刘中文

（中国水利水电第十二工程局有限公司，浙江 杭州 310000）

1 工程概况

涪江干流梯级渠化潼南航电枢纽工程位于重庆市潼南区涪江大桥下游约3km处，开发任务是以航运为主兼顾发电，修复涪江干流潼南县城段水生态系统。正常蓄水位高程为236.5m，相应库容为1571万m3，水库总库容为2.19亿m3，船闸和航道等级为Ⅴ级，电站装机容量为42MW，工程等别为Ⅱ等，工程规模为大（2）型。枢纽采用左厂房、右船闸、中间18孔泄水闸布置形式。枢纽沿坝轴线全长685m，坝顶高程252.4m。

右岸二期工程在施工过程中，泄水闸和船闸上闸首下部共计发现了11条裂缝，裂缝宽度为0.05～0.3mm，针对裂缝出现的部位、宽度及深度等进行分类，按裂缝类别结合设计要求制订了处理方案。

2 混凝土裂缝产生的原因

水工混凝土裂缝一般分为干缩裂缝、温度裂缝和外来作用下产生的裂缝。潼南航电枢纽二期工程其裂缝主要为温度裂缝和干缩裂缝，裂缝产生的原因主要包括以下四个方面：

（1）结构尺寸大。泄水闸底板基础一般尺寸为26.3m×25.5m（长×宽），船闸上闸首基础面尺寸为32.0m×30.0m（长×宽），泄水闸闸墩尺寸为25.5m×2.8m（长×宽）。混凝土仓面形体尺寸大，一次性浇筑超过1000m3，早期聚集的大量水化热会导致混凝土内外散热不均匀，在受到内外约束的情况下，混凝土内部会产生较大的温度应力而容易导致混凝土产生裂缝。泄水闸闸墩为条形，长∶宽为9∶1，施工采用滑模工艺，混凝土坍落度一般为20cm，混凝土浇筑后收缩容易产生裂缝。通过现场查看，该类裂缝共发现5条，出现部位比较有规律，一般在闸墩1/3左右长的位置，裂缝深度较浅。

（2）水泥早期强度高。施工水泥主要产地为重庆市合川区，通过对该区域产的水泥取样试验发现，该区域产三大水泥品牌台泥、冀东及拉法基均存在早强问题。施工选用台泥P·O42.5水泥，其3d抗折强度达到6MPa左右、3d抗压强度达到34MPa，远大于规范要求的3d抗折强度不小于3.5MPa、抗压强度不小于17MPa，两项3d强度指标接近规范28d要求。水泥早期强度高，其水化热升高集中，混凝土散热慢，混凝土内外温差大，容易导致混凝土在早期出现裂缝。

（3）混凝土温控措施有限。出现裂缝的上闸首和泄水闸消力池浇筑在4—6月。高温季节混凝土采取了骨料遮阳、堆厚、喷雾、加冰水拌和措施，仓面加喷雾器降温，大体积混凝土一般内部安装DN25塑料冷却水管，循环通水冷却降温等措施进行降温。混凝土拌和站在采取以上措施后混凝土出机温度可降温2～3℃，夏季混凝土出机温度在25℃左右，出机口混凝土温度偏高，混凝土浇筑后水化热加大，容易导致裂缝。

（4）混凝土养护不充分。按相关规范，混凝土浇筑后在12h内养护。由于水泥早强，混凝土终凝后就必须洒水养护，实际施工过程中存在个别仓面养护不及时、不到位的现象。比如上、下班交接时间出现间歇、断档；夜间养护高空主要采用流水养护，水泵故障或损坏缺水，更换、修理不及时；流水面不均匀，仓面半干、半湿等问题导致混凝土养护不到位，混凝土早期出现裂缝。

3 裂缝处理

3.1 裂缝检查

裂缝检查包括裂缝宽度、缝长、方向、部位、高程以及缝面是否渗水等，具体检查采用以下方法：

（1）目检。可在拆模后直接发现表层裂缝，对表层裂缝宽度、条数的检查以人工目测现场普查为主，所用工具有米尺、读数放大镜、塞尺等。对细微裂缝可先洒水，用风吹干或晒干后检查。

（2）钻孔检查。通过钻孔取芯进行检查，范围也是通过钻孔取芯确定，钻孔直径不小于56mm。

（3）仪器检查。裂缝宽度采用显微镜读数，较深的缝深检测采用RSM-SY5智能声波检测仪。

3.2 裂缝分类

裂缝根据深度、宽度、长度及部位重要性等可划分为I～IV类。

（1）Ⅰ类裂缝。缝宽δ＜0.1mm，缝深h≤30cm，缝面长度L≤1.5m，外观为龟裂状，呈细微而不规则裂缝或呈细微规则性裂缝。对结构应力、耐久性和结构安全无影响，且该缝不在迎水面上，也未位于强约束区。

（2）Ⅱ类裂缝。缝宽0.1mm≤δ＜0.3mm和缝深30cm＜h≤100cm，缝面长3m＜L＜5m，数量极少，呈规则状。Ⅱ类裂缝根据出现部位的重要性，对结构应力、耐久性和结构安全有轻微的影响。

（3）Ⅲ类裂缝。缝宽0.3mm≤δ≤0.5mm和缝深100cm＜h≤500cm，缝面长度L≤坝块宽度的1/3，侧面长度＞1～2个浇筑层厚度，呈规则状；缝宽0.2mm＜δ＜0.3mm和缝深30cm＜h≤100cm，裂缝长度贯穿整个坝块；缝宽0.2mm＜δ＜0.3mm和缝深30cm＜h≤ 100cm，且裂缝位于上游迎水面；缝宽0.2mm≤δ＜0.3mm和缝深30cm＜h＜100cm，且裂缝位于迎水面基础强约束区内。这类裂缝对结构物的整体性安全有一定影响，一旦进一步发展，危害性更大。

（4）Ⅳ类裂缝：裂缝宽度δ＞0.5mm，深度h＞500cm，侧（立）面长度L＞5m，裂缝若从基础向上开裂，且平面上贯穿全仓，称为基础贯穿裂缝，其余称为贯穿裂缝。此类裂缝使结构应力、耐久性和安全系数降低到临界值或其下，对结构物的整体安全性、稳定性有重大影响。

潼南航电枢纽二期工程混凝土裂缝调查结果显示，其中有Ⅰ类缝6条、Ⅱ类3条、Ⅲ类2条。

3.3 裂缝处理

根据混凝土热胀冷缩特性，为提高裂缝处理效果，裂缝处理安排在冬季施工。裂缝处理根据分类采取不同方式。

（1）Ⅰ类缝处理。沿裂缝凿槽，并用清水清洗干净，用SK-6系列环氧砂浆填充密实。①处理工艺流程：凿槽→清洁表面→涂抹高渗透环氧基液→回填环氧砂浆→涂刷环氧胶泥→养护→验收竣工。②凿槽：先沿缝隙两边各清理出宽为10cm的平面，然后在裂缝一侧5cm宽用红色水彩笔划出刻槽线。沿划好的红线用手持式切割机和电锤配合，凿出表层宽100mm、深50mm、底宽50mm的梯形槽。③清洁表面：高压水反复冲洗基面，待基面冲洗干净后，用碘雪灯充分烘干基面，修补基面应清洁干燥。④涂抹环氧基液：修补基面需先涂刷一层环氧基液，用手触摸有显著拉丝现象时（约30min）再填补环氧砂浆。⑤回填环氧砂浆：回填环氧砂浆釆用分层施工方法，每层厚约1～2cm，在上一层初凝前填充施工下一层，如果有气泡，用铁抹子刺破将气泡孔内的气体排岀，以保证孔内充填密实，表面压平收光。⑥涂刷环氧胶泥：待环氧砂浆完成收缩后，对表面进行涂刷处理，表面应光洁平整，表面不能有刮痕。⑦养护：环氧砂浆抹面施工完毕后，自然条件下养护3d。⑧验收竣工：环氧砂浆填补完成3d后，用小锤轻击表面，声音清脆者为质量良好，若声音沙哑或有“咚咚”声，说明内部结合不良好，应凿除重补。

（2）Ⅱ类裂缝处理。Ⅱ类裂缝釆用钻孔加贴嘴灌浆法，钻孔釆用斜孔并以此作为进浆孔，贴嘴（粘贴注浆嘴）以做排气、排水及放浆之用。先对裂缝表面釆取临时封闭等保护措施，以防止污水或异物污染堵塞裂缝。①工艺流程。布孔、凿槽→安装灌浆塞和注浆嘴→洗孔、压水试验→化学灌浆→拆卸灌浆塞、清理注浆嘴→表面清理。②布孔、凿槽。钻孔釆用电钻，沿裂缝两侧每边一排斜向钻孔，孔深穿过裂缝，如遇钢筋应调整孔位。单排孔与孔距500mm左右，两侧孔位交错布置，钻孔直径12mm，并和灌浆塞外径相匹配。孔位距裂缝400mm，斜角45～60°，孔深应穿过裂缝150～200mm。裂缝凿槽表层宽100mm，深为50mm、底宽为50mm的“U”形槽，并清理干净。③安装灌浆塞和注浆嘴。在钻好的孔口内安装自制可拆卸灌浆塞，要求牢固，保证压力灌浆时不漏浆、不脱落。在已经凿好的槽内提前预埋间距1m的注浆嘴，并进行通风检查，再用环氧砂浆填充密实。④洗孔、压水试验。用洁净的压力水进行洗孔，将钻孔内粉末、碎屑冲洗干净，洗孔至回清水5min即可停止，检查并记录孔径、孔向、倾角和孔深，其误差值应满足设计要求。压水试验压力为0.2MPa，在压水过程中，密切观察裂缝处有无气泡产生和水流渗岀以及灌浆压水的流量情况，据此判断裂缝深度和发展情况，对混凝土顶底板均需观察。只对压水试验时有冒泡和渗水现象的孔进行灌浆。⑤化学灌浆。灌浆材料为KH-3高渗透改性环氧化学灌浆材料。釆用电动化学灌浆泵纯压法灌注，灌浆压力控制在0.2～0.4MPa。选择通畅性最好的开始灌浆，先灌I序孔，再灌II序孔。灌浆结束标准为吸浆量小于0.02L/min，再继续灌注30min压力不下降即可结束灌浆。⑥拆卸灌浆塞、清理注浆嘴。灌浆结束孔内浆液固化后，凿除灌浆管并用环氧砂浆封孔。⑦表面清理。用角磨机打磨平整，确保混凝土表面保持平整美观。

（3）Ⅲ类裂缝处理。Ⅲ类裂缝处理工艺和Ⅱ类裂缝一样，施工区别在于裂缝深度不同，裂缝两侧注浆孔布置调整，裂缝上游和下游侧（或左、右侧）孔位间距1000mm，单排距离裂缝距离500mm。斜向钻孔，斜角45～60°，穿过裂缝150～200mm，钻孔直径为18mm。具体孔位布置如图1所示。

（4）布置骑缝钢筋。Ⅱ类、Ⅲ类裂缝处理还需根据出现裂缝部位分为已浇筑完砼的永久面和上层继续浇筑混凝土临时面两类，其中上层还需继续浇筑混凝土仓面在裂缝处理完成后，在裂缝两侧各1m宽范围布置φ20@200mm×200mm骑缝钢筋网片。Ⅲ类裂缝仓面在裂缝两侧增加部分φ28mm锚杆，长度为4.5m，深入已浇筑仓面2.5m，外露2m。

3.4 灌浆材料

（1）环氧砂浆。SK-6系列环氧砂浆具有良好的低温施工性能，可以满足大规模施工的需要，力学强度优良、与混凝土黏结牢固、与原混凝土保持一致的颜色。A、B两组分包装，施工时按照A∶B=5∶1的比例配制均匀即可使用。主要力学性能指标要求如表1所示。

图1 钻孔布置平面示意图（单位：mm）

表1 SK-6环氧砂浆主要性能指标

（2）环氧灌浆材料。高渗透改性环氧化学灌浆材料KH-3为双组份，该材料可灌性能优异，可渗入0.001mm的孔隙中，对裂缝干燥度无要求，操作方便。其主要物理力学性能要求如表2所示。

表2 高渗透改性环氧化学灌浆材料KH-3主要性能指标（28d强度）

3.5 质量检查

（1）压水和声波检测。进行过化学灌浆的混凝土裂缝，灌浆后进行压水和声波检测。检查孔宜布置在贯穿性裂缝、深层裂缝和对结构整体性影响较大的裂缝上，每条缝至少布置一个检查孔。环氧树脂等材料的聚合体强度增长比较慢，压水试验宜在灌浆结束一个月后进行。检查孔压水试验压力应为0.3MPa，并稳压10～20min后结束，缝面透水率不大于0.1Lu为合格，现场检测结果显示经过裂缝处理过的部位最大透水率为0.06Lu。声波波速满足相应部位混凝土质量验收标准要求。

（2）钻孔取芯检查。对重要部位的贯穿性裂缝、深层裂缝和对结构整体性影响较大的裂缝需进行钻孔取芯检查，观察其缝面浆液结石和充填情况，并测定其力学指标。

通过对现场钻取芯样的表面观测发现，裂缝填筑饱满，芯样力学指标检测试验结果达到相应部位混凝土设计强度要求。

4 裂缝预防措施

通过对潼南航电枢纽二期工程混凝土裂缝原因进行分析，文章总结出了以下经验可有效减少裂缝：

（1）合理分层、分仓。施工在基础约束区和老混凝土约束区范围内分层厚度为1.5m，脱离约束区分层厚度为3m。发现裂缝后，对形体尺寸较大或一次性浇筑大于1000m3的进行了调整，基础部位分层厚度调整为1m，脱离约束区1.5m控制。单仓内浇筑一次在30～50cm，降低分层厚度，减缓分层浇筑速度，更加有利于混凝土散热。同时控制大体积混凝土两层间浇筑间歇期，一般控制在6～8d。在下层混凝土温度峰值过后才浇筑上层混凝土，以利于水化热散发和减少约束作用，可减少混凝土裂缝。

（2）优化配合比。潼南航电枢纽二期工程设计调整部分大体积混凝土采用低热水泥，效果比较明显。但由于低热水泥价格较高，通过经济分析发现，只能部分地方使用。大部分混凝土还需通过配合比优化，采用“三低（低砂率、低坍落度、低水胶比）二掺（掺高效减水剂和高性能引气剂）一高（高粉煤灰掺量）”的设计理念，降低水化热。选择良好级配的粗骨料，严格控制其含泥量，加强砼振捣，提高砼密实度和抗拉强度，减少砼收缩变形。建议在少筋或无筋的大体积砼中抛入20%～30%的大石块（15～30cm），既能节省水泥和减少水化热，又能减少混凝土用量。另外，还可根据具体工程特点，采用UEA补偿收缩混凝土技术。

（3）加强施工中的温度控制。选择较适宜的气温浇筑大体积混凝土，尽量避开高温，尽量夜间施工。夏季可采用冷水或冰水混合物搅拌混凝土，同时可对骨料喷冷水雾进行预冷，对骨料进行覆盖或设置遮阳装置，避免阳光直晒，运输工具也应搭设遮阳设施，以降低混凝土拌和物的入仓温度。严格控制混凝土拌和站出机口温度，夏季宜控制在不大于20℃。工程根据规模等级和混凝土总量规划混凝土拌和系统，对于大型水利水电工程建议采用拌和楼加工，配备骨料冷却和制冰系统，能更好地控制出机口温度。

（4）加强养护。夏季避免暴晒，冬季则加强保温。消力池、引航道等低高程部位大体积混凝土表面可铺砂、灌水养护。采用人工洒水养护的，必须安排专人2～3班倒，24h连续。对具有早强性质的混凝土养护时间须提前到混凝土终凝后即开始，采用覆盖、洒水养护，减少混凝土早期表面裂缝。

5 结束语

水工建筑物大体积混凝土防裂控制是国内建造界一项长期的研究课题，它需要从设计、施工、材料及施工管理等方面综合探讨，不断总结，控制和减少裂缝。潼南航电枢纽二期工程在混凝土防裂方面进行了一些研究，也采取了一些措施，对减少裂缝取得一定效果，但分析研究得还远不够。对出现裂缝部位采用了在国内多个工程运用的两类环氧材料，根据裂缝危害程度分类采用不同工艺进行处理。工程投入使用至今已近4年，经处理的部位均使用正常，说明所采用的施工工艺方法是合理的，化学灌浆的效果良好，该施工工艺及材料可供同类工程参考。