付艳艳

(水发规划设计有限公司，山东 济南 250100)

随着我国水利建设的不断推进，水利工程项目的建设范围逐渐增加。就现阶段而言，我国仍有部分水库大坝是20世纪60年代初到80年代修建的，受限于当时的建设水平，相关工序以及施工的设计标准相对较低，同时受施工技术落后的影响，建筑的质量难以得到有效保障。不仅如此，经济发展的局限性也使得水利工程的资金投入是十分有限的[1]。在多种因素的共同作用下，该类水利工程成为了典型的“三边”工程，也就是“边勘探、边设计、边施工”，但也正是该阶段的探索，为后期的水利工程发展提供了扎实的基础[2]。在近些年环境遭受到巨大冲击的条件下，该类水工结构单薄的坝体已经难以满足防洪抗洪要求，为了进一步提高水利管理的有效性，为一方安全提供可靠保障，建立相关的管理制度措施是远远不够的，如何将其切实落实到实处，切实发挥作用才是关键[3]。一般情况下，该类水利工程最容易出现的问题就是坝体出现结构裂缝，而其也是工程出现更大规模异常的先兆，短期内其并不会造成严重的影响，但是在长期的水流冲击作用下，其携带的隐患是不容忽视的，严重的坝肩崩塌、坝基渗漏都与结构裂缝直接相关[4]。通过对近些年来水利工程现状进行分析，我国现存的8.5万余座水库中，处于严重病险状态的占比为40%，对下游人民群众的生命财产安全造成了巨大的威胁。为此，对水利工程进行补救处理是十分必要的。而结构裂缝是导致水利工程安全问题的最大因素，出现该问题的原因不仅仅受设计方案本身和自然环境条件变化的影响，同时，由于施工材料选择不合理、维护措施未落实引起的水工混凝土质量缺陷更是关键诱因之一[5]。

为此，本文提出水闸水工混凝土结构裂缝处理技术应用分析研究，分别从结构裂缝表面、内部、结构3个层次对其处理方法作出具体研究，并通过实际应用测试验证了设计方法的有效性。通过本文的研究，也希望降低由于裂缝引起的库水连渗流，射流情况，保障坝体内部廊道不受污染，提高结构的美观性，加强水闸水工内部结构的应力能力，为水利工程建筑结构的安全性和稳定性提供保障。

1 水闸水工混凝土结构裂缝处理修补方法

无论是水工建筑还是地表的一般混凝土建筑，结构裂缝产生的原因是混凝土建筑自身的结构抗裂能力无法承担其受到的裂缝扩张破坏力，二者之间的平衡关系遭到了破坏[6]。当混凝土结构的抗裂能力与其承受的破坏力之间的比值小于1.30时，则认为此时的抗裂安全系数不足以满足水闸水工的安全需求，存在安全隐患。当混凝土结构的抗裂能力与其承受的破坏力之间的比值大于等于1.30时，则认为此时的抗裂安全系数可以满足水闸水工的安全需求，不存在安全隐患[7]。由此不难看出，对于水闸水工混凝土结构裂缝的处理主要是提高其抗裂能力。考虑到混凝土结构的抗裂能力是由混凝土表面抗裂能力、混凝土内部抗裂能力以及混凝土结构抗裂能力共同决定的[8]，因此，对裂缝的处理也要从上述3个角度出发。以此为基础，本文提出以结构表面修补、内部填充、结构补强为核心的裂缝处理方法。

1.1 结构表面修补

水闸水工混凝土结构表面的修复主要是对表观裂缝的修复，由于工程长期处于水工环境中，受到的浸润和渗透作用较强，这就要求结构表面修补具有更高的适应性，对于该类渗透作用具有较高的抵御作用。为此，本文对结构表面的修补措施包括表面涂抹与贴补2部分。但是需要注意的是，这种修补方法的实际效果受结构裂缝宽度的影响明显。一般情况下，当裂缝的宽度不超过0.20mm时，其具有良好的应用效果，但是当裂缝扩张到已经阶段时，直接应用该方法对裂缝进行修补并不能取得理想效果。对于该类裂缝的处理，在下文中会再进行详细描述。对于宽度小于0.20mm的裂缝，对其进行表面涂抹处理时，要秉持涂抹方向与裂缝延伸发方向一致的基本原则。由于该类裂缝难以采用浆液灌注的方式对内部缝隙进行填充，因此相同的涂抹方向可以最大限度将补材填充至裂缝纵深位置。对于涂抹材料的选择，一般按照水闸的应力强度以及所处位置的温差进行设置，其具体标准见表1。

表1 裂缝涂抹材料选配

按照表1的标准，采用比例1∶1至1∶1.20的砂浆液或环氧厚浆对结构裂缝的表面进行涂抹，以此实现对裂缝口的封闭处理，防止裂缝出现渗透现象。

1.2 裂缝内部填充

上文已经提到，对于宽度大于0.20mm的裂缝，表面涂抹的方式已经无法实现对其结构内部的充分修复，对此，采用内部填充的方式将相应材料填充到裂缝之中。在具体的实施过程中，一般采用U形或V形的方式进行。但是同样需要注意的是，不同位置的裂缝对应的填充材料也要作出相应的调整。如果水闸混凝土裂缝已经形成一定时间，并且内部的槽缝处于潮湿状态，但没有动态的流水经过时，要先考虑采用水泥砂浆液作填充材料；如果裂缝形成时间较短，河水的渗透作用还未到达槽缝内部，裂缝整体处于相对干燥的状态时，考虑选用普通的砂浆或者环氧砂浆作为填充物。这是因为泥砂浆液的凝固模式需要与环境进行物质交换，如果裂缝发展初期，内部处于相对真空的状态，普通的砂浆或者环氧砂浆密度较低，难以实现对其有效填充，材料也难以在短时间内固化。而干燥状态的裂缝可以直接将浸润的河水作为稀释溶剂，同时也省去了后续对施工位置的防护操作。

1.3 结构补强

混凝土出现结构裂缝的原因是其自身的抗剪能力无法承受外部对其施加的作用力，要想实现对裂缝问题的彻底解决，加强水闸混凝土建筑本身的荷载能力是十分必要的。对此，本文采用结构补强的方式来实现该目标。混凝土结构在长期的河水冲刷下，耐久性会以某一比例系数持续下降。利用玻璃纤维布对水体的阻抗作用以及其自身耐久性对混凝土的强化作用，将其作为结构补强的材料，同时，也可以在一定程度上对原本的混凝土结构体起到加固作用。在具体的实施过程中，要在施工前期做好充分的预防措施，充分考虑到水泥与水之间的化合反应释放热量对混凝土本身属性的影响。当裂缝的尺寸较大时，混凝土浇筑产生的热量也相对较多，而随着混凝土化合的逐渐反应，其释放的热量趋近于零，结构的温度在外界环境温度的中和作用下逐渐降低，这种内部与外部的温度差会使结构产生拉应力，对某种程度上离间填充物与裂缝边缘的贴合度，并衍生出新的结构裂缝。水泥的选取要以控制水化热反应为核心，在完成结构补强后的养护管理后，可以采用防水布对施工位置进行局部保护，避免材料在未完全固化之前受到河水的稀释作用，降低其修复效果。

2 水工裂缝处理实例分析

为了测试本文提出的裂缝处理技术在实际环境中的应用效果，进行了实例测试。

2.1 实例概况

本文开展试验测试的某水库水闸水工建筑为消力池工程，其位于混凝土重力坝溢流坝段的中下游，水闸横跨所处河段，总长为113.26m，闸底的宽度为3.15m，闸底板的高程为1167.20m，水闸整体构造呈现出规则的梯形。该建筑的建筑竣工时间为2013年2月，期间的检修周期为1a。在最近一次的经现场查勘中发现，水闸混凝土建筑表面出现了明显的裂缝，并伴随有渗漏问题，廊道排水系统中有2个DN100mm排水孔也出现了明显的排水异常情况，且其排水量较前常规常态有明显增加，每分钟总排水量可以达到850L。已知该水闸下游的消力池水位基本位置在河道318.50～319.00m的范围内。

2.2 裂缝分析

在上述基础上，分析了该裂缝出现的成因主要分为以下几个部分：首先，河流水渠的岩基中可能存在较大的渗流通道，水流在渗流通道及水闸结构缝中经过，再从消力池排水管中排出；其次，建筑混凝土在冬季长时间处于极端低温的水域环境下，春季气温回升，在巨大温差作用下混凝土结构出现收缩和膨胀变化，引起混凝土出现裂缝。最后，选择环氧砂浆作为填充材料，对裂缝进行处理，并将配比为1∶5.0的环氧厚浆作为裂缝表层涂抹材料。

2.3 处理效果分析

结合上述的工程概况以及分析结果，采用本文提出的处理技术对裂缝进行修补，并通过观察不同环境温度下水闸下游水位以及总渗漏量的变化对处理结果作出合理分析，其具体的数据信息见表2。

从表2中可以看出，处理后水闸下游消力池的水位变化始终稳定在318.50～319.00m范围内，表明并未出现异常渗透，不仅如此，通过观察总渗漏量统计结果也更加直观地发现，在裂缝处理后的1年时间内，总渗漏量始终在0.10000L/min范围内，未出现异常渗透，表明裂缝位置已经不存在安全隐患。在检测数据的时间跨度内，气温的变化幅度达到了42.71℃，但处理后的裂缝仍表现出较高的稳定性，表明本文提出的水闸水工混凝土结构裂缝处理技术具有良好的实际应用价值。

表2 处理效果统计表

3 结语

水利工程的安全性和稳定性对于其下游的发展具有重要的现实价值。裂缝作为混凝土建筑中最常见的隐患类型之一，及时发现、及时处理对于提高建筑的使用年限和优化其使用效果都具有重要意义。与其他类型的处理不同，对于水工建筑裂缝的处理需要充分结合建筑实际所处环境的特点以及其面临的发展变化。本文提出的水闸水工混凝土结构裂缝处理技术，以更加全面的视角对裂缝处理方法进行设计。通过本文的研究，以期为相关水利工程的维护工作提供参考。