汾河三坝闸室底板裂缝成因分析及处理方案

2015-08-15任康宁

山西水利 2015年8期

任康宁

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西太原 030024）

1 工程概况

汾河三坝枢纽工程主要由拦河水闸、拦河土坝和东西干渠等建筑物组成，为Ⅱ等工程，大（二）型水闸。拦河水闸共6孔，单孔净宽10 m，每两孔一联，共三联。2014年4月，汾河三坝拦河水闸除险加固工程开始施工。旧闸5号和6号孔闸室清淤施工后，发现闸室底板有裂缝，每孔主要裂缝各两条，裂缝开始于闸室斜坡段，通向闸底板下游，走向大致与水流方向一致。底板厚2 m，裂缝宽度小于1 mm，裂缝深度在30~130 cm之间。

2 裂缝成因分析

2.1 地基承载力复核

闸室底板厚2 m，为C25钢筋混凝土结构。地基处理采用砂砾石换基2 m，四周采用钢筋混凝土板桩围封，板桩深8 m，厚0.5 m。通过水闸稳定及基底应力计算，底板基底最大应力为131 kPa，经砂砾石换基后基底最大应力根据《建筑地基处理技术规范》中公式计算为167 kPa。地质勘察报告中汾河三坝天然地基承载力为80～90 kPa，根据《建筑地基基础设计规范》中公式，修正后的天然地基承载力为152 kPa，小于砂砾石换基后基底最大应力167 kPa，地基承载力不满足要求。

2.2 底板配筋复核

旧闸底板纵向受力钢筋为直径32 mm，间距330 mm，每米底板钢筋截面面积为2436 mm2。根据《水工混凝土结构设计规范》，底板要求最小配筋率为0.15%，则每米底板最小配筋截面面积为3000 mm2，旧闸闸底板配筋率偏小。

2.3 裂缝成因分析

一是由于旧闸换基后天然地基承载力偏小，旧闸底板在运行中可能产生了地基不均匀沉陷，致使闸底板出现裂缝。二是由于闸底板纵向受力钢筋配筋量偏小，在闸底板受拉时，受拉区混凝土可能被拉裂。

3 裂缝处理方案

拦河水闸运行约35年，沉降应趋于稳定，目前闸底板存在的裂缝情况可通过压力化学灌浆法进行修补。灌浆材料可采用混凝土裂缝用改性环氧树脂类、混凝土裂缝用改性丙烯酸酯类等施灌。目前市场有一种高渗透性环氧化学灌浆材料，灌缝后的主要技术指标均高于普通的灌浆材料，并可使裂缝两侧的混凝土和灌浆材料粘结成一个紧密的整体，具有优异的流动性与渗透性，湿粘结强度和抗拉强度远高于同类浆材等优点，这种材料在处理淜头水电站闸室水面裂缝以及唐河水电站坝体混凝凝土裂缝得到了广泛应用，也适用于汾河三坝闸室底板裂缝处理。

闸室底板裂缝化学灌浆施工工序包括施工准备、裂缝开槽、造灌浆孔、槽面孔面清理、埋设灌浆嘴、孔口封闭、清洗缝面、压力灌浆和灌浆质量检查等。

施工前应根据选择的施工方案准备施工材料、人员及相关机械设备，清除裂缝20 cm范围内混凝土表面附着物。沿裂缝开“V”形槽，槽宽3～5 cm，槽深2～5 cm。开槽时应清除松动混凝土，开槽长度应超过裂缝长度15 cm以上。

灌浆孔分为骑缝孔和斜孔。灌浆孔布设应根据裂缝宽度和深度以及灌浆材料的可灌性综合确定。骑缝孔间距0.2～0.5 m；斜孔可设单排或多排，在不同深度灌浆，间距一般不应大于1 m，孔径15～32 mm。在灌浆孔孔口部位埋设灌浆嘴。灌浆嘴采用裂缝封闭材料埋设，一般采用环氧砂浆，也可采用专用止回阀，或直径合适的橡胶软管。

根据灌浆材料性质不同，选择用水或丙酮等有机溶剂对槽面、孔面和缝面进行清理。需要注意的是，在清理缝面时需对骑缝孔和斜孔封闭并埋设灌浆嘴，此时不应封闭“V”形槽，以利于冲洗材料或灰渣流出或挥发。封闭“V”形槽一般采用环氧砂浆或其他强度较高、与混凝土基材有较好粘结能力的材料。封闭时修补至原截面。

压力灌浆设备可采用自制空气压力灌浆设备，也可采用压力灌浆泵。根据浆液凝固时间和组分的不同，可采用单液灌浆法和双液灌浆法。灌浆压力控制在0.1～0.3 MPa。当缝隙较小、灌注困难时，可适当增加灌浆压力，但最大不应超过0.5 MPa。当最后一个斜孔灌浆时，骑缝孔出浆或当吸浆量小于0.01 L/min并且维持10 min无明显变化时，方可停止灌浆。灌浆顺序为自下而上，自一端向另一端，先灌斜孔，再灌骑缝孔，逐孔灌注。

化学灌浆完成后，应对修复后的结构表面进行打磨处理，切除灌浆嘴，打磨“V”形槽内填充材料的凸起，封堵压水试验和取芯留下的孔洞等。

修补后的裂缝混凝土整体强度等级不低于C25，当胶粘材料达到7 d固化期后，应立即钻取芯样进行检验。芯样检验应采用劈裂抗拉强度测定方法。当检验结果符合下列条件之一时判为符合设计要求：沿裂缝方向劈裂，其破坏发生在混凝土内部（内聚破坏）；破坏虽部分发生在界面上，但这部分破坏面积不大于破坏总面积的15%。