浅谈水工混凝土裂缝、缺陷及处理

贺雷

摘要：本文主要根据国内部分工程混凝土裂缝出现的情况及相应的处理方法，提出水工混凝土施工裂缝、缺陷的类型、检测及其修补的一般性原则与处理措施。

关键词：水工混凝土；裂缝；缺陷；处理

水工混凝土建筑物体型复杂，工程量大，施工时段长，混凝土发生缺陷的机率也随之增大。对于已经发生的混凝土缺陷，为合理选择修补方法及工艺，提高修补质量，确保水工建筑物的正常运行，减少工程成本至关重要。以下将对有关水工混凝土的裂缝、缺陷及处理进行具体分析：

一、水工混凝土裂缝

混凝土裂缝，据建筑物的使用功能及运行条件，混凝土表面裂缝分为过流面及非过流面，其中过流面细分为高速水流面及低速水流面。

为对裂缝进行危害性评估和选择正确处理方案，应对裂缝所处部位、产状、形状、成因等进行分析和分类。按其部位、深度、发展及成因情况划分如下：

按裂缝部位：迎水面裂缝、非迎水面裂缝、过流面裂缝；

按裂缝深度：表面裂缝、深层裂缝及贯穿裂缝；

按裂缝发展：静止裂缝、活动裂缝及发展裂缝；

按裂缝成因：温度裂缝、干缩裂缝、应力裂缝、钢筋锈蚀裂缝、沉陷裂缝、冻胀裂缝、碱骨料反应裂缝

大体积混凝土裂缝按其性质及对结构安全的影响程度，按照惯例作如下分类：

Ⅰ类裂缝：裂缝宽度δ≤0.2mm，深度h≤30cm，平面缝长L≤3m，一般表现为龟裂或呈细微规则性裂缝。Ⅰ类裂缝对坝体结构、耐久性和安全基本无影响。

Ⅱ类裂缝：裂缝宽度0.2mm<δ≤0.3mm，深度30cm

Ⅲ类裂缝：裂缝宽度0.3mm<δ≤0.5 mm，深度100cm

Ⅲ类裂缝对坝体结构、耐久性和安全运行有较大影响。

Ⅳ类裂缝：裂缝宽度大于δ>0.5 mm，深度h>500cm，侧（立）面长度L>5m，若从基础向上开裂，且平面上贯穿整个仓面，则定义为基础贯穿裂缝，其余则定义为贯穿裂缝。贯穿裂缝对坝体结构、耐久性和安全运行有重大影响。

二、水工混凝土缺陷

水工混凝土缺陷主要指：混凝土表面缺陷、混凝土内部缺陷、混凝土止排水缺陷等。混凝土表面缺陷指：表面不平整、气泡、麻面、蜂窝、错台、局部架空、模板拉筋头、露筋、膨胀螺栓孔、模板定位锥孔、冷却水管预留坑等；混凝土内部缺陷是指：由施工原因等造成的混凝土内部不密实，而出现的内部空腔、空隙等；混凝土止排水缺陷指：结构缝面止水失效、排水管失效。

三、水工混凝土裂缝与缺陷检测

1、检测项目与内容

水工混凝土裂缝与缺陷检查是为分类、补强处理提供基本资料，是处理的依据。一般包括下列项目及内容：

裂缝：裂缝的宽度、长度、深度以及出现的部位、高程、数量等，对每一条裂缝应说明裂缝产状（走向、倾向及倾角）、缝面状态（光滑、粗糙、平直、转折等）、缝隙状态（全空、部分填充及其填充物等）、渗水情况等。对于影响结构整体性、强度及防渗性能的裂缝，应查明裂缝开度变化及其与温度、承受荷载间的关系。

表面缺陷：混凝土表面有无明显的表面缺陷，如表面不平整、气泡、麻面、蜂窝、错台、局部架空、模板拉筋头、露筋、膨胀螺栓孔、模板定位锥孔、冷却水管预留坑等。

内部缺陷：混凝土有无架空现象，查明混凝土架空缺陷的分布状况，以及相邻结构间的情况。

混凝土止排水缺陷：结构缝内止水、排水设施等是否正常。

2、检测仪器及检测方法

一般常用的检测仪器有：米尺、卡尺、塞尺、读数放大镜、回弹仪、钢筋保护层厚度测定仪、非金属超声波检测仪、取芯机、压力试验机、读数显微镜、地震（或声波）CT层析成像等。混凝土表面缺陷以及止排水缺陷的检测方式主要为人工检测，并辅以必要的工具和仪器（如回弹仪、取芯机等）和测量装置进行检测；混凝土裂缝及架空的检测应采用适宜的仪器进行，推荐采用读数显微镜和超声波回弹检测法检测，必要时采用地震（或声波）CT层析成像技术。

3、裂缝缝深检查

（1）表面浅层裂缝可采用沿缝凿槽法，凿至目测见不到缝为止。

（2）钻孔压水法：沿裂缝一侧或两侧打斜孔穿过缝面（过缝>0.5m），然后在孔口安装压水设备（压水管、手摇泵）和阻塞器，进行压水。若压水缝表面出水，说明钻孔过缝且缝深大于钻孔穿过缝的垂直深度，之后再打少量斜孔检查，直至表面无水冒出。此时斜孔与缝的交点至混凝土的垂直距离即为裂缝深度。

（3）超声波法：在混凝土裂缝的两侧（距1m左右）打垂直孔，孔径大于60mm，但应在缝的一侧打一个对比孔，先进行无缝的声波测试，测前孔应冲洗干净，并灌满清水。测试时探头在孔内自上而下每20cm～30cm移动一次。先测无缝的声波测试，然后再进行跨缝测试，经过波幅的对比变化，判定其缝深。若缝在侧面，其钻孔应向下倾斜3°～5°。

（4）对重要或危害性大的缝，必要时可沿缝钻直径为90～150mm孔，用孔内电视和录像方法探测缝深。

4、内部缺陷检查

混凝土内部裂缝与缺陷的检查采用钻孔取芯、压水试验以及CT、声波等物探方法进行检测。

四、混凝土裂缝处理

水工混凝土危害性较大的裂缝，将会破坏建筑物的整体性，改变建筑物的受力状态，造成渗水、漏水、钢筋锈蚀，降低建筑物的耐久性，危害建筑物安全运行。虽然多数裂缝为危害性较小的表面裂缝，但也存在着危害性很大的深层裂缝和贯穿性裂缝，而且因裂缝所在的部位和外界的环境等不同，有一部分原为危害性较小的裂缝，亦会延伸发展为严重的深层或贯穿性裂缝。因此，必须认真对待每一条已被发现的裂缝。混凝土裂缝补强处理主要应达到恢复结构的整体性，限制裂缝的扩展，满足结构的强度、防滲、耐久性和建筑物的安全运行要求。混凝土裂缝处理方案的选择，要通过裂缝调查获得必要的数据资料，再根据裂缝所在的部位、发生的原因、裂缝规模大小和危害性评定等，进行精确的计算和分析研究，综合确定合理的处理措施。

1、Ⅰ类裂缝处理

（1）对于表面缝宽δ<0.1 mm的裂缝沿缝宽20cm范围用钢丝刷刷毛，并用丙酮清洗干净；缝面干燥后可涂刷一层环氧基液或防水系列材料。

（2）对于0.1mm≤δ<0.2mm的裂缝骑缝凿宽10cm、深2.5～3.0cm的梯形槽，并覆盖裂缝两端头 40cm；将槽内杂物清理并冲洗干净，然后进行修补，修补材料可采用环氧砂浆或环氧胶泥。

2、Ⅱ类裂缝处理

Ⅱ类裂缝采用灌浆法加表面喷涂法进行处理。用打磨机将裂缝表面两边5～10cm宽的范围打磨，然后用高压水将缝面冲洗干净，观察缝口的状况；被浆皮封住缝口的地方用薄刀片挑开缝口，待所有的缝口挑开后，再用高壓水冲洗。待缝面干燥后进行贴嘴施工，局部未干的缝面用碘钨灯烤干。灌浆孔采用骑缝布置，在混凝土表面采用环氧胶泥粘贴灌浆嘴间距约20～30cm。灌浆口施工完成 3h（环氧胶泥等待时间约8h）后，采用环氧胶泥进行缝口的封闭处理，环氧胶泥沿打磨的宽度封贴，厚度2～5mm，贴嘴底板上面和贴嘴底板周边稍厚实。如封闭后裂缝渗水，可采用防水材料堵渗。灌浆完成 7～10d后，清除嵌缝材料，进行表面处理，表面喷涂采用环氧胶泥。

3、Ⅲ类、Ⅳ类裂缝处理

（1）非大坝迎水面的Ⅲ类、Ⅳ类裂缝处理方法

Ⅲ类、Ⅳ类裂缝产生在非大坝迎水面的部位可采用如下方法之一：①化学灌浆法加表面喷涂法（主要适用于Ⅲ类裂缝）；②化学灌浆法加凿槽嵌填止水材料加表面喷涂法（主要适用于Ⅳ类裂缝和重要部位的Ⅲ类裂缝）。化学灌浆采用骑缝灌浆加斜孔灌浆，斜孔按每孔灌浆面积0.5～1.0m2布置。骑缝灌浆同Ⅱ类裂缝。凿槽嵌填止水材料加表面喷涂，沿裂缝凿U型槽，宽、深5cm～8cm，凿槽向裂缝两端顺延0.5m，并清洗干净；槽底面用砂浆找平并铺设隔离膜，槽侧面涂刷胶粘剂，再嵌填2cmSR-2塑性止水材料，并用力压实；槽外回填砂浆与原混凝土面齐平。表面沿裂缝两侧各6m，上下端各3m喷涂高效渗透结晶型防水材料。

（2）大坝迎水面的Ⅲ类、Ⅳ类裂缝处理方法

大坝迎水面的Ⅲ类裂缝以及Ⅳ类裂缝采用化学灌浆法与充填粘贴法相结合的方法进行。在裂缝灌浆处理完成7d后，再对裂缝表面进行充填粘贴处理，处理程序为：凿槽嵌填塑性止水材料→粘贴橡胶片和防渗保护盖片→防渗保护盖片四边的防护→防渗保护盖片表面的防护。

沿裂缝开凿出3～5cm深、8～20cm宽的U形槽、槽长超过缝端15cm；凿槽完成后，用有压水将槽内冲洗干净，待槽内干燥后，将U形槽内均匀涂刷第一道SR-2塑性止水材料底胶，常温季节自然干燥1h后，再涂刷第二道底胶，常温下自然干燥0.5h或用灯烘至表面干燥，用手触摸，黏而不沾手后进行嵌填SR-2塑性止水材料。将 SR-2塑性止水材料接成细条，沿槽分层嵌填，按先里后外的原则，将 SR-2塑性止水材料填人槽内，用木榔头（或橡胶榔头）锤击至密实，表面与U形槽上口齐平。

粘贴橡胶片和防渗保护盖片，裂缝两侧的表面处理工序：缝面处理→涂刷氯丁橡胶片底胶→粘贴氯丁橡胶片→涂刷SR防渗盖片底胶→粘贴SR防渗盖片。将混凝土面打磨，使无明显错台，钢筋拉条等沿混凝土壁面齐根切除，混凝土壁面平整度控制在±2mm以内。同时钻取SR防渗盖片周边封闭用的锚栓孔，孔深8cm，φ12mm，顺裂缝方向间距为 30cm。之后将混凝土面用高压水冲洗干净后晾干或烘干，保证壁面无松动物、无浮尘、无油污和表面干燥。根据氯丁橡胶片尺寸和裂缝位置，在裂缝两边等距对称涂刷氯丁橡胶片底胶。将氯丁橡胶用专用清洗剂或浓硫酸浸泡5～10min后，再用清水洗净晾干后粘贴。接着用漆刷均匀涂刷2～3道SR防渗盖片配套底胶，时间间隔1h；SR底胶涂刷范围大于 SR防渗盖片（厚 7mm）覆盖范围 1cm。等SR防渗盖片底胶表面干（黏手不沾手）后。采用 SR-2塑性止水材料（胶泥状）进行局部找平，平顺过渡、保证壁面无明显错台后粘贴SR防渗盖片，粘贴SR防渗盖片时，从左向右或从右向左粘贴，并随SR防渗盖片的粘贴进度利用光滑的木棍、橡皮棍由一端向另一端赶尽空气，为保证防渗盖片与底胶紧密结合，在施工过程中可用木榔头（或橡胶榔头）对SR防渗盖片、盖片周边进行表面敲打，直至密实。

防渗保护盖片四边的防护。为减小后期水压力对 SR防渗盖片两侧的破坏，将 SR防渗盖片4条外边封边，可采用氯丁橡胶与 30mm×30mm×3mm角钢相结合封闭，氯丁橡胶与混凝土之间采用环氧基液或厂家提供的专用粘接剂粘贴，SR防渗盖片与角钢结合处的表面涂刷HK961防护涂料，角钢的固定采用钻孔上φ10锚栓（筋）的方法，锚栓孔洗干净后注入适量1450环氧树脂或HK—982树脂锚固剂，然后插入锚栓（筋），在锚固剂凝固前不得扰动锚栓（筋）。

防渗保护盖片表面的防护。对SR防渗盖片间拼缝间隙，采用 HK961防护涂料涂刷，为防止硬物击穿而影响其防渗性能，可在SR防渗盖片外采用钢筋混凝土板进行封闭保护，在钢筋混凝土板施工不便的地方采用6mm厚聚乙烯板对其进行封闭防护。

五、混凝土表面缺陷处理

混凝土表面缺陷应先进行认真检查，查明表面缺陷的部位、类型、程度和规模，处理中应遵循尽量少损伤母体混凝土的原则；永久外露面还需满足建筑物外观需要并尽量选择无机材料。

1、外露钢筋头、管件头的处理

高速水流过流面将钢筋头、管件头用砂轮沿混凝土面切割掉，采用电钻（或砂轮）切出规则的周边，凿深25mm后割除漏出的管件头。保留剩余钢筋头，将孔内残碴清除并清洗干净后填预缩砂浆夯实抹平。一般混凝土面用砂轮沿混凝土表面将钢筋头、管件头切除并与研磨到混凝土面以下1～2mm，采用防锈涂料进行表面涂刷，2～3遍为宜，颜色与混凝土的颜色应协调，也可采用环氧胶泥抹平。

2、表面蜂窝、麻面、气泡密集区的处理

高速过水面缺陷较小（深度<5mm）时一般只作打磨处理，磨平后表面再涂一层环氧基液；缺陷深度较大（≥5mm）时可凿出平面形状是一个四边形或多边形，麻面混凝土凿除的深度为最深凹部位厚度，采用环氧砂浆或预缩砂浆填充。一般混凝土外露面，打磨或凿除缺陷后宜采用预缩砂浆、丙乳砂浆或环氧砂浆修复，有外观要求的外露面其颜色与混凝土颜色应相近。

3、错台、挂帘的处理

采用凿除砂轮打磨使其与周边混凝土平顺衔接，其顺水流向及垂直水流向坡度满足过水要求。

4、混凝土表面气泡的处理

有要求是可用小钢件凿开并清除孔周的乳皮，经清洗和吸干水分后，采用环氧胶泥或用比母体混凝土标号高一级的水泥砂浆修补；

5、大面积缺陷的处理

对于需采取凿除填补方式修补的缺陷，若修补面积较大空腔时先凿除一定深度后在修补基面混凝土内布设锚筋，修补体内布置钢筋。然后分层回填环氧砂浆

6、混凝土内部架空处理

混凝土内部架空缺陷处理以灌注水泥浆为主。直接对检查孔进行封孔，一般采用浓水泥浆封孔，压力0.2～0.3MPa；对检查孔进行孔内循环灌浆；灌浆孔依据缺陷区压水（气）内串通性情况，一般按孔距2.0～4.0m布置灌浆孔。灌浆起始压力一般从0.1MPa开始，以后每隔5～15min增压0.1MPa，最大压力一般不超过0.3MPa。特殊部位要另行计算核定最大允许灌浆压力。

7、混凝土止排水缺陷处理

伸缩缝渗漏处理可采用嵌填法、粘贴法、锚固法及灌浆法等。一般非过流面结构缝接缝止水失效时，宜采用灌浆法修补，如失效严重，宜进行修复，止水修复宜采用嵌填法、粘贴法、锚固法等。低速水流区过流面结构缝接缝止水失效时，宜进行修复。过流建筑物过流面排水系统失效时，在过流面补钻倾向以水流向一致的排水孔。

灌浆法适用于迎水面伸缩缝局部处理。灌浆材料可选用弹性聚氨酯、改性沥青浆材等。灌浆一般自低处向高处推进，当前孔排浆时，后孔结束灌浆。对于漏水量较大部位，可提前4h以不大于0.10MPa的压力，灌注加有速凝剂的浆液，防止堵塞排设施。

嵌填法的弹性嵌缝材料可选用橡胶类、沥青基类或树脂类等，沿缝凿一定宽度和深度的V形槽，清除缝内杂物及失效的止水材料，并冲洗干净；槽面涂刷胶粘剂，槽底缝口设隔离棒，嵌填弹性嵌缝材料；回填弹性树脂砂浆与原混凝土面齐平。

锚固法适用于迎水面伸缩缝止水修补，修补时做好伸缩缝的止水搭接。止水材料可选用橡胶、紫铜、不锈钢等片材，并与原止水材一致，錨固件采用锚固螺栓、钢压条等。沿缝两侧凿一定宽度和深度的糟，缝两侧各钻一排锚栓孔，在止水片上开孔，将止水片准确地套在锚栓上，安装压板，拧紧螺母。

参考文献

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（作者单位：玉龙县水务局）