張 亮

（山東黃河河務(wù)局工程建設(shè)中心，山東 濟(jì)南 250011）

山東黃河沿黃存在著眾多的引水閘、分洪閘等涵閘建筑物，經(jīng)過(guò)多年運(yùn)行，在過(guò)閘水流的沖蝕、自然碳化以及其他因素的作用下，混凝土結(jié)構(gòu)的表面陸續(xù)出現(xiàn)一些病害，具體表現(xiàn)為表面老化、混凝土麻面、剝落、裂縫等。上述病害對(duì)沿黃涵閘等眾多建筑物的安全平穩(wěn)運(yùn)行造成了不利的影響，對(duì)建筑物的正常使用壽命也帶來(lái)了不利的影響。因此，對(duì)水工建筑物混凝土表面病害開(kāi)展研究，分析病害出現(xiàn)原因，針對(duì)病害的類(lèi)型，選擇適合的修復(fù)方法及材料是十分必要的。本文首先對(duì)水工建筑物混凝土病害中裂縫的成因進(jìn)行概述，之后對(duì)國(guó)內(nèi)常用的幾種修復(fù)方法與材料進(jìn)行介紹，最后就丙乳砂漿修復(fù)材料在山東東平湖石洼分洪閘除險(xiǎn)加固工程施工中的應(yīng)用進(jìn)行介紹。

1 裂縫的成因及類(lèi)型

1.1 常見(jiàn)類(lèi)型

裂縫作為影響水工混凝土建筑物耐久性的重要因素，按照裂縫產(chǎn)生的時(shí)間通?？梢苑譃槭┕て诹芽p、運(yùn)行期裂縫；按照發(fā)生的原因可以分為施工產(chǎn)生的裂縫、變形裂縫、荷載裂縫。

1.2 裂縫的成因

裂縫的成因主要包括以下：（1）混凝土施工澆筑過(guò)程中，熱量通過(guò)水泥的水化反應(yīng)釋放出來(lái)，由于混凝土內(nèi)部與外部的溫度不一致，形成溫度差，在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生了溫度應(yīng)力。當(dāng)產(chǎn)生的拉應(yīng)力超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，在混凝土表面產(chǎn)生了裂縫；（2）混凝土結(jié)構(gòu)在收到外部約束力的作用下，由于混凝土拌合物在硬化后的體積與之前的體積相比較，變小收縮。由于收縮受到約束的影響，進(jìn)而產(chǎn)生了收縮應(yīng)力。此時(shí)，如若混凝土的抗拉強(qiáng)度小于產(chǎn)生的收縮力時(shí)形成裂縫；（3）建筑物基礎(chǔ)的不均勻沉陷。由于在開(kāi)始工作時(shí)，沒(méi)有對(duì)建筑物的基礎(chǔ)進(jìn)行詳細(xì)的勘察，再加之實(shí)際實(shí)施過(guò)程中遇到了軟弱破碎層，對(duì)其應(yīng)對(duì)處理的措施可能不太妥當(dāng)。導(dǎo)致工程建設(shè)完成之后，由于建筑物的荷載情況發(fā)生變化，產(chǎn)生了不均勻沉降，造成了建筑物的裂縫；（4）建筑物結(jié)構(gòu)及分縫處理不合理。水工建筑物的各類(lèi)結(jié)構(gòu)通過(guò)協(xié)調(diào)組合發(fā)揮作用。設(shè)計(jì)時(shí)如果結(jié)構(gòu)選擇不恰當(dāng)，會(huì)在建筑物中產(chǎn)生應(yīng)力集中區(qū)，裂縫容易產(chǎn)生；（5）施工產(chǎn)生的裂縫。早期由于施工單位施工工藝、人員素質(zhì)、施工機(jī)械及質(zhì)量管控體系等原因，導(dǎo)致產(chǎn)生混凝土裂縫；（4）工程運(yùn)行期間，混凝土結(jié)構(gòu)由于不均勻沉陷或者承受過(guò)載產(chǎn)生裂縫。

2 水工混凝土建筑物裂縫修復(fù)材料

國(guó)內(nèi)各大專(zhuān)院校、科研機(jī)構(gòu)及工程施工、管理單位的科技工作人員對(duì)混凝土裂縫的修復(fù)材料、修補(bǔ)工藝進(jìn)行了諸多研究。根據(jù)修復(fù)材料的材質(zhì)類(lèi)型，修復(fù)加固材料可以分為無(wú)機(jī)類(lèi)、有機(jī)類(lèi)、復(fù)合材料三大類(lèi)。

2.1 無(wú)機(jī)類(lèi)加固材料

無(wú)機(jī)類(lèi)加固材料以水泥基類(lèi)材料為代表。水泥基材料呈粉末狀灰色，通常用硅酸鹽水泥作為基料，添加硅砂和幾種具有特殊活性的化學(xué)物質(zhì)。其作為一種無(wú)機(jī)類(lèi)加固材料，主要適用于改善混凝土結(jié)構(gòu)表面的防滲能力。通常的工程運(yùn)用中，也可以在大面積的涂刷中運(yùn)用。主要有普通混凝土、普通砂漿、干拌砂漿、纖維混凝土、專(zhuān)用修補(bǔ)砂漿、低坍落度混凝土、磷酸鎂混凝土和砂漿、噴射混凝土、補(bǔ)償收縮混凝土等。水泥基質(zhì)材料在實(shí)際運(yùn)用中呈現(xiàn)出易于施工、適宜性強(qiáng)、強(qiáng)度高等特點(diǎn)?？紤]到其需要較長(zhǎng)時(shí)間的養(yǎng)護(hù)，搶險(xiǎn)搶護(hù)應(yīng)急工程一般不采用。

2.2 有機(jī)加固材料

有機(jī)加固材料常見(jiàn)的有聚氨酯材料、聚脲材料、環(huán)氧材料和丙烯酸鹽材料等。

（1）聚氨酯材料有涂膜材料、嵌縫類(lèi)材料和灌漿類(lèi)材料。作為一種柔性材料，其具有易于施工的特點(diǎn)，同時(shí)考慮到抗紫外線性能較弱的特性，通常在大面積防滲涂刷中運(yùn)用，建筑物洞室內(nèi)的防滲處理也可以采用。灌漿類(lèi)聚氨酯材料可簡(jiǎn)單分為水溶性和油溶性?xún)纱箢?lèi)，其與水反應(yīng)后形成不溶于水且具有一定彈性或強(qiáng)度的固結(jié)體，是一種快速高效的防滲堵漏材料。

（2）環(huán)氧類(lèi)材料。作為常用的步槍加固材料，從使用方向的角度來(lái)考慮，可以將環(huán)氧類(lèi)材料分為環(huán)氧涂料、環(huán)氧膠泥、環(huán)氧植筋膠、環(huán)氧砂漿、環(huán)氧混凝土和環(huán)氧灌漿材料幾大類(lèi)。在對(duì)混凝土表面抗磨保護(hù)處理和不平整氣泡、麻面等缺陷處理時(shí)，可以采用環(huán)氧涂料、環(huán)氧膠泥，也可用于混凝土結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)處理。

（3）復(fù)合材料。在實(shí)際施工過(guò)程中，也可以通過(guò)將不同類(lèi)型的材料采用物理的方法混合使用，形成一種或多種復(fù)合材料，力求在產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)實(shí)用性方面或者是在產(chǎn)品的力學(xué)特性方面達(dá)到一定的目的。常見(jiàn)的如居聚氨酯與環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合而成的灌漿材料，可同時(shí)保持聚氨酯堵水性能優(yōu)良和環(huán)氧樹(shù)脂黏結(jié)強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn)。

3 水工混凝土建筑物裂縫修復(fù)方法

首先對(duì)裂縫的危害進(jìn)行評(píng)價(jià)，確定補(bǔ)強(qiáng)處理標(biāo)準(zhǔn)和補(bǔ)強(qiáng)處理方案。在進(jìn)行裂縫評(píng)估時(shí)，首先對(duì)現(xiàn)場(chǎng)裂縫的幾何尺寸指標(biāo)進(jìn)行測(cè)量，例如裂縫的寬度、深度等指標(biāo)。其次，根據(jù)上述指標(biāo)，對(duì)裂縫的危害性進(jìn)行初步判斷，判斷方向分為實(shí)時(shí)性危害、非實(shí)質(zhì)性危害。之后，再結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況作出判斷、得出評(píng)估結(jié)論。常見(jiàn)的水工混凝土裂縫修復(fù)方法有表面修補(bǔ)法、高壓灌漿法和填充法。

3.1 表面修補(bǔ)法

該方法適用于對(duì)承載力沒(méi)有影響的表面裂縫和深進(jìn)裂縫的處理，也可用于大面積防滲堵漏處理。通常采用的表面修補(bǔ)材料有彈性涂膜防水材料、滲透型防水劑及聚合物水泥膏等。

3.2 高壓灌漿法

該方法適用于對(duì)結(jié)構(gòu)整體性能有影響或者有防水要求的裂縫修補(bǔ)。通常根據(jù)裂縫的性質(zhì)、寬度及現(xiàn)場(chǎng)施工條件選用水泥灌漿或者化學(xué)灌漿。目前國(guó)內(nèi)普遍應(yīng)用的是聚氨酯漿材和環(huán)氧樹(shù)脂漿材。

3.3 填充法

該方法適用于較大的裂縫及接縫處的修補(bǔ)。根據(jù)裂縫的類(lèi)型不同，通常選用彈性樹(shù)脂砂漿、水泥砂漿和聚合物水泥砂漿等。

4 工程應(yīng)用案例

4.1 工程概況

山東東平湖石洼分洪閘位于山東省泰安市東平縣戴廟鄉(xiāng)，臨黃堤右岸大堤樁號(hào) 337+795~338+192 處，工程始建于1967 年，1976 ~1978 年進(jìn)行了改建。石洼分洪閘為東平湖新湖區(qū)唯一分洪閘，其主要任務(wù)是當(dāng)黃河上游發(fā)生較大洪水時(shí)，配合老湖區(qū)各進(jìn)湖閘分水入湖消減河道洪量，控制艾山站下泄流量不超過(guò)10000m3/s，確保濟(jì)南市、津浦鐵路、勝利油田及艾山以下黃河兩岸廣大地區(qū)的防洪安全，工程作用極為重要。工程運(yùn)行近50年后，由于河床抬高，且原閘設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏低，石洼閘在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)止水拉裂，胸墻有不規(guī)則裂縫，電氣及金屬結(jié)構(gòu)老化等問(wèn)題。

2009年4月27日，黃河水利委員會(huì)在泰安組織召開(kāi)了山東東平湖石洼分洪閘安全鑒定會(huì)議，形成鑒定結(jié)論如下：鑒于該閘存在機(jī)架橋排架、交通橋橋面板在設(shè)計(jì)工況下結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不滿足要求，樁基復(fù)核老樁配筋不滿足要求，累積最大沉降量和最大沉降差不滿足要求，海漫長(zhǎng)度不滿足規(guī)范要求，閘墩混凝土出現(xiàn)凍融損壞，啟閉設(shè)備超出使用折舊年限不能 保證正常運(yùn)用，電氣設(shè)備老化等問(wèn)題，該閘評(píng)定為三類(lèi)閘。

2011年5月，水利部安全鑒定核查組對(duì)本閘安全鑒定進(jìn)行了核查，核查意見(jiàn)認(rèn)為：本工程安全鑒定成果包括安全鑒定報(bào)告書(shū)、工程現(xiàn)狀調(diào)查分析報(bào)告、現(xiàn)場(chǎng)安全檢測(cè)報(bào)告、工程復(fù)核計(jì)算分析報(bào)告、水閘安全評(píng)價(jià)總報(bào)告。其成果反映了水閘存在的主要問(wèn)題，并提出了除險(xiǎn)加固措施的建議。核查認(rèn)為三類(lèi)閘的鑒定結(jié)論是準(zhǔn)確的。石洼分洪閘工程存在的諸多問(wèn)題將直接威脅著該閘的安全和穩(wěn)定。直接影響著下游人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全，對(duì)該閘進(jìn)行除險(xiǎn)加固是十分必要的，也是非常迫切的.

2017年1月23日，水利部以《水利部關(guān)于山東東平湖石洼分洪閘除險(xiǎn)加固工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告的批復(fù)》（水規(guī)計(jì)〔2017〕57號(hào)）對(duì)工程進(jìn)行了批復(fù)，對(duì)石洼分洪閘進(jìn)行除險(xiǎn)加固，其中對(duì)閘墩、底板混凝土表面裂縫及老化病害處理。

4.2 閘墩、底板混凝土病害情況統(tǒng)計(jì)

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)石洼閘閘墩、底板混凝土結(jié)構(gòu)表面出

現(xiàn)的裂縫進(jìn)行調(diào)查后得知，各部位均出現(xiàn)不同程度的裂縫，總長(zhǎng)合計(jì)37.60m，詳見(jiàn)表1~表2。

表1 石洼閘閘墩混凝土結(jié)構(gòu)病害情況統(tǒng)計(jì)表

表2 石洼閘閘底板混凝土結(jié)構(gòu)病害情況統(tǒng)計(jì)表

4.3 修補(bǔ)方法的確定

水閘閘墩及閘底板混凝土表面的麻面和脫落，屬于凍融剝蝕及碳化老化，采取的修補(bǔ)方法為“鑿舊補(bǔ)新”，即清除受到剝蝕作用損傷的老混凝土，澆筑或涂抹滿足特定耐久性要求的修補(bǔ)材料?！拌徟f補(bǔ)新”的工藝為：清除損傷的老混凝土→修補(bǔ)體與老混凝土接合面地處理→修補(bǔ)材料的澆筑→閘墩及閘底板表層整體防護(hù)。在修補(bǔ)裂縫的基礎(chǔ)上，對(duì)底板及閘墩混凝土表面因凍融破壞引起的剝落、麻面，以及上部混凝土碳化老化問(wèn)題，加固措施為鑿除原混凝土部分保護(hù)層至混凝土結(jié)構(gòu)新鮮表面，然后利用丙乳砂漿進(jìn)行填補(bǔ)。保護(hù)層鑿除范圍為整個(gè)閘底板及閘墩表面；鑿除厚度分兩個(gè)部分，閘底板以及閘墩底部（42.79m高程以下），表層混凝土凍融破壞較為嚴(yán)重，保護(hù)層鑿除厚度為3.0cm；閘墩上部（42.79m高程以上）主要為表層碳化，混凝土保護(hù)層鑿除厚度為1.5cm。

修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)處理步驟：a.裂縫處理，首先灑水，對(duì)整個(gè)操作面濕潤(rùn)，達(dá)到飽和水，沒(méi)有明水，然后用丙乳砂漿對(duì)裂縫進(jìn)行填充、抹平；b.蜂窩麻面，灑水濕潤(rùn)操作面，達(dá)到飽和水但沒(méi)有明水，然后采用補(bǔ)強(qiáng)材料做成的封堵膠泥對(duì)蜂窩麻面進(jìn)行填補(bǔ)并抹平；c.整個(gè)閘墩及底板表面進(jìn)行防護(hù)處理，灑水濕潤(rùn)操作面，達(dá)到飽和水沒(méi)有明水，然后對(duì)整個(gè)閘墩面抹1.5~3.0cm丙乳砂漿對(duì)整個(gè)閘墩進(jìn)行整體防護(hù)；d.養(yǎng)護(hù)，對(duì)整個(gè)表面進(jìn)行噴水養(yǎng)護(hù) 3~7d。實(shí)施完成后經(jīng)檢測(cè)各項(xiàng)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)語(yǔ)

東平湖石洼分洪閘除險(xiǎn)加固工程2018年6月施工完成，順利通過(guò)竣工驗(yàn)收，經(jīng)過(guò)四年多來(lái)的運(yùn)行，實(shí)施效果良好。丙乳砂漿在山東東平湖石洼閘除險(xiǎn)加固工程中的成功運(yùn)用，為山東黃河涵閘今后類(lèi)似的工程中裂縫處理提供了有益的參考。