水闸闸室底板及闸墩混凝土裂缝原因及处理措施浅析.pdf

水利建设与管理 2 0 1 0年第 7期 1 3 张 阐 阐 L 摩 馨 捧瀑 龌 毫 缝 羼 一咎 疆_器 藏薏 徐 子坌 ( 新疆伊犁河流域开发建设管理局 乌鲁木齐8 3 0 0 0 0 ) 【 摘要】 拦河大型水闸工程闸墩及底板的混凝土裂缝问题， 严重影响水闸工程正常的运行和工程的耐久性。找到 混凝土裂缝形成的原 因， 对出现的裂缝进行处理， 就成为了大型水闸工程克服混凝土裂缝的关键所在。 【 关键词】 大型水闸工程混凝土裂缝形成原因 处理措施浅析 1 工程简述 1 1 工程概况 北疆地 区某河拦河引水枢纽 由南向北依次由南岸进 水闸( 3 孔 ， 每孔净宽 7 m) 、 拦河闸( 分泄洪冲沙闸、 泄洪闸 共 1 O 孔 ， 每孔净宽 1 2 m) 、 鱼道和北岸进水 闸( 3 孔 ， 每孔 净宽 7 m) 组成 。 其 中， 泄洪 冲沙闸及泄洪闸底板纵向长度 为 2 3 m， 厚度为 1 5 m， 齿墙部位深 3 m， 泄洪冲沙闸底板宽 度为 2 7 9 m ( 2 孔 ) ， 泄洪 闸底板宽度为 4 3 4 m( 3 孔 ) 。闸底 板混凝土采用 C 2 5泵送混凝土 ， 底板面层 2 0 c m采用 C 6 0 硅粉混凝土。拦河闸中墩厚 1 5 m， 边墩厚 1 2 m， 高 7 m， 长 2 3 m； 进水 闸中墩厚 1 5 m， 边墩厚 1 2 m， 高 5 8 m ， 长 2 0 m。 水闸底板基础面处于砂砾石弱风化层 内，为第四系砂砾 石及半胶结砂砾岩 ， 允许 承载力为 4 0 0 4 5 0 k P a 。该层具 有遇水泥化、 失水崩解 ， 强度降低的特点 。 1 2 工程施工情况 闸室基础采用机械开挖 ，预留 5 0 c m保护层人工开 挖。 人工开挖过程 中， 通过采取各种措施 ， 确保基面干燥 、 无泥化。 闸墩混凝土浇筑采用 C 2 5 混凝土 ，用 2 5 t 吊车吊罐 配合溜桶入仓 ， 仓面每 2 5 3 O m设置 1 个溜桶 ， 现场检测 坍落度及含气量均合格。 闸墩混凝土浇筑时间普遍在 1 6 h 左右 ， 其 中缝墩浇筑时间在 2 1 h左右 ， 南 、 北岸进水 闸闸 墩混凝土浇筑时间在 2 0 h 左右。 闸墩混凝土浇筑 于 2 0 0 7 年 9月 6日浇筑第一仓 ， 至 2 0 0 7年 1 0月 1 4日全部浇筑完成 ( 1 号边墩于 2 0 0 7年 9 月 6日下午开仓 ，于 9月 1 2日 上午浇筑完成 ； 1 3号边墩 于 2 0 0 7 年 1 0月 1 4日开仓 ， 当天浇筑完成。至此全部闸 墩浇筑完毕 ) 。 底板混凝土采用 C 2 5泵送混凝土 ， 于 2 0 0 7 年 7月 9 日开始第一仓混凝土浇筑 ，至 2 0 0 7年 8月 1 8日完成最 后一块底板混凝土浇筑 ( 1 号闸底板于 2 0 0 7年 7月 9日 上午 1 1 ： 2 5 分开始浇筑， 于 7 月 1 3日凌晨 4 ： O 0结束 ； 4 号 闸底板于 2 0 0 7 年 8 月 1 6日下午 1 6 ： 2 O开始浇筑， 于 8 月 1 8日上午 1 0 ： 4 O分结束 。至此全部底板 混凝 土浇筑完 成 ) 。冲沙 闸底板顺水流方 向 2 3 m、 垂直水流方 向 2 7 9 m， 泄洪 闸底板顺水流方 向 2 3 m， 垂直水流方 向 4 2 4 m； 以顺 水流方 向布料 ， 浇筑顺序从左 向右。 泄洪 冲沙闸底板浇筑 时间分别为 4 2 h 、 8 8 h ， 泄洪闸底板混凝土浇筑时间分别为 5 2 h、 6 0 h。 监理对原材料钢筋 、水泥及混凝土浇筑过程 中间产 品等按批次进行了见证取样 ， 经专业部 门鉴定 ， 取样均合 格。整个混凝 土浇筑过程在受控 、 有序 、 规范的情况下进 行。 2 裂 缝检 测成 果 2 1 枢纽工程裂缝情况简介 2 0 0 7 年 l 0月， 在工程现场的质量检查工作 中首先发 现部分闸墩裂缝 ，至同年 1 1 月 ，全部 闸墩均出现裂缝 ， 2 0 0 8 年又发现部分水闸底板出现裂缝。 2 2 分布特点 经过对枢纽工程底板及 闸墩裂缝 位置和裂缝情况 的 实地勘测 ， 裂缝按以下特点分布 ： a 拦河 闸闸墩及底板混凝土裂缝主要集 中分布于桩 号 0 + 0 1 4 0 + 0 1 6附近 ， 分居牛腿上 、 下游( 牛腿桩号为 O + 0 】 4 0 5 0 + 0 1 5 9 0 ) 。 1 4 堇 室 担琴闸墩混凝土裂缝原因及处理措施浅析 进水闸闸墩混凝土裂缝集中分布于桩号 0 + 0 1 2 7 0 + 0 1 6 4 处 ，分居牛腿上 、下游 ( 牛腿桩号为 0 + 0 1 2 0 5 0 + 0 1 4 1 4) ； b 裂缝分布情况为闸墩南侧多 、 北侧少( 南侧为向阳 侧 ， 北侧为背阴侧 ) 。拦河 闸闸墩南侧共有裂缝 2 0 条 ， 占 拦河 闸闸墩裂缝总数 的 6 2 5 ； 北侧 1 2条 ， 占拦河 闸闸 墩裂缝总数 的 3 7 5 。 进水闸闸墩向阳侧出现裂缝 4 条 ，占进水闸裂缝总 数 的 5 7 1 ；背 阴侧 出现 3条 ，占进水 闸裂 缝总数 的 4 2 9 。 C 闸墩裂缝均为竖 向分布 ， 裂缝宽度小于 0 I mm， 局 部达到 0 2 m m， 左右大致对称 ， 部分裂缝延伸到顶 ， 此种 裂 缝 在 高 程 6 7 9 5 0 0 m 均 呈 冠 状 发 育( 墩 顶 高 程 为 6 8 2 O 0 0 m) 。 d 闸底板裂缝均分布于闸室工作 门底坎的下游侧 ， 多为南北走向分布 ， 个别闸墩呈东西走 向分布 。 e 闸底 板左 起 1 号 闸孔裂 缝 较宽 ，约 0 5 m m； 其 他 出现 裂缝 的底板 裂缝宽 度均 不 大于 0 2 m m， 个 别 为 0 3 ram。 f 通过 参建各方联 合对 闸墩及 底板裂缝 部位采 用 +7 5取芯机进行钻孔取样 的结果显示 ：虽然芯样混凝土 致密 、 完整 、 无缺陷 ， 据取 芯处所断钢筋显示 ： 钢筋完好 ， 无锈蚀 。 2 0 0 9年 6 月 1 9日， 新疆水利水 电工程质量检测中心 对 l 号 、 3 号 、 4号闸墩右侧及 4号闸墩左侧裂缝 ( 抽样原 则 ： 选择缝宽较大 、 延伸较长 、 具有代表性的裂缝进行抽 检 ) 进行声波检测 ， 检测后 出具的闸墩裂缝声波法检测报 告认定 ：闸墩裂缝均为表面裂缝 ，裂缝影 响深度为 6 2 2 4 9 mm。 3 裂缝产生的诱因分析 a 根据裂缝产生情况 ， 温度变化区( 向阳侧 ) 产生 的 裂缝远多于背阴侧。故不排除因受温度和湿度变化的影 响 ， 在温度应力 的影 响下 ， 在牛腿等承压部位 ， 产生连续 裂缝 。 b 混凝土在升温的过程中 ， 表面引起拉应力 ， 后期在 降温过程中 ， 由于受到基础的约束 ， 又会在混凝土 内部 出 现拉应力 ， 当这些拉应力超出混凝土的抗裂能力时 ， 即会 出现裂缝 。 c 水 闸设计 规范) ( S L 2 6 5 -2 0 0 1 ) 中 4 2 1 1 项 中要 求对坚实地基上或采用桩基 的水闸 ，可在闸室底板上或 闸墩中间设缝分段 ； 对软弱地基上或地震区的水闸 ， 宜在 闸墩中间设缝分段 。 岩基上的分段长度不宜超过 2 0 m， 土 基上的分段长度不宜超过 3 5 m。 拦河闸及进水 闸基础均位于半胶结砂砾石层弱风化 岩( 类 岩石类别划分 中划归类岩石 ) ， 拦河闸 闸墩长 度为 2 3 m， 冲沙闸底板宽度为 2 7 9 m， 泄洪 闸底板宽度为 4 3 4 m， 进水 闸闸墩长度为 2 0 m， 底板宽度为 2 6 4 m。闸墩 长度均较长 ， 底板宽度均较大 ， 故易产生竖缝。 d 由于水 闸底板及闸墩采用混凝土分期浇筑 ，当水 闸闸墩进行浇筑时， 闸底板水化热已充分释放 ， 故其对闸 墩的温度变形产生较强的约束 ，而使闸墩混凝土产生裂 缝 。 4 应对裂缝的处理措施 4 1 裂缝处理措施 的确定 根据现场情况及 水闸施工规范) ( S L 2 6 5 -2 0 0 1 ) 中 的规定 ( 性质仅为微细表面的裂缝 、钢筋混凝土的浅层 缝 ， 且在水位 以上 区缝 宽小 于 0 2 0 m m、 水位变动 区缝宽 小于 0 1 5 m m、 水下区缝宽小于 0 3 0 mm的裂缝 ， 可 以不予 处理 ) ， 对于裂缝宽度大于 0 1 m m的裂缝 ， 采用内部进行 化学灌浆及表面封 闭的综合处理方案 。 4 2 材料的选择 化学灌浆材料采用改性环氧灌浆材料，该材料可灌 性好 ， 粘结强度高 ， 对裂缝能够起到补强加固作用。灌浆 材料性能指标见下表。 S K lE改性环氧灌浆材料性能表 项 目 指 标 粘度 ( mP a s ) 1 0 - 5 0 与混 凝土粘结强度 干缝 3 O ( MP a ) 潮湿缝 2 0 拉伸强 度( MP a ) 8 抗 渗性 W1 O 耐久 性( 年 ) 3 0 毒性 无毒 裂缝内部化学灌浆完成 2 3 天后 ，在裂缝表面采用 具有优异力学性能( S K手刮聚脲柔性防水材料与混凝土 之间的粘结强度可达 3 M P a以上 ) 的 S K手刮聚脲柔性防 水材料进行封 闭。该材料具有施工方便 、不需要专 门设 备 ， 抗老化能力强 ， 颜 色接近 混凝 土 ， 对建 ( 下转第 8页) 8 王应 刚 格宾生 态格 网挡墙结构在河道治理 中的运用 宾网格 的外露面 ，空隙率不超过 3 0 ，要求石料质地坚 硬 ， 强度等级为 M U 3 0 ， 比重不小 于 2 5 t m 3 ， 遇水不易崩解 和水解 ， 抗风化能力强 。 b 薄片 、 条状等形状的石料不 宜采用 ， 风化岩石 、 泥 岩等亦不得用作充填石料。 为 2 o , 3 0 ， 公差 0 0 5 m m， 最小镀层量为 2 1 5 g m 。 3 _ 3 装填石料要求 a 填充物采用卵石 、 片石或块石 ， 格宾要求石料粒径 D 1 0 0 D 3 0 0为宜， 雷诺护垫要求石料粒径 D 7 0 D I 5 0为 宜 ， 允许不超过 1 5 的粒径小于 1 0 0 m m， 但其不得用于格 图 3 湖南省株洲市建宁港航工程 g 外表面覆无纺土工布 ， 单位重量为 2 5 0 g m 2 。 4 结语 格宾 生态 格 网挡墙 作 为一 种新 型 的支 挡结 构。 以 其 造价低 、 生态 性好 、 适用范 同广 、 柔性 变形等 特点得 到 了越来 越多 的应用 。近年来 ， 该新 型结构在 各行业 图 4 重庆奉节县宝塔坪滑坡处治理 得 到了极大 的推 广 ， 尤 其在 河道治 理工程 中 。用 于长 江 干堤 治理 工程 、 桂林 至 阳朔 的漓 江护 岸工 程 、 湖 南 省株 洲市 建宁港 航工 程 ( 见 上 图 3 ) 、 重 庆奉 节县宝 塔 坪 滑坡治 理工程 ( 见 上 图 4 ) 的涉河路 段 ， 都取 得 了 良 好 的效果 。 - - _- - - - 卜- - 。 - 一-一- _ -一。 _ - - ( 上接第 1 4 页) 筑物外观质量影响较小等突出特点。 4 3 裂缝处理施工工艺 施工流程为 ：裂缝调查一裂缝 内部化学灌浆一裂缝 表面封闭处理一养护 。 4 3 1 高压化学灌浆施工工艺 a 沿混凝土裂缝两侧 打斜孔与缝 面相交 ，孔距 为 2 0 3 0 c m， 孔深 2 0 c m， 孑 L 径 2 c m。 灌浆孔钻好后 ， 用高压气 吹出造孔时产生的粉尘 ，清孔验收标准 以孔内无任何杂 物为 准 。 b 在 已洗好的灌浆孔装上专用的灌浆嘴。 c 为了保证灌浆质量 ， 灌浆采用专业 的高压灌浆机 ， 灌浆压力要分级施加 ， 直至达到最高灌压 ， 最高压力根据 现场情况确定。 所灌孔在要求 的时间内不进浆或所灌孔附近的裂缝 出浆 ，且出浆浓度与进浆浓度相当或渗水裂缝不再渗漏 时， 结束灌浆。 d 灌浆 结束 待灌 浆材 料 固化后 ， 砸 除灌浆 嘴 ， 封 堵孔 洞 。 4 3 2 裂缝表面封闭处理施工工艺 a 采 用专用 工 具 打磨裂 缝 表 面混凝 土 直 至露 出 新鲜 面。 b 用清水洗去除裂缝表面粉尘。 c 表面干燥后 ， 涂刷专用界面剂。 d 待界面剂初凝后 ， 刮刷或涂刷 S K手刮聚脲封闭裂 缝 ， 涂刮过程当中应当尽量避免内部产生气泡。 e 自然 养护 7天 。 5结语 本文通过对伊犁河拦河引水枢纽工程水闸底板及闸 墩混凝土的裂缝发育情况及处理措施的相关资料进行搜 集整理 ， 对其形成原因及处理措施得 出一些粗浅的认识 。 在工程实践 中，通过采用内部进行化学灌浆及表面封闭 的综合处理方式 ，将 由裂缝带给建筑物的影响降至最低 程度 ，对外部环境类似地 区的大型水闸工程预防或克服 相关问题具有一定的参考价值。