船闸闸室地板混凝土裂缝分析及其修补

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【摘 要】结合船闸闸室地板混凝土裂缝及其处理情况，对大体积混凝土开裂进行分析，阐述施工中的裂缝控制措施，并对低粘度改性环氧树脂这种防水止水材料及其施工工艺进行了详细说明。有利于施工管理过程中加深对混凝土裂缝的认识，提前采取措施进行控制，同时为混凝土裂缝修补工作提供了参考。

【关键词】船闸；混凝土裂缝；修补

1、工程概况

嘉祥船闸是洙水河航道改造工程的一部分，为山东省交通重点工程，位于嘉祥县嘉祥镇嘉祥村节制闸右岸，节制闸中心与航道中心线距离为61M，船闸轴线全长2.56KM。嘉祥船闸为IV级船闸，主要设计船型为500t级船舶（可兼顾通过1000t级船舶），船闸主尺度为230×23×4m（闸室长×宽×槛上水深），设计水头2.6M，船闸设计年通过能力为1960万吨。输水系统形式采用头部短廊道集中输水，横梁式钢质人字门作为工作闸门，工作阀门选用实腹式钢质平板阀门，闸、阀门均采用直推式液压启闭机。

2、裂缝情况与成因分析

嘉祥船闸工程闸室底板混凝土浇筑于2010年10月16日～2011年5月14日，浇筑完成后，闸室底板表观质量较好。在2012年9月～10月期间，闸室的1#、3#、6#、7#、8#、10#、12#、13#、15#、16 #底板上出现不同程度的裂缝，裂缝的整体走向沿着船闸轴线方向。为此，我部于2012年11月21日委托中交上海三航科学研究院有限公司对裂缝进行系统调查，通过采用裂缝测宽仪和超声波混凝土测试仪进行检测，根据测试结果，裂缝的宽度较小（大部分裂缝宽度0.01～0.03mm，个别裂缝宽度0.15～0.20mm），深度较浅（裂缝深度25.2～49.5mm）。裂缝非常可能是由于施工过程中回填土导致闸室底板不均匀沉降引起的结构性裂缝，但开裂的程度目前并不严重，只要及时对裂缝进行修补，避免裂缝引起钢筋锈蚀，不会对结构的使用和长期性能产生不利影响。而且从结构的受力角度分析，一旦闸室内防水投入使用后，闸室底板的受力会更加合理，纵向裂缝会有闭合趋势。

根据对闸室底板的裂缝情况调查、检测以及对船闸底板裂缝成因分析的结果，本工程船闸底板出现的裂缝并不严重，浅表裂缝对结构危害不大，但为了保证工程质量，需要及时对出现的裂缝进行处理，以避免引起锈蚀通道和诱发钢筋锈蚀。

分析发现：一、裂缝出现于船闸地板浇筑完成后一年，由于船闸处于河道一侧，左岸水位差约10米（闸室未放水情况下）。右岸位于岸侧，结合地质勘查报告及现场实际情况，该侧地下水水压力极小，但是闸室墙后回填土土压力较大；二、混凝土浇筑后，水泥水化过程中，产生大量水化热，导致混凝土内部温度升高，根据热胀冷缩原理，混凝土出现伸张，混凝土内部为压应力，养护期过后，混凝土表面水分挥发、温度下降都会使混凝土产生收缩，混凝土内部变为拉应力，此时下部结构已经稳定，在其约束下拉应力不断增大，当约束应力超过混凝土抗拉强度时，混凝土就会开裂；三、闸室混凝土厚度有250cm，由于是密闭结构，散热性差。现场观测数据显示在混凝土浇筑2～3天内，其内部最高气温就能达到50摄氏度，内外温差产生的温度梯度使混凝土表面产生拉应力，加上温度下降的过程中混凝土会产生收缩，同时受到下部结构约束，混凝土内部拉应力不断增加，其表现为：先期出现的裂缝发展活跃；空箱结构薄弱的中部靠近新旧混凝土施工缝处陆续有新的裂缝出现，一般不连续，宽度在0.2mm以下。四、混凝土表面经过一个冻融期后，并没有得到理想状态中的养护，造成龟裂现象。

3、材料选择及其修补原则

3.1选材

针对地板混凝土裂缝情况及其情况分析，并结合船闸工作环境和使用特点，根据本工程裂缝情况及成因分析，拟采用填充法进行处理，所选材料需具备以下特点：

⑴强度高。包括抗压、弯、拉的强度以及粘结力等指标，以满足正常使用过程中不可避免的船只对闸体混凝土碰撞和水位反复升降对闸首造成的不利影响。

⑵具有较高耐疲劳强度，良好的防渗性能和能与老混凝土牢固结合。

⑶环境温度的变化及水位变化、干温交替对材料老化没有明显作用。

⑷施工工艺简单，对施工现场作业面要求低。

本工程裂缝修补材料主要有DB-800灌封胶。它是A、B双组份改性环氧树脂类中等粘度胶粘剂，其粘度低、放热少、适用期长，硬化不收缩，固化后有优异的韧性及抗冲击性能。

3.2修补原则

根据材料性能指标及其特点，同时借鉴附近船闸裂缝修补经验，并结合现场实际情况，确定裂缝修补原则为：

⑴对于缝宽小于0.2mm，深度较小且己稳定的裂缝，沿缝凿V型槽，用封缝胶封填。

⑵对于缝宽大于0.2mm，或虽小于0.2mm，但深度较大的裂缝，清理裂缝后埋设压力灌浆嘴，用封口胶封闭裂缝，以压力注入低粘度灌注胶。

4、施工工艺

灌浆施工操作步骤：表面清理粘结注入座和密封裂缝通气试验注入灌注胶裂缝表面清理。

4.1表面清理

用钢丝刷等工具清除裂缝表面的灰尘，松散层等污物，然后用酒精将裂缝擦洗干净，并保持干燥。

4.2粘结注入座和密封裂缝

调制好封口胶，搅拌均匀，用抹刀将少许胶刮在注入座底面的四边，将注入座固定在混凝土上，骑缝用封口胶粘贴，按20—30cm的间距设置，注入座的布置应掌握以下原则：

缝窄则密，缝宽则疏；注入口的位置尽量在裂缝较宽、开口较畅通的部位；沿缝走向，每米约布置4个，对于缝宽较大且内部通畅时，可以按每米3个的密度来布置。

4.3通气试验

通气试验的目的是为了了解灌浆嘴与裂缝畅通情况，检查裂缝密封是否有效，确定是否可以灌浆。

以不大于设定灌浆的压力气体充入裂缝中，详细观察灌浆嘴的通畅情况，封闭后的裂缝是否漏气，如有则用封口胶二次缝堵。

4.4注入灌注胶

灌浆使用自动压力灌浆器，可以对混凝土微细裂缝进行自动灌浆注入。无须使用空压机，手压泵等配套设备，不用电，操作简便，快捷。使用参数为：

⑴灌浆器适合修补0.1mm以上的裂缝；

⑵灌浆器内弹簧压力为6kg，注入起始压力为60kpa；

⑶灌浆器可装灌注胶50g，有效注入量40g；一次注入不够时可以继续补充。

施工前根据裂缝的长度、宽度和深度估算灌胶量，配置适量的浆液。浆液须置于干净容器中搅拌均匀，随用随配，配置好的浆液暴露在空气中的时间不宜超过45min。

施工时安设自动压力灌浆器并注浆，每条裂缝设置一个灌浆器，可多条裂缝同时，由下而上顺序进行。灌浆过程中压力控制在0.2～0.4Mpa，保证将灌注胶注入到宽度仅为0.02mm的裂缝末端，同时均匀缓慢的压力可以将裂缝中积存的空气压入混凝土的毛细孔中，并通过混凝土的自然呼吸过程排出，有效避免产生气阻，从而确保灌浆质量。在灌浆器上方2～3个压浆嘴依次出浆后，暂停压浆；将灌浆器移至最上方一个出浆的压浆嘴上继续压浆；重复上述过程，依次压灌至最后一个压浆嘴冒浆，保持恒压继续压灌，当进浆率小于0.01L/min时，再继续灌注10min即可停止此缝的压浆，对于有明显进浆而相邻压浆嘴无浆液冒出的情况，应进行检查分析，如有裂缝贯通情况等，再采取相应措施。压浆过程中对于每条裂缝的进浆量要仔细记录备案。

4.5混凝土表面清理

灌缝完成，灌注胶固化后，对裂缝混凝土表面进行打磨、清理、除去封口胶，露出原构件混凝土本色。

封缝完成，封缝胶固化后，在封缝胶表面使用环氧水泥砂浆涂抹一道，恢复原构件混凝土。

4.6安全措施

现场施工由专人负责现场安全，施工程序、用电必须按照安全规范执行，做到安全施工文明施工。

环氧树脂会刺激皮肤和粘膜，人员作业时需佩戴橡胶手套、防目镜和工作服。万一溅入眼睛，立即彻底用水清洗并就医。

5、结束语

这次修补从2012年11月1日开始，11月5日结束，共计4天。修补过程中，裂缝实际灌胶量与估算值基本吻合，裂缝附近毛细缝灌满胶后被压出的脉络清晰可见，现在修补完成半年并且经过一个冻融期，经现场观察，无渗水现象并且由于不均匀沉降趋于稳定，无新裂缝产生。