淮陰三站空箱裂縫成因及處理措施分析

(江蘇省灌溉總渠管理處，江蘇 淮安　223001)

1　工程概況

淮陰三站工程位于江蘇省淮安市清江浦區(qū)和平鎮(zhèn)境內(nèi)，與現(xiàn)有淮陰一站并列布置，和淮陰一站、二站、洪澤站共同組成南水北調(diào)東線第三梯級(jí)，具有向北調(diào)水、改善水環(huán)境、提高航運(yùn)保證率等功能?；搓幦竟こ虨棰竦裙こ蹋饕ㄖ锛?jí)別為Ⅰ級(jí)，次要建筑物為3級(jí)?；搓幦驹O(shè)計(jì)流量為100m3/s，安裝4臺(tái)套178GZ-4.78變頻調(diào)節(jié)貫流泵，配TBP2200-48/3000同步電機(jī)，葉輪直徑3.2m, 單機(jī)流量33.4m3/s，功率2200kW，總裝機(jī)容量為8800kW。泵站采用塊基型結(jié)構(gòu)，站身進(jìn)出水流道布置于站身底板范圍，采用平直管進(jìn)水流道方式，快速閘門斷流，液壓啟閉機(jī)啟閉閘門。工程設(shè)計(jì)階段為調(diào)整側(cè)向不均勻系數(shù)，采取底板每邊各懸挑，在沿水流向居中設(shè)一條沉降縫將底板分為兩塊。站身上游側(cè)出水流道頂部布置上游工作橋和站區(qū)交通橋，站身下游側(cè)布置檢修閘門工作橋。站身自上而下依次為進(jìn)出水流道層、輔機(jī)層和主廠房層。主廠房南側(cè)布置檢修間，北側(cè)布置控制樓。該工程于2007年4月開工，2009年12月通過聯(lián)合試運(yùn)行，2012年10月通過驗(yàn)收。

2016年6月，淮陰三站工程管理項(xiàng)目部在高程9.70m以上空箱隔墩中部位置首次發(fā)現(xiàn)裂縫，隨即布設(shè)了觀測(cè)設(shè)施，通過一年多的觀測(cè)，未發(fā)現(xiàn)裂縫擴(kuò)展。

2　空箱裂縫成因分析

混凝土裂縫形成基于眾多內(nèi)外影響因素，對(duì)淮陰三站進(jìn)行三維有限元數(shù)值模擬對(duì)其安全性進(jìn)行復(fù)核評(píng)價(jià)，結(jié)構(gòu)中的溫度分為外界條件和內(nèi)部條件影響。

2.1　外界條件的影響

自然環(huán)境中的混凝土結(jié)構(gòu)，受大氣溫度變化作用，而各種氣象因素在一年四季、每天甚至每時(shí)每刻都在發(fā)生變化?；炷两Y(jié)構(gòu)發(fā)生溫度變化，與結(jié)構(gòu)的方位、表面朝向很有關(guān)系。

2.2　內(nèi)部條件的影響

由于混凝土溫度的導(dǎo)熱系數(shù)很小，因此在外表溫度突變的情況下，混凝土內(nèi)部各層的溫度變化要慢得多，存在明顯的滯后現(xiàn)象，混凝土結(jié)構(gòu)的溫度分布與混凝土的結(jié)構(gòu)形狀也有一定的關(guān)系，混凝土結(jié)構(gòu)表面的鋪裝層及水泥水化熱對(duì)溫度分布也有很大影響。

泵站EL9.70-14.40m輔機(jī)層，澆筑時(shí)間處在3～5月期間，在計(jì)算機(jī)仿真模擬中混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)明顯的應(yīng)力集中?？障涮幩母舳兆畲笾鲬?yīng)力主要分布在隔墩上游段或中斷，最大應(yīng)力值出現(xiàn)在3號(hào)左墩為,0.74MPa，見圖1，圖2。由于三維數(shù)值模擬隔墩處混凝土構(gòu)件最大主應(yīng)力數(shù)值皆滿足C25混凝土拉應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值。

圖1　3號(hào)機(jī)右墩測(cè)點(diǎn)2裂縫寬度

圖2　3號(hào)機(jī)左墩騎縫鉆孔芯樣通縫

3　主要部位的檢測(cè)分析

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)安全安全檢測(cè)，鉆孔取混凝土芯樣，發(fā)現(xiàn)空箱裂縫隔墩處混凝土裂縫均為通縫。根據(jù)個(gè)別鉆斷鋼筋，未發(fā)現(xiàn)鋼筋銹蝕現(xiàn)象。

a.隔墩。隔墩的混凝土的強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求，滿足《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL191-2008)有關(guān)混凝土最低強(qiáng)度等級(jí)要求，強(qiáng)度評(píng)定標(biāo)度為A；混凝土的碳化深度分布不均勻，碳化評(píng)定標(biāo)度為A；隔墩的實(shí)測(cè)混凝土保護(hù)層厚度大于最大碳化深度和規(guī)范規(guī)定的最小保護(hù)層厚度。隔墩開裂嚴(yán)重，裂縫基本是貫穿裂縫，縫寬0.14～1.13mm，大部分測(cè)點(diǎn)縫寬遠(yuǎn)超過規(guī)范允許值。

b.擋墻。上游擋墻的混凝土的強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求和《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL191-2008)有關(guān)混凝土最低強(qiáng)度等級(jí)要求，強(qiáng)度評(píng)定標(biāo)度為A；混凝土的碳化深度分布不均勻，碳化評(píng)定標(biāo)度為A；上游擋墻的實(shí)測(cè)混凝土保護(hù)層厚度大于最大碳化深度和規(guī)范規(guī)定的最小保護(hù)層厚度。擋墻開裂嚴(yán)重，縫寬0.17～0.58mm，大部分測(cè)點(diǎn)縫寬遠(yuǎn)超過規(guī)范允許值。

c.對(duì)照檢測(cè)結(jié)果，淮陰三站工程9.70m高程空箱隔墩和擋墻混凝土強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求，隔墩和擋墻開裂嚴(yán)重，縫寬大多超過規(guī)范允許值；隔墩裂縫基本上為貫穿裂縫。初步分析裂縫大多是施工期形成的溫度縫，而非外力作用引起，對(duì)泵站整體結(jié)構(gòu)影響不大，不會(huì)影響工程安全。

4　裂縫常見的處理措施

4.1　表面處理法

表面涂抹和表面貼補(bǔ)法表面涂抹適用范圍是漿材難以灌入的細(xì)而淺的裂縫，深度未達(dá)到鋼筋表面的發(fā)絲裂縫，不漏水的縫，不伸縮的裂縫以及不再活動(dòng)的裂縫。表面貼補(bǔ)(土工膜或其他防水片)法適用于大面積漏水(蜂窩麻面等或不易確定具體漏水位置、變形縫)的防滲堵漏。

4.2　填充法

用修補(bǔ)材料直接填充裂縫，一般用來修補(bǔ)較寬的裂縫。寬度小于0.3mm，深度較淺的裂縫、或是裂縫中有充填物，用灌漿法很難達(dá)到效果的裂縫、以及小規(guī)模裂縫 的簡易處理可采取開V型槽，然后作填充處理。

4.3　灌漿法

此法應(yīng)用范圍廣，從細(xì)微裂縫到大裂縫均可適用，處理效果好。利用壓送設(shè)備(壓力0.2～0.4MPa)將補(bǔ)縫漿液注入混凝土裂隙，達(dá)到閉塞的目的，該方法屬傳統(tǒng)方法，效果很好。也可利用彈性補(bǔ)縫器將注縫膠注入裂縫，不用電力，十分方便效果也很理想。

5　結(jié)論及建議

a.根據(jù)《泵站設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50265—2016，對(duì)淮陰三站站身整體穩(wěn)定進(jìn)行了復(fù)核，結(jié)果表明，該泵站站身抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)滿足規(guī)范要求，地基應(yīng)力小于基底土的允許承載力，地基應(yīng)力不均勻系數(shù)滿足規(guī)范要求，泵站整體穩(wěn)定性良好。

b.溫升及溫降期泵站在設(shè)計(jì)抽水期I、設(shè)計(jì)抽水期II及地震期3種工況下三維有限元的模擬結(jié)果表明，溫升期有無裂縫時(shí)，空箱處四隔墩應(yīng)力皆滿足C25混凝土抗拉標(biāo)準(zhǔn)值；溫降期隔墩無裂縫時(shí)，空箱處四隔墩混凝土構(gòu)件最大應(yīng)力滿足C25混凝土抗拉標(biāo)準(zhǔn)值，有裂縫存在情況下除應(yīng)力集中部位最大主應(yīng)力超過C25混凝土抗拉標(biāo)準(zhǔn)值，四隔墩混凝土構(gòu)件最大應(yīng)力皆未超過C25混凝土抗拉標(biāo)準(zhǔn)值。在溫升和溫降情況下，溫降時(shí)混凝土拉應(yīng)力增大的現(xiàn)象更明顯。

c.結(jié)合泵站日常監(jiān)測(cè)結(jié)果，現(xiàn)場(chǎng)綜合檢測(cè)及數(shù)值計(jì)算結(jié)果，該裂縫對(duì)工程結(jié)構(gòu)安全影響甚微。鑒于裂縫開展已經(jīng)穩(wěn)定及工程驗(yàn)收前的其他裂縫處理效果，建議對(duì)泵站的空箱裂縫采取灌漿、結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)、表面處理的綜合處理方法。對(duì)縫寬不超過0.15mm的裂縫采取韌性好、強(qiáng)度高的環(huán)氧聚合物進(jìn)行封閉，表面涂抹環(huán)氧厚漿；對(duì)超過0.15mm的裂縫，采用E-85環(huán)氧漿進(jìn)行灌漿，貼環(huán)氧玻纖布(二布三漿)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。為提高修補(bǔ)質(zhì)量及整體效果，采用H52-54環(huán)氧厚漿涂料進(jìn)行二道封閉，處理后，在后期觀測(cè)過程中，未發(fā)現(xiàn)有滲水、暗潮現(xiàn)象。

[1]王鐵夢(mèng).工程結(jié)構(gòu)裂縫控制的綜合方法.施工技術(shù).2000(5).5-9.

[2]張喆.鋼筋混凝土現(xiàn)澆產(chǎn)生裂縫的原因分析及防治措施[j].廣西城鎮(zhèn)建設(shè)，2010(7)：1-2.

[3]程鴻漸.探討土木工程施工中的裂縫處理措施[J].中華民居，2014(18)：335-336.