南水北调保水堰墩墙裂缝成因分析与处理措施

□石万顶（河南华水工程管理有限公司）

南水北调保水堰墩墙裂缝成因分析与处理措施

□石万顶（河南华水工程管理有限公司）

裂缝是钢筋混凝土工程致命的质量问题，特别是大体积钢筋混凝土工程，一旦裂缝，很难修复。文章结合南水北调中线一期工程天津干线保定市1段郑村北保水堰墩墙裂缝，进行成因分析，并提出处理措施，旨在倡导针对钢筋混凝土工程裂缝的问题，应引起足够的重视。

裂缝；保水堰墩墙裂缝；原因分析；处理措施

1.工程概况

南水北调中线一期工程天津干线保定市1段郑村北保水堰总长94m。分为上游渐变段15m、堰井段31m、明槽段29m及下游渐变段19m，其堰井及明槽段结构为3孔5.0m×5.0m、C30W6F150钢筋混凝土结构。

2.施工过程和裂缝情况

郑村北保水堰堰井及明槽段墩、胸墙混凝土按照分层浇筑施工，层厚为4.4m左右。在堰井及明槽段第一层、明槽段第二层模板拆除后，其墩墙均发现数量、长度、宽度不一的裂缝。

河北省水利工程质量检测中心站利用平测法并结合超声波对混凝土裂缝进行深度检测，其结论为：

2.1 裂缝分布位置、宽度及长度

保水堰墩墙右外墙外侧、右边墙内侧、中孔右墙左右侧、左边墙内外侧等工程部位共发现35条混凝土裂缝，其宽度为0.06～0.36mm，长度 2.85～4.00m。

2.2 裂缝深度

根据试验检测需要及相关要求，裂缝深度共抽测15条，其深度为48.4～133.0mm。

3.裂缝产生的原因分析

混凝土开裂机理比较复杂，其裂缝形成的主要原因有外部气候、混凝土的干缩、徐变和温度引起的胀缩、混凝土原材料质量、结构体长度及养护达不到要求等因素。

3.1 根据保水堰墩墙混凝土浇筑质控记录显示，当天浇筑C30W6F150混凝土时气温为20～36℃，混凝土入仓温度为19～26℃，满足混凝土浇筑入仓温度（≤26℃）及内外温差（≤25℃）要求。

3.2 混凝土浇筑所用各项原材料均满足质量及规范要求，拌合严格按配合比施工，拌合物质量较好，结合同期施工的箱涵混凝土均没有发现混凝土实体出现裂缝。

3.3 保水堰墩、胸墙混凝土浇筑完成后均及时洒水养护。

3.4 保水堰堰井段长31m，明槽段长29m，且边墩厚1.40m、中墩厚1.10m。已属大体积混凝土，且其单个结构体长度已超出或接近水工建筑物允许浇筑极限长度20～30m。

因此，保水堰墩墙裂缝产生最大可能因素为保水堰结构体较长引起混凝土裂缝。保水堰墩墙混凝土浇筑数日后，混凝土水化热已基本释放，混凝土逐渐降温，引起混凝土收缩，受到其底板基础的约束，不能自由变形，导致产生温度应力，当超过混凝土抗拉强度时，则从约束面开始向上开裂形成温度裂缝。

4.裂缝处理方案实施细节

根据《南水北调中线干线天津干线工程混凝土结构质量缺陷及裂缝处理技术规定（试行）》中规定，裂缝宜用灌浆法处理，采用贴嘴灌浆法处理裂缝。

根据以往成功施工经验及类似工程裂缝处理方法，保水堰裂缝采用HW水溶性聚氨酯进行化学灌浆处理和SK混凝土柔性防护涂料(防渗型)封面。

4.1 裂缝化学灌浆主要施工设备

表1 裂缝化学灌浆主要施工设备表

4.2 裂缝化学灌浆主要施工方案

灌浆工艺流程：清理→洗缝→钻孔→贴嘴→封缝→通风→灌浆→拆嘴→表面修饰→验收。具体操作如下：

第一，清理、洗缝：先将缝口两侧各10cm以及缝两端各延长20cm混凝土基面打磨平整并清理缝口，再用洁净的高压水冲洗干净。

第二，钻孔：沿裂缝走向骑缝布孔，骑缝孔深度30mm左右，贴嘴间距初步定为0.30～0.50m，裂缝交叉点、尖灭点应布置贴嘴。

第三，贴嘴、封缝：贴嘴时将灌浆嘴放入骑缝孔内，用快干水泥封孔，同时采用与混凝土颜色较接近的环氧腻子刮涂封缝，封逢宽度3～4cm，封缝完成后，将裂缝附近混凝土表面清理干净。封缝的目的是防止浆液外漏，提高灌浆压力，使浆液压入裂缝深部，保证灌浆质量。

第四，灌浆：灌浆顺序：单条裂缝灌浆应自下而上、自一端向另一端逐嘴灌注，相邻嘴出浆时可接管多点并联式灌浆，对未返浆孔进行返灌。

灌浆材料：混凝土裂缝所采用的化学灌浆材料，应具有较好的渗入性及可灌性能，同时，浆材灌入裂缝后，固化物的力学性能应满足国家相关标准所要求的指标。

灌浆设备：箱涵混凝土裂缝灌浆所使用的灌浆机，应确保流量和压力可控，灌注时随裂缝混凝土表面的变化，调整好灌浆机的压力，确定灌浆最高压力后开灌。

灌浆起始压力及结束标准：根据以往的施工经验，为了保证浆液在裂缝内充分扩散和充填，灌浆初始压力控制在0.2～0.4MPa范围内，由低向高逐渐上升，直至灌浆结束。记录灌浆压力、浆液用量，计算单米灌浆量。灌浆压力在施工中视具体情况进行修正，最终压力由试验确定，原则是既要保证浆液的灌入，又要防止由于压力过大导致裂缝发展，灌浆过程中应逐级提升灌浆压力。

灌浆结束的标准：单孔吸浆率<0.05L/min，浆液灌入量已达到理论灌入量的1.5～2倍以上，当相邻灌浆嘴出浆或裂缝表面出浆时，保持压力1～3min。达到其中之一时即可结束本孔灌浆。

第五，拆嘴、表面修饰：灌浆结束待孔内灌浆材料固化后，对贴嘴及封缝材料进行拆除清理或把表面打平磨光；用清水将基面上的浮灰清洗干净,待表面干燥后,涂刷BE14界面剂，界面剂涂刷薄且均匀。当界面剂指干后，在打磨范围内涂刮SK混凝土柔性防护涂料，涂层厚2mm，宽15cm。需注意涂层2d内不能浸泡。

第六，验收：灌浆结束28d后进行表观检查，并以其结果作为灌浆试验的主要依据。可考虑进行小口径（90mm以下）骑缝钻孔取样检查的方法进行评定，取芯检查的要求按照设计规范，其混凝土芯样粘结劈拉强度、抗渗性能应满足原始混凝土设计指标C30W6F150。必要时，采用打孔压水方法进行检测。当浆材固化强度达到设计要求后，在需要检查的裂缝上布设一个检查孔，用电锤造斜孔与缝面相交，孔距缝约10cm左右。用水将孔内粉尘冲洗干净，然后在孔口埋设阻塞器，安装压水设备进行压水。孔口压力为0.2～0.4MPa,检查孔单孔吸水量应<0.01L/min为合格。

SK混凝土柔性防护涂层主要检测其粘结强度和厚度。待涂层涂刷15d后强度达到要求最终强度的70%以上后可进行粘结强度检测。选取3个位置进行粘结强度与厚度检测，具体检测方法如下：第一步，每处用专用刀（或电钻）切透涂层至混凝土面，切缝形状为直径40cm圆形。

第二步，将标准钢块（直径40cm）用专用胶粘巾在测试位置，24h后将粘结强度测试仪与标准钢块连接。

第三步，仪器安装完成后开始检测，待检测完毕，数显仪自动显示其粘结强度。

5.裂缝处理

综合考虑保水堰混凝土龄期已达3个月，裂缝已基本稳定，为避开夏季高温的不利影响，现对其处理分三步实施。

第一步，由专业人员对裂缝进行处理。首先在保水堰北侧外墙选择了几条裂缝在其两侧用电钻交叉布斜孔。孔径14mm，孔深约15cm（斜孔深度），孔间距约25cm。然后用吹风机将孔内粉渣等吹净，插入注浆嘴，用高压泵进行压水试验。水压从5MPa加压至12MPa，未发现水从裂缝处渗出，换嘴从下至上重复试验，结果一样未从表面裂缝处渗水。后又在各条缝上将孔深降为6cm，重复上述过程，将水压从5MPa加压至8MPa，发现大部分裂缝都能从表面处渗水。表明裂缝深度基本在6～15 cm(斜孔深度)，垂直混凝土表面深度约为4～10cm。

第二步，在保水堰南侧外墙裂缝宽较大处，按上述施工过程进行布孔、插注浆嘴及压水试验，孔深变为6cm。发现水能从裂缝表面渗出，然后采用水溶性聚氨酯灌浆材料进行化学灌浆处理。高压泵压力从10MPa加压至12MPa，历时20多分钟，发现灌浆材料很难灌入裂缝，效果不佳。

第三步，在保水堰南北墙外侧选取多条裂缝取芯试验。从现场取芯发现，裂缝走向基本与墙体主筋平行，其由表及里逐渐变细，至主筋处基本消失。

针对裂缝处理情况，保水堰裂缝为非贯穿性裂缝，属于表面裂缝，且绝大多数缝宽在0.2mm以内，部分缝宽在0.2mm以上的也是局部区段，采用水溶性聚氨酯灌浆材料进行化学灌浆处理效果较差。根据《南水北调中线干线天津干线工程混凝土结构质量缺陷及裂缝处理技术规定（试行）》：喷涂法适用宽度<0.3mm的表面裂缝，灌浆法适用于深层裂缝和贯穿穿裂缝。建议将灌浆法更改为喷涂法。

综上所述，裂缝形成的原因主要是受结构体长度、温度及混凝土浇筑时段等诸多因素影响而形成，其类型主要表现为温度裂缝和干缩裂缝，且均为竖向分布。裂缝基本上不会影响结构运行安全，但对渗漏和混凝土耐久性会产生一定影响，采取相应的处理措施是必要的。

6.结语

裂缝是钢筋混凝土工程致命的质量问题，现虽有各种补缝措施，但效果并不理想。其处理不当，将对工程的安全运行产生较大的质量、安全隐患。影响裂缝的原因很多，其中温度应力为主要因素。在工程施工实践中，要根据工程所处的环境条件，认真分析每一个影响因素，采取相应的对策和措施，其裂缝是可以控制的。

2012-07-30