台儿庄复线船闸混凝土裂缝成因分析及处理方法

杨 萌，马德富，王锦龙

（山东省水利科学研究院，山东 济南 250013）

台儿庄复线船闸位于枣庄市，建设等级为II级，设计船型为1顶 2×2000t级驳船队，船闸有效尺度为230m×23m×5m（长×宽×槛上水深）。水工建筑物分级标准：上下闸首、闸室为2级，上下游导航、靠船建筑物为3级，临时建筑物为4级。

上、下闸首均为C25钢筋混凝土整体坞式结构。上闸首平面尺寸为 28m×40m（长×宽），墩顶高程 32.00m，空箱式边墩门槛顶高程19.80m，底板厚3.0m，设格栅式帷墙消能室。下闸首平面尺寸亦为28m×40m（长×宽），墩顶高程32.00m，空箱式边墩门槛顶高程15.00m，底板厚3.0m，设消力坎，进行对冲消能。

闸室为C25钢筋混凝土整体坞式结构。闸室总长度为234m，闸室墙顶高程32.00m，闸室底板顶高程15.00m，底板厚2.5m。闸墙两侧设钢护木、铁爬梯、浮式系船柱、固定式系船柱及系船钩，闸墙后侧设排水管道及检查井。

1 裂缝成因分析

船闸边墙裂缝具有如下特点：1）裂缝均为垂直水流方向的竖向裂缝，与边墙伸缩缝平行；2）裂缝属活缝，缝宽随温度变化而变化；3）全部裂缝从新浇混凝土边墙底部向上发展，裂缝中部开度较大。

本工程尚未完工投入运行，边墙就出现上述特征的裂缝，究其原因，主要与边墙混凝土内、外温差及外部温降引起的混凝土收缩受基底约束有关。大体积混凝土内部水化热温升引起内外温差及外部温降，都会引起混凝土收缩产生温度拉应力。由于边墙一、二期混凝土浇筑间隔时间较长，加之边墙受荷载大，新浇边墙混凝土基底约束较大，从而导致闸室边墙纵向（顺水流方向）因承受超限拉应力而出现垂直裂缝。

2 修补材料

改性环氧类浆材具有优良的力学性能，用于混凝土裂缝补强，其耐老化、抗冻融、耐腐蚀等性能优于其他高分子化灌浆材，其材料的特性如下：

1）可灌性能优异，浆液自身具有极强的渗透能力，可渗入0.001mm的孔隙中，可灌入渗透系数K＝10-6～10-8cm/s的低渗透性泥化夹层中，使其固结改性（由“土性”变为“岩性”）；2）对裂缝干燥度无要求，能在有渗漏水的裂缝中使用，并能往裂缝壁两边渗透植根，固化后粘接为一体，耐久性更好；3）浆材固结体力学性能优异，应用范围广，具有补强、加固等功能；4）由于丙酮的活化，变成预聚体并与糠醛分子发生反应，不仅化解了糠醛的毒性，而且使浆材固结体收缩性极小且韧性较好、耐老化性也更好；5）固结体无毒、无污染。

3 修补方案

3.1 准备工作

采用米尺、裂缝宽度显微镜等工具，详细测量裂缝的长度、宽度等情况，确定钻孔的位置和间距。

3.2 钻孔

从裂缝最边处开始，于裂缝两侧5～10cm处倾斜钻孔至混凝土内部与裂缝斜交，顺序为一侧到另一侧。钻孔布置在裂缝两侧，交叉布置，孔径为14mm，斜孔须做到与裂缝相交，每两孔间距约为50cm。混凝土裂缝不规则，钻孔时需特别注意与裂缝面斜交。另外每条裂缝钻骑缝孔1～2个，骑缝孔视裂缝长度及潮湿情况布置，约2m距离布置一个骑缝孔。潮湿裂缝部位必须布置骑缝孔，并且布置在潮湿裂缝长度居中的位置。骑缝孔的作用：一是潮湿缝隙中的渗水可沿骑缝孔埋设的通气管排出缝隙，二是保持混凝土裂缝内外气压平衡。

表1 改性环氧浆材主要性能

3.3 清缝与埋嘴

用高压气(0.5MPa左右)向钻孔内吹高压风，将缝内粉尘吹扫干净。然后将裂缝两边各5cm内的混凝土表面用磨光机打磨出新鲜清洁面。

待高压气清理完缝隙后，将全部的灌浆孔固定、埋设好灌浆嘴。将骑缝孔固定，埋设好通气管。

3.4 洗缝与封缝

安装完毕后，用高压防水灌浆机向每个灌浆嘴内灌注丙酮清洗液。其目的：一是通过灌注清洗液可以观察斜向灌浆孔与裂缝是否相交（若相交，丙酮清洗液会沿裂缝析出表面）；二是丙酮清洗液会将残存在灌浆孔及裂缝内的细微粉尘全部带出，做到二次清理缝隙，以保证灌浆质量。

清洗完裂缝后在其表面用环氧胶泥将裂缝封闭处理，约20h后即可凝固达到强度要求。

3.5 灌 浆

1）压气试验，检查封缝效果。环氧胶泥封闭合格的裂缝，高压气（0.5MPa）只会通过骑缝孔的通气管排出，并将潮湿裂缝内的渗水加速沿通气管排出；

2）灌浆材料采用改性环氧类浆材；

3）灌浆顺序沿边墙自下而上依次推进，以利于浆液在缝内均匀连续扩散；

4）灌浆采用灌浆泵纯压式灌注，灌浆压力控制在0.3～0.7MPa；

5）待环氧胶泥上留存的排水孔或骑缝孔渗出灌浆材料后，根据《混凝土坝养护修理规程》（SL230—98）灌浆量小于0.02L/5min时停灌，直至灌注完成整条裂缝。

3.6 拆嘴与封孔

改性环氧类浆材完全固化时间约为24h，灌浆嘴在浆液固化后就能敲下，清理干净已固化的溢漏出的浆液。用环氧胶泥对灌浆口进行封口处理，并将混凝土表面基本恢复成原始状态。

4 效果检查

本次混凝土裂缝共计修补57条，化学灌浆总长度155.35m。裂缝化学灌浆量共计230.18L，钻孔灌浆嘴258个，钻孔进尺110.0m，检查孔进尺33.3m。

4.1 压水试验

对每条裂缝进行压水试验，统计57条裂缝吸水率从0.001～0.009L/min不等，全部符合规范要求。

4.2 超声波测试

抽取 12#闸室南 12-1、8#闸室南 8-1、6#闸室南6-2三条裂缝进行超声波跨缝测试，灌浆前声波速度平均为 3240m/s，灌浆后波速平均为 4330m/s，超声波声速平均提高率为33.6%。