汾河三壩閘室底板裂縫成因分析及處理方案

任康寧

（山西省水利水電勘測設(shè)計研究院，山西 太原 030024）

1 工程概況

汾河三壩樞紐工程主要由攔河水閘、攔河土壩和東西干渠等建筑物組成，為Ⅱ等工程，大（二）型水閘。攔河水閘共6孔，單孔凈寬10 m，每兩孔一聯(lián)，共三聯(lián)。2014年4月，汾河三壩攔河水閘除險加固工程開始施工。舊閘5號和6號孔閘室清淤施工后，發(fā)現(xiàn)閘室底板有裂縫，每孔主要裂縫各兩條，裂縫開始于閘室斜坡段，通向閘底板下游，走向大致與水流方向一致。底板厚2 m，裂縫寬度小于1 mm，裂縫深度在30~130 cm之間。

2 裂縫成因分析

2.1 地基承載力復(fù)核

閘室底板厚2 m，為C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。地基處理采用砂礫石換基2 m，四周采用鋼筋混凝土板樁圍封，板樁深8 m，厚0.5 m。通過水閘穩(wěn)定及基底應(yīng)力計算，底板基底最大應(yīng)力為131 kPa，經(jīng)砂礫石換基后基底最大應(yīng)力根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》中公式計算為167 kPa。地質(zhì)勘察報告中汾河三壩天然地基承載力為80～90 kPa，根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》中公式，修正后的天然地基承載力為152 kPa，小于砂礫石換基后基底最大應(yīng)力167 kPa，地基承載力不滿足要求。

2.2 底板配筋復(fù)核

舊閘底板縱向受力鋼筋為直徑32 mm，間距330 mm，每米底板鋼筋截面面積為2436 mm2。根據(jù)《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》，底板要求最小配筋率為0.15%，則每米底板最小配筋截面面積為3000 mm2，舊閘閘底板配筋率偏小。

2.3 裂縫成因分析

一是由于舊閘換基后天然地基承載力偏小，舊閘底板在運行中可能產(chǎn)生了地基不均勻沉陷，致使閘底板出現(xiàn)裂縫。二是由于閘底板縱向受力鋼筋配筋量偏小，在閘底板受拉時，受拉區(qū)混凝土可能被拉裂。

3 裂縫處理方案

攔河水閘運行約35年，沉降應(yīng)趨于穩(wěn)定，目前閘底板存在的裂縫情況可通過壓力化學(xué)灌漿法進(jìn)行修補。灌漿材料可采用混凝土裂縫用改性環(huán)氧樹脂類、混凝土裂縫用改性丙烯酸酯類等施灌。目前市場有一種高滲透性環(huán)氧化學(xué)灌漿材料，灌縫后的主要技術(shù)指標(biāo)均高于普通的灌漿材料，并可使裂縫兩側(cè)的混凝土和灌漿材料粘結(jié)成一個緊密的整體，具有優(yōu)異的流動性與滲透性，濕粘結(jié)強度和抗拉強度遠(yuǎn)高于同類漿材等優(yōu)點，這種材料在處理淜頭水電站閘室水面裂縫以及唐河水電站壩體混凝凝土裂縫得到了廣泛應(yīng)用，也適用于汾河三壩閘室底板裂縫處理。

閘室底板裂縫化學(xué)灌漿施工工序包括施工準(zhǔn)備、裂縫開槽、造灌漿孔、槽面孔面清理、埋設(shè)灌漿嘴、孔口封閉、清洗縫面、壓力灌漿和灌漿質(zhì)量檢查等。

施工前應(yīng)根據(jù)選擇的施工方案準(zhǔn)備施工材料、人員及相關(guān)機(jī)械設(shè)備，清除裂縫20 cm范圍內(nèi)混凝土表面附著物。沿裂縫開“V”形槽，槽寬3～5 cm，槽深2～5 cm。開槽時應(yīng)清除松動混凝土，開槽長度應(yīng)超過裂縫長度15 cm以上。

灌漿孔分為騎縫孔和斜孔。灌漿孔布設(shè)應(yīng)根據(jù)裂縫寬度和深度以及灌漿材料的可灌性綜合確定。騎縫孔間距0.2～0.5 m；斜孔可設(shè)單排或多排，在不同深度灌漿，間距一般不應(yīng)大于1 m，孔徑15～32 mm。在灌漿孔孔口部位埋設(shè)灌漿嘴。灌漿嘴采用裂縫封閉材料埋設(shè)，一般采用環(huán)氧砂漿，也可采用專用止回閥，或直徑合適的橡膠軟管。

根據(jù)灌漿材料性質(zhì)不同，選擇用水或丙酮等有機(jī)溶劑對槽面、孔面和縫面進(jìn)行清理。需要注意的是，在清理縫面時需對騎縫孔和斜孔封閉并埋設(shè)灌漿嘴，此時不應(yīng)封閉“V”形槽，以利于沖洗材料或灰渣流出或揮發(fā)。封閉“V”形槽一般采用環(huán)氧砂漿或其他強度較高、與混凝土基材有較好粘結(jié)能力的材料。封閉時修補至原截面。

壓力灌漿設(shè)備可采用自制空氣壓力灌漿設(shè)備，也可采用壓力灌漿泵。根據(jù)漿液凝固時間和組分的不同，可采用單液灌漿法和雙液灌漿法。灌漿壓力控制在0.1～0.3 MPa。當(dāng)縫隙較小、灌注困難時，可適當(dāng)增加灌漿壓力，但最大不應(yīng)超過0.5 MPa。當(dāng)最后一個斜孔灌漿時，騎縫孔出漿或當(dāng)吸漿量小于0.01 L/min并且維持10 min無明顯變化時，方可停止灌漿。灌漿順序為自下而上，自一端向另一端，先灌斜孔，再灌騎縫孔，逐孔灌注。

化學(xué)灌漿完成后，應(yīng)對修復(fù)后的結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行打磨處理，切除灌漿嘴，打磨“V”形槽內(nèi)填充材料的凸起，封堵壓水試驗和取芯留下的孔洞等。

修補后的裂縫混凝土整體強度等級不低于C25，當(dāng)膠粘材料達(dá)到7 d固化期后，應(yīng)立即鉆取芯樣進(jìn)行檢驗。芯樣檢驗應(yīng)采用劈裂抗拉強度測定方法。當(dāng)檢驗結(jié)果符合下列條件之一時判為符合設(shè)計要求：沿裂縫方向劈裂，其破壞發(fā)生在混凝土內(nèi)部（內(nèi)聚破壞）；破壞雖部分發(fā)生在界面上，但這部分破壞面積不大于破壞總面積的15%。

4 結(jié)語

汾河三壩攔河水閘運行時間長，經(jīng)復(fù)核地基承載力不滿足要求，配筋率偏小，由此造成了閘室底板的裂縫。目前，化學(xué)灌漿法已在裂縫修補工程中得到了廣泛應(yīng)用。采用化學(xué)灌漿法修補后，可有效對混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行補強，滿足結(jié)構(gòu)整體性和安全性要求。