灌浆技术在船闸伸缩裂缝修复中的应用

骆国强，陈佳惠，许 强，徐克凡

（江苏省太湖地区水利工程管理处，江苏 苏州 215128）

船闸是通航建筑物的一种，一般采用钢筋混凝土结构，水上部分主要由上下闸首、闸室、上下游靠船墩、上下游导航墙等组成。由于船闸常年运行，加之运行年限增加、来往船只碰撞等因素，船闸混凝土老化、伸缩缝填料流失等问题日益突出。混凝土各类裂缝、成因及其处理问题［1］也成为工程运行管理中亟待解决的问题。

1 工程概况

丹金闸工程是太湖流域综合治理湖西引排骨干工程之一，位于丹金溧漕分界线上，对洮、滆低洼圩区，特别是金坛区的防洪保安起到重要作用，控制高片洪水入侵低洼地区，同时可满足丹金溧漕河的航运规划需要，改善航运条件和地区水环境。工程由单孔16 m宽节制闸、16 m×135 m船闸和净宽7 m公路桥3个部分组成。工程于2002年7月通过验收并正式通航。

2 存在问题

丹金闸闸室墙全长135 m，两端上下游各设隔水墙（分水墩）连接，上下游两侧共有4 个弧形翼墙。闸室墙、翼墙上共计49 条伸缩缝，伸缩缝宽2 cm，缝内设紫铜片止水，缝内三毡四油处理。丹金闸船闸通航量大，重载船经常停靠闸室，受水流影响船只易撞击混凝土结构，导致伸缩缝缝口混凝土破损，缝内填料缺失，形成混凝土伸缩裂缝。裂缝，尤其伸缩缝，是水闸工程中常见的一种险情［2］，它有时很可能是其他险情（如闸室位移、崩岸等）的征兆。按裂缝产生的成因可分为不均匀沉降裂缝、滑坡裂缝、伸缩裂缝、超载裂缝、振动裂缝等。按裂缝出现的部位可分为表面裂缝和内部裂缝。表面裂缝容易引起注意，可以及时处理，而内部裂缝属于隐蔽工程，不易发现，存在很大的安全隐患。当裂缝宽度小于0.05 mm 时对建筑物结构无多大害处，但由于荷载作用、温差作用、不均匀沉降等原因，裂缝会进一步扩展并逐渐串通，从而出现较大的裂缝，不仅会因漏水而影响使用，还会降低建筑物的耐久性，甚至出现因裂缝引起墙体坍塌的严重后果。

丹金闸管理所每年都对伸缩缝裂缝做维修处理，主要采用沥青、水泥等传统材料进行嵌缝修补，但修补效果不理想。2017 年汛前检查发现翼墙渗水，墙面上出现竖向裂缝，发现后进行了应急处理，在每个翼墙上增设4～5 个排水孔，有明显效果。但只是对裂缝进行了零星修补，为了翼墙安全稳定考虑，还应对裂缝进行整体修复。

3 修复方案

3.1 修复目标

船闸伸缩裂缝的修复应主要从工艺操作简单、防渗施工影响小、通航运行影响小和避免多次修复的角度选择修复方案［3］。

3.2 主要方法

常规混凝土裂缝修复方法一般有表面处理法、填充法、灌浆法、结构补强法、混凝土置换法等，其中灌浆法［4］的实质是用气压、液压或电化学原理，将按一定配比配制并具有一定凝胶时间的浆液，利用压送技术将其注入建筑结构裂缝，通过浆液的凝结填充被介入结构的缝隙，浆液与空气发生反应发泡膨胀，形成的刚性胶状固体有良好的强度及抗渗性，永久保持原状，进而有效改善结构完整性、紧密性，达到设计指标、保证实体质量的施工技术，压力注浆方法见图1。

图1 压力注浆示意

此法应用范围广，从细微裂缝到大裂缝均可适用，处理效果好。利用压送设备（压力0.2～0.4 MPa）将补缝浆液注入混凝土裂隙，能够将孔洞进行填充，并且将流水进行堵截，可以有效降低渗透性，减少渗透量，提高抗渗能力，提高混凝土力学强度，并且进一步恢复混凝土的基本结构。也可利用弹性补缝器将注缝胶注入裂缝，达到闭塞的目的，不用电力，十分方便，效果也很理想。

3.3 施工方案

根据现场实际情况，丹金闸伸缩裂缝修复技术采用灌浆法，通过钻孔埋设注浆针头，对缝隙内灌注聚氨酯发泡浆液，并对伸缩缝表面采用快速水泥进行封堵，最后在伸缩缝外立面采用锯齿形收缩钢板封闭，具体实施方案如下：

（1）伸缩缝清理。为了保证伸缩缝封堵的质量，应将钢板安装位置的混凝土凿除（深度2 cm，宽30 cm），清理伸缩缝周围的混凝土表面，将其打磨出均匀的新鲜面，用吹风机将浮灰吹尽，确保缝内干燥，预留槽口应大于伸缩缝安装宽度。

（2）埋针试压。清理后的伸缩缝表面采用快速水泥进行均匀封闭，封缝时应注意表面平整，不得留有气泡或皱纹。对于裂缝采用钻孔方式布孔即可，钻孔后将孔内粉尘或碎尘处理干净再埋设针头（图2），埋设针头时将针头固定、压实，使其于钻孔无空隙，确保不漏气。在正式灌浆前应进行试压，检查缝的质量、测定进浆压力和进浆量。

图2 止水针头埋设示意

（3）灌浆处理。经过试验检查后，如封缝质量良好，无渗漏，即可准备对缝隙内进行灌浆，根据用量将聚氨酯发泡浆液倒入灌浆机中，连接好针头，启动机器进行灌浆，在灌浆过程中，针孔露出浆液时关闭阀门。在灌浆过程中，如缝面出现漏浆情况，可减少进浆速度或暂停进浆，待漏浆固化后，或采用其他措施后，尽可能短时间内恢复灌浆，以免缝内浆液凝固影响灌浆质量；若间断后难以灌浆，应更换针孔位置或重新打孔灌浆。

（4）外部封堵。待浆液凝固后，将外漏的灌浆针头切除，清理干净。为了适应过闸船舶对闸室墙伸缩缝的撞击与摩擦，保证闸室墙结构安全，在伸缩缝外立面采用锯齿形1 cm 厚度收缩钢板封闭（图3），然后植入M20 mm×250 mm 克利普螺栓，深度20 cm，间距25 cm，螺栓头与钢板预留孔焊接（图4）。分段安装的钢板接缝处必须焊接严实，安装时应在同一个平面。然后在钢板与混凝土间隙中注入环氧树脂结构胶，确保钢板与混凝土完美结合，安装牢固。

图3 锯齿形护面钢板示意

图4 凹槽、螺栓位置示意

（5）竖向裂缝处理方法。对竖向裂缝同样进行钻孔埋设注浆针头，然后通过高压灌注的方式将结构胶注入裂缝，达到黏结、封闭裂缝的效果。

3.4 灌浆材料的选用

聚氨酯类化学灌浆材料是一种防渗堵漏能力较强，固结强度较高的防渗固结材料。属于聚氨基甲酸酯类的高聚合物，是由多异氰酸酯和多羟基化合物的反应而成。由于浆液中含有未反应的异氰酸基团，遇水发生化学反应，交联生成不溶于水的聚合体，因此能达到防渗、堵漏和固结的目的。反应过程中发生二氧化碳，使体积膨胀，增加了固结体积比，且产生较大的膨胀压力，促使浆液二次扩散，从而加大了扩散范围。该类浆液还有遇水不易被稀释和冲走，胶凝时间可以控制等特点，它不仅具有可灌性好，能室温固化，黏结性能强的优点，它的凝胶体还具有很好的弹性，伸长压缩变形好、回弹迅速、永久变形小，适用于各种伸缩变形缝防渗灌浆的新颖灌浆材料。

3.5 注意事项

船闸是有外观要求的建筑物，在裂缝灌浆前必须采取表面保护措施，防止浆液污染建筑物；在浆液固化之后，必须沿裂缝走向凿除并清理封缝时使用的结构胶、灌浆针头及其他残留物，并用水泥砂浆找平对钢板与裂缝表面进行防护；

锯齿形收缩钢板因受运输长度限制，可分段制造，现场拼接，存放时应平行放置，不得交叉堆放，以防变形。

4 结 语

丹金闸伸缩裂缝修复于2020 年12 月修复完成，对照《水利工程施工质量检验于评定规范》进行质量检查和评估，达到黏结、封闭裂缝的效果和设计使用的要求，在投入使用后不仅可防止因风吹日晒或船只撞击造成再次损坏，也能够保证伸缩缝功能不缺失，实用性较高，一定程度上提升了船闸闸室墙的耐久性和承载力，保障工程的安全运行，同时也减少了日常维护工作量，维修保养方便。灌浆技术代替了传统的堵漏方法，具有操作简单、污染小、费用低、施工快等优势，目前在水利、交通、市政、工业与民用建筑裂缝修复中广泛应用。在水利工程中推广灌浆技术，有利于降低工程维修成本、提高工程维修效率，具有重要的现实意义。