输水倒虹吸混凝土结构裂缝处理施工技术

刘红萍，霍斌伟

(中国葛洲坝集团基础工程有限公司，湖北宜昌，443002)

作者简介: 刘红萍(1964—)，女，辽宁沈阳人，高级工程师，主要从事水利水电施工研究。

【摘 要】 输水倒虹吸混凝土结构因混凝土温度应力、基础约束应力等因素影响而产生的裂缝，会影响建筑物的使用功能和耐久性，对于薄壁混凝土结构裂缝，经过适宜的化学灌浆处理后，封闭裂缝和渗水通道，保证了建筑物的安全运行。

【关键词】 混凝土结构裂缝; 化学灌浆

1 概述

某地下输水倒虹吸建筑物由进口渐变段、进口闸室段、管身段、出口闸室段、出口渐变段组成，为双联四孔钢筋混凝土箱涵结构，其中管身段总长204m，外轮廓尺寸宽×高=35.2m×9.5m，过水断面尺寸6.9m×6.9m×4m，中墙厚1.2m，边墙厚1.3m，底板和顶板厚度均为1.3m。管身段混凝土3.2万m3，钢筋0.3万t，分为13个管节施工，每个管节分两仓施工，分仓高度2.75m，先浇筑底板及掖角部分，后浇筑侧墙和顶板部分，混凝土施工分层见图1。混凝土浇筑施工完成后，发现多数管节侧墙规律性分布竖向裂缝，缝的位置多分布于管节侧墙的1/2、1/4处，裂缝最大长度571cm，最小长度33cm，裂缝宽度最大0.5mm，部分裂缝深度穿过钢筋保护层，部分裂缝贯穿侧墙墙壁，且位于地下水位以下部位的贯穿性裂缝渗水，混凝土结构裂缝分布示意见图2。

图1 混凝土施工分层图

图2 单管节侧墙混凝土结构裂缝分布示意图

2 裂缝成因分析

输水倒虹吸混凝土施工历时1年，通过对倒虹吸管线弹性工况和全过程仿真分析认为裂缝产生原因主要为以下2点:

(1)输水倒虹吸采用C30W6F150混凝土，垂直入仓手段主要为泵送，水泥用量达到330kg/m3，高于常态C30混凝土水泥用量约60kg/m3，水泥用量大，水化速度快，早期水化热高。侧墙浇筑初期，由于混凝土水化热作用，侧墙内部温度比外表温度高得多，但此时混凝土弹模较低，不会引起很大的拉应力。由于混凝土弹模增长较快，混凝土已达到一定强度时，混凝土内外还是存在一定的温差，待混凝土达到稳定状态后，混凝土内部的温降要比外侧的温降大得多，受到侧墙底部的约束作用，墙体内部产生拉应力，当超过混凝土抗拉强度时发生开裂，逐渐向外侧扩展，所以侧墙混凝土的温度应力受施工期温度影响较大。

(2)一期底板混凝土浇筑在软基上，可以自由伸缩变形，一般不会开裂。但由于上下层混凝土间歇期一般为1～3个月，底板混凝土已接近日常气温，二期侧墙和顶板混凝土浇筑在已经固化的钢筋混凝土底板上，由于水化热升到较高的温度然后又逐渐降温，其体积随之收缩，侧墙正好处在底板强约束区内，薄墙承受较大的约束拉应力，超过拉力极限必然导致混凝土的开裂。

3 裂缝处理方案的选择

根据现场裂缝检测情况和有限元计算成果，输水倒虹吸管身裂缝主要为横向裂缝，主要分布在侧墙。横向缝不会对管身结构安全产生重大影响，但会降低混凝土与钢筋的握裹力，使钢筋产生锈蚀，发生渗漏，影响建筑物的使用功能和耐久性，因此对裂缝的处理以防渗堵漏为主。针对薄壁混凝土结构裂缝存在渗水和非渗水两种现状，为保证裂缝封闭效果，同时灌浆材料须具备绿色环保功能，对渗水缝采用刻槽骑缝钻孔封闭、LW水溶性聚氨酯灌浆的方法; 干缝采用骑缝钻孔封闭、CW改性环氧树脂浆液灌注的方法，灌浆压力通过试验选取0.3MPa。

4 灌浆材料主要性能

LW水溶性聚氨酯和CW环氧树脂均为无毒绿色环保材料，其主要性能指标见表1和表2。

表1 LW水溶性聚氨酯主要性能指标(单组分)

表2 CW改性环氧树脂主要性能指标(双组分比例A B=5 1)

5 混凝土结构裂缝处理施工工艺

5．1 混凝土结构裂缝处理施工流程

混凝土结构裂缝处理施工流程为:

混凝土裂缝检查→裂缝缝口两侧混凝土表面打磨(干缝)或刻槽(湿缝)→钻骑缝灌浆孔埋设灌浆嘴→环氧砂浆封闭缝口→压风检查缝口密封情况→化学灌浆→打磨去除缝口封闭环氧砂浆→钻孔取芯检查灌浆质量

5．2 混凝土裂缝缝口表面处理

干缝: 由于缝口封闭需要，首先对裂缝两侧的混凝土进行打磨处理，以缝为中线，用角磨机打磨，打磨宽度20cm左右，打磨深度1.5～2mm，至新鲜混凝土面。

渗水缝: 以裂缝为中线，左右各距2.5cm缝切刻“U”形槽，槽深5cm，宽5cm。

5．3 灌浆孔施工

(1)布孔。侧墙为薄壁结构，灌浆孔位采取骑缝布置，孔距25～30cm。在裂缝端点和裂缝与结构缝交叉部位靠结构缝端钻封闭孔。灌浆孔布置示意见图3。

(2)造孔。灌浆孔采用手持式取芯钻垂直于混凝土面骑缝造孔，孔径2.7～3.0cm，深度5cm。封闭孔采用手风钻机钻孔，直径3.8cm，孔深视现场具体情况而定。

图3 灌浆孔布置示意图

(3)钻孔冲洗。造孔完成后用洁净的压力水将钻孔内粉末、碎屑冲洗干净。

(4)灌浆嘴安装。用φ27～φ30PVC专用注浆嘴放入灌浆孔内，用环氧砂浆封闭固定。每条裂缝在灌浆嘴安装完毕后逐一登记编号，做好记录。

(5)缝口封闭

灌浆嘴安装完毕后，对已打磨、冲洗干净、晾干的缝口用环氧砂浆进行封缝处理。封缝时裂缝表面必须清洁干燥，封缝平整密实，以保证灌浆效果。

(6)压风检查。封缝4h后(根据环境温度调整)进行压风检测，风压力最高限压为灌浆压力的30%，每条缝自下而上逐孔检查。关闭所有灌浆管口，从最低处灌浆管进风，打开与其相邻的灌浆管，并将管口插入水中，观察水中是否有气泡冒出，如有，说明两孔连通，若两孔间不连通，必须重新埋设灌浆嘴。在检测各灌浆孔连通性的同时，在封缝材料上涂满肥皂水，观察是否有气泡冒出，如有，封缝必须重新处理后方可灌浆。

(7)灌浆

混凝土表面立面竖向裂缝采用自下而上逐孔灌浆的方式，即从最低处一个灌浆孔开始进浆，与其相邻的灌浆孔冒浆后，关闭进浆孔，从出浆孔进浆，依次上移灌浆管，随着灌浆过程的进展，浆液在缝面内逐步向纵深、向上充填，当最高处灌浆孔出浆时，表明缝面浆液基本充填饱满，此时将最后的灌浆孔接上输浆管，继续灌浆，稳压灌注至吸浆率为0后结束灌浆。

5．4 灌后处理

待浆液凝固后，切除注浆嘴，用角磨机打磨封缝环氧砂浆，使表面平整光滑，用高压水冲洗表面，烘干，涂刷一层渗透型水泥基涂料，宽15cm，厚0.1cm。

5．5 灌浆效果检查

灌浆结束3d后，在裂缝表面钻骑缝孔取芯检查灌浆质量，取出的岩芯均可以看到裂缝内化学浆材胶凝体充填饱满，与混凝土粘结紧密，灌浆效果显著。

6 结语

该输水倒虹吸通过上述方法对所有混凝土结构裂缝灌浆处理后，裂缝全部封闭，管身内无渗水，灌浆效果达到预期的效果。对于薄壁混凝土结构裂缝，选择适宜的灌浆材料，采用骑缝刻槽钻孔法灌注，操作简单、施工方便，能较好地保证施工质量，保证建筑物安全运行。