清水，将仪器的发射探头和接受探头同步由浅至深插入孔内，每次下移2050cm，逐渐测得超声波波形，绘制出超声波波形随孔深变化振幅图，由于超声波在传递过程中，遇到不同的介质时，速度会发生变化，反映到振幅上也会有所变化，裂缝内无论是空的或充填有水或杂质，都与无缝
7、的混凝土介质不同，探测由浅而深，混凝土由有缝到无缝，振幅也相应发生变化，裂缝的深度就会很清晰的反映出来。为了更进一步准确判断，可在检测孔无裂缝一侧，另钻一个对比孔，孔距与检测孔相同，孔深2m左右，作声波振幅对比试验。（2）孔内成像检查在需要探测裂缝深度的缝面，骑缝钻50150mm的钻孔，孔内冲洗风干后，将电视摄像探头插入钻孔，逐渐下移，从电视屏幕上可以看出孔内图像，还可以转动探头寻找所需画面，可以清楚地观察其他方法无法观察到的图像，对于一些必须重点研究的疑点，还可以通过摄录装置摄录下来并存入档案。四、裂缝的控制知道了裂缝的成因与检查方法，掌握了它的规律，只要在设计、施工各方面都加以重视，克服困
8、难，就能预防它、控制它；为控制裂缝的产生，施工中采取了以下措施1设计方面（1）结构物分层分缝要合理，严格控制结构物的长宽比，不应超过2：1，长宽比越大混凝土越容易产生裂缝；因结构需要分缝或并缝的块体的邻块和上下块，应合理分仓浇筑和布置并缝钢筋。（2）水工混凝土建筑物中避免或少设孔洞，特别是两端畅通的直洞，非设孔洞时，尽量考虑设小洞，或一端敞开的孔洞，而且要设在结构物中心位置，孔洞的形状以圆形和马蹄形为佳；设方洞或矩形洞时，必须将周边的直角和锐角改为斜角和圆角。（3）慎重选择混凝土骨料和水泥品种，对骨料料源进行认真勘探、筛选，尽可能杜绝采用碱性材料，优先考虑采用石灰岩等热膨胀系数小的岩石骨料。（
9、4）混凝土标号宜采用低标号（C20以下），以减少水化热，不得已时可采用低热水泥，混凝土标号的设计应根据施工制冷条件综合考虑，尽量避免同一仓号使用两种以上不同标号的混凝土。2.施工方面（1）坝基基岩处理必须慎重细致，对岩石突变、棱角、暗缝、软弱夹层等要处理干净，不能留下隐患；遇到岩石破碎带要按设计要求挖除。（2）混凝土拌和过程的质量必须严格控制，严禁错标号混凝土如仓，并且要保证供料及时，避免仓面出现初凝现象，如已经出现时，应处理好上下层面的结合。（3）仓面施工时，应防止混凝土下料过厚或骨料分离、集中现象，加强如仓骨料的平仓、振捣，保证混凝土的和易性。（4）加强混凝土的养护，凿毛和仓面冲洗工作，保
10、证新老混凝土面的紧密结合；做好混凝土表面和棱角部位的保温工作。（5）对埋设冷却水管的大体积混凝土，冷却水管安装工序必须按设计要求进行，并要按时调换进水口和出水口，达到快速而均匀的冷却效果。（6）严格控制仓位的浇筑工期，防止仓面长时间间歇而造成对新混凝土的强烈约束；避免下层混凝土未出现或刚出现最高温度时覆盖新混凝土，造成混凝土内部温度过高，无法散热，产生温差应力。度约为260C，降温效果比较明显。五、裂缝的补强处理知道了裂缝的成因，并且对裂缝进行了检测定论，最后决定对需要处理的裂缝进行补强处理；目前裂缝的补强处理方法大致分为：表面处理（封闭防渗） 、内部处理（灌浆）和锚固处理（预应力锚固） 。1
11、.表面处理表面处理的目的是为了进行孔口封闭，以防止渗漏和钢筋锈蚀；对于有抗冲耐磨要求的过流面裂缝，表面处理可增强其抗冲耐磨能力。目前国内外工程对裂缝表面处理的常见方法有缝口凿槽嵌缝、缝面铺设钢筋和缝口粘贴防水材料。（1）缝口凿槽嵌缝缝口凿槽嵌缝适用于平面上的表面浅层裂缝，具体处理方法是在裂缝两侧用风镐、风钻或人工将混凝土凿除至看不到裂缝为止，对深度小于 20cm 的裂缝，可不再采用其他措施；对深度大于 20cm 的裂缝，可在槽内铺涂水泥砂浆抹平，表面视情况决定是否铺设钢筋。（2）缝面铺设钢筋在裂缝表面骑缝铺设钢筋，是目前国内外水工建筑物常用的技术措施之一；除了用于处理裂缝和防止裂缝的发生外，还
12、可用在认为可能产生裂缝的部位以预防裂缝的发生，如陡坡、并缝、分缝等部位。在已发生裂缝的部位铺设一层 2532 的钢筋，长度采用 500800cm(一般多采用 500cm)长，间距 20cm 左右；重要部位可考虑铺设两层。钢筋的直径和长度最好根据现场裂缝的实际情况配备，避免造成浪费；裂缝表面铺设钢筋并非是最完善的处理措施，不一定能制止混凝土初期裂缝的增加和延伸，但对水工建筑物后期运行时的传力和完整性是有利的。（3）缝口粘贴防水材料对于挡水坝段的迎水面裂缝，常采用缝口粘贴 5mm 厚的橡皮板，为粘贴牢固，橡皮表面应先用钢丝刷刷毛或以浓硫酸浸泡腐蚀，进行表面凿毛，由于橡皮弹性好和抗渗性能优越，防渗效
13、果好，用以修补尚未稳定的裂缝尤为适宜。对于过水面抗冲耐磨要求较高的部位，可在环氧砂浆中加入粒径小于1.2mm 的橡皮粉制成胶泥，用于缝口凿槽后嵌补。由于此种材料的弹性模量低、弹性好、抗冲耐磨强度高，并能适应裂缝随季节的变化。目前在国内外水工建筑物表面裂缝补强处理措施中常见的还有：缝口粘贴玻璃丝布、环氧砂浆粘贴紫铜片、弹性聚氨脂缝口灌注等补强措施。2.内部处理混凝土裂缝内部补强处理最主要的方法就是灌浆法，在国内外重大工程中被广泛应用，主要用于深层及贯穿裂缝的补强处理；通过灌浆可以恢复混凝土结构物的整体性和设计应力状态。常用的灌浆处理方法有水泥灌浆和化学灌浆两种，由于化学灌浆具有水泥灌浆无法比拟的
14、优越性，水泥灌浆的应用也逐渐减少，而化学灌浆应用日益广泛，化学灌浆材料的品种也逐渐增多。（1）水泥灌浆由于水泥是一种颗粒性材料，经水搅拌后的水泥浆是一种悬浊液体，在其凝固过程中体积会发生收缩，硬化后在缝内会留下一条细缝。较细的裂缝，水泥颗粒无法灌入，因此水泥灌浆仅限于缝宽大于或等于 2mm 的裂缝，水泥浆的水灰比一般采用 1：13：1，不宜过稀，因浆液越稀其干缩后产生的缝隙越大。水泥灌浆之所以能得到广泛应用，主要是因为这种材料经济方便，适用于大面积处理工作。由于水泥是脆性材料，因此水泥灌浆较适用于“死缝” 。而且水泥自身强度较低，灌入裂缝后，在温度应力作用下，反复承受拉力和压力，会产生解体或被
15、渗水溶蚀；对采用水泥灌浆的裂缝，数年后挖开观察，多呈粉末状，也无强度和粘结力可言。为提高水泥灌浆的可灌性和耐久性，克服水泥浆凝结后体积收缩的缺陷，使它能够灌入更细的缝隙，而且灌后体积不会收缩，并且改善力学性能，提高抗拉、抗压等强度，近年来国内外许多单位作了努力，旨在减小水泥颗粒粒径，意欲取代化学灌浆。（2）化学灌浆1）化灌材料化学浆液是一种真溶液，是由水泥浆液混合多种化学材料配置而成，渗透性能好，是当前进行混凝土裂缝灌浆的主要材料，其中以环氧材料是用得最多的补强加固灌浆材料。常见的还有甲凝材料、丙凝材料等。2）化灌方式及工艺流程化学灌浆布孔方式分为骑缝布孔和穿缝斜孔两种，前者适用于缝深 12m
16、以内的浅层裂缝，后者适用于深层裂缝。化学灌浆的工艺流程是：钻孔清缝埋管嵌缝试漏灌浆拔管封孔效果检查。3）化灌方法对于骑缝孔采用手持式电钻钻孔，孔径 20mm 左右，孔深 1015cm 左右，孔距 80100cm。钻孔完毕后进行清缝，即用风吹净孔内粉末，然后进行埋管，埋管时注意管底距孔底要保留 1/3 孔深距离，并防止砂浆堵孔；灌浆压力一般为 0.30.5MPa；进浆孔应选用漏量大、与缝面畅通的孔，并预留排水、排气孔；进浆程序由低到高，由一侧向另一侧依次推进，一般选用两泵同时灌注，第一孔进浆时，邻孔作排水、排气，待该孔水、气排尽开始出浆，接通另一台泵，两泵同时灌注；依次类推，直至最后一孔，若本孔
17、或不出浆孔在 1530 分钟内连续吸浆率小于 10mL/min 且压力不下降，可按标准结束灌浆。灌浆结束后，可以通过压水和超声波测试，对化灌效果和质量进行判定，还可通过钻孔取芯观察浆液结石在缝面的充填情况和测定缝面的粘结强度。3.锚固处理预应力锚固技术随着高强钢丝的出现和普遍应用，已被广泛地应用于国内外水工混凝土建筑物的加固和补强。我国采用预应力锚固技术的水电工程逐年上升，世界各国应用这项技术的水电工程也在增加，预应力张拉吨位也在不断提高。无论是对坝基、坝肩和边坡的加固，还是对闸墩、渠首、弧门和引水遂洞混凝土衬砌的锚固，以及对混凝土大坝缺陷的补强等，都已经取得了良好的效果。六、结束语“千里长堤
18、，溃于蚁穴” 。建筑物自身存在的缺陷对它的正常运行和使用寿命影响极大，尤其是对水工混凝土建筑物，由于长年经受着高压、高速水流的渗透、侵蚀、冲刷、磨损的作用，以及地震、暴晒和冰冻的破坏，所以在任何设计和施工中留下的缺陷和隐患，虽然可以逃过监理人员的检查，但绝对逃不过大自然的严峻考验，随着时间的推移，缺陷和隐患不断发展，从量变走向质变，最终酿成破坏性的事故后，将给国家和人民带来难以弥补的灾难，历史上这种惨痛的教训已不少见，难道还不应该引起我们的高度重视吗？作者简介：朱生明：男（1979 ）助理工程师，中国水利水电第四工程局第三分局金安桥项目部工程技术部主体混凝土专责。王蓬勃：男（1974 ）助理工程师，中国水利水电第四工程局第三分局金安桥项目部工程技术部主体科。
