洺河渡槽空鼓裂縫的加固處理

【摘要】洺河渡槽，部分槽體混凝土是在冬季施工，出現空鼓裂縫，經過檢測在空鼓和裂縫影響下，渡槽承載能力有所下降，此外渡槽空鼓裂縫及可能存在的殘留水會影響預應力鋼筋的耐久性，因此對出現空鼓裂縫的槽體部位要進行加固處理。

【關鍵詞】空鼓裂縫；加固措施；外貼加固；嵌入加固

1、渡槽工程概況

洺河渡槽工程位于河北省永年縣，全長0.93km，其中有829m長的渡槽和101m渠道連接段，渡槽設計流量230m3/s，加大流量250 m3/s。渡槽為預應力混凝土結構，共分16跨，每跨3孔，單跨長40m，寬24.3m，高9.1m，底板厚0.4m，底板橫梁寬0.45m，高0.7m，邊墻厚0.6m，中墻厚0.7m。

2、概述

洺河渡槽2010年開工，2012年冬季渡槽上、下主體結構施工完成，2012年10月16日，南水北調工程稽查大隊現場質量檢查發現渡槽槽體混凝土內可能存在空鼓裂縫。隨即南水北調中線干線工程建設管理局委托中國水利水電科學研究院就洺河渡槽槽體結構混凝土質量進行檢測，檢測內容主要包括空鼓范圍及空鼓裂縫的深度、豎向裂縫的位置、長度、深度，波紋管積水狀況等，并就檢查情況進行了研究分析，洺河渡槽槽壁部分豎向預應力鋼筋波紋灌漿不密實，且其中部分波紋管空腔內存有積水，冬季溫降產生凍脹，是導致槽體側墻沿豎向預應力鋼筋布置平面形成拉裂縫（即空鼓裂縫）的主要原因。2013年3月，中國水利水電科學研究院提出了《南水北調中線一期工程總干渠土建施工SG4標洺河渡槽混凝土缺陷檢測及結構安全評估報告》，結構安全綜合評估結論為，在空鼓和裂縫影響下，渡槽承載能力有所下降，縱向承載力最小安全系數降至1.52，仍滿足《水工混凝土結構設計規范》（SL191-2008）要求，橫向承載力最小安全系數降至1.33，小于規范規定的最小允許值1.35，正常使用條件下槽墻中下部不滿足抗裂設計要求，可能出現縱向水平裂縫，此外，渡槽空鼓裂縫及可能存在的殘留水會影響預應力鋼筋的耐久性。因此，對出現空鼓裂縫的槽體部位要進行加固處理。

3、加固處理措施

從保證渡槽安全、輸水能力、耐久性、加固處理費用和工期等方面綜合考慮，根據空鼓裂縫去區的尺寸，混凝土空鼓裂縫缺陷處理加固措施有3種方案，為了方便描述定義為A型方案、B型方案、C型方案。

3.1 A型方案

對于長邊尺寸小于200cm、短邊小于100cm的空鼓區，在對空鼓裂縫進行最大灌漿壓力不超過0.1Mpa灌漿處理后，只對其空鼓區及其周邊擴大區域的現狀混凝土表面進行防水處理即可，擴大區域由空鼓區邊界線等距離外擴50cm確定。

3.2 B型方案

空鼓裂縫區短邊尺寸小于100cm，且長邊大于200cm，或兩邊都大于100cm但小于200cm的空鼓區主要采用縱墻表面外貼加固方案，具體措施如下：

1）現狀渡槽空鼓區對應的整個豎向側墻表面打磨厚度為5mm。

2）沿渡槽縱墻空鼓裂縫區及其周邊非空鼓區域（按3倍的空鼓裂縫外側混凝土厚度考慮）外貼碳纖維布。沿側墻高度方向滿貼，碳纖維布置于側墻頂部與底部倒角處，并由空鼓區中心向兩側粘貼。

3）在碳纖維布外粘貼豎向鋼壓板，鋼壓板寬度20cm，水平凈間距60cm，鋼板與縱墻混凝土之間采用結構膠粘貼，并將原渡槽施工模板拉筋孔適當擴孔后植入高強螺栓鎖定。

4）對所有空鼓裂縫進行低壓灌漿處理，要求空鼓裂縫填充率不低于90%。

5）在碳纖維布及鋼壓板間隙處利用植筋膠在縱墻上植入插筋，并外粘貼（掛）鋼絲網后，采用手刮或噴射纖維混凝土砂漿進行表面防護。

6）防護層表面收光打磨后噴涂或手刮聚脲型防水材料，要求最終過水表面平整光滑，糙率不大于0.0135。

7）按原設計要求設置保溫層。

3.3 C型方案

空鼓裂縫區短邊尺寸大于100cm，且長邊大于200cm的空鼓區可采用縱墻表面嵌入加固方案， 這個方案和B型方案的加固措施基本相同，只是將加固區表面進行鑿除2.5～3.0cm，之后再進行外貼加固，該方案加固后不影響渡槽的過水斷面尺寸。主要措施如下：

1）現狀渡槽空鼓區對應的這個豎向側墻表面混凝土鑿除2.5～3.0cm，之后進行打磨，厚度約20mm。

2）引出對拉螺栓桿鋼筋，在需要增加拉筋部位植入Φ18的鋼筋，空鼓外混凝土開孔時應采用取芯方式開孔。

3）沿渡槽縱墻空鼓裂縫區及其周邊非空鼓區域（按3倍的空鼓裂縫外側混凝土厚度考慮）外貼碳纖維布，沿側墻高度方向滿貼，碳纖維布置于側墻頂部與底部倒角處，并由空鼓區中心向兩側粘貼，并避開拉筋。

4）在空鼓區外表面沿側墻縱向布置寬20cm，厚8mm的鋼板，為充分利用原對拉螺栓桿，鋼板沿側墻豎向間距為50cm。

5）對空鼓區進行最大灌漿壓力不超過0.1Mpa灌漿處理。

6）采用噴射纖維混凝土或手刮聚合物砂漿對側墻表面進行抹平。

7）直接在碳纖維布表面采用聚脲材料進行防水處理。

8）按原設計要求設置保溫層。

4、主要施工技術要求

4.1 碳纖維布粘貼施工工藝

1）施工時應考慮環境溫度對樹脂固化的影響。在表面處理和粘貼碳纖維片材前，應按加固設計部位放線定位。樹脂配制時應按產品使用說明中規定的稱量置于容器中，用攪拌器均勻攪拌到色澤均勻。攪拌用容器內及攪拌器上不得有油污及雜質。應根據現場實際環境溫度決定樹脂的每次拌合量，并按使用要求嚴格控制使用時間。

2）碳纖維布粘貼前應做好施工方案及施工計劃，并根據施工計劃搭好粘貼前施工的腳手架，及其安全防護措施。

3）清除被加固部位表面的剝落、疏松、蜂窩、腐蝕等劣化混凝土，露出混凝土結構層，對渡槽表面裂縫進行灌漿處理，并用修復材料將表面修復平整。

4）被粘貼的混凝土表面應打磨平整，除去表面浮漿、油污等雜質，直至完全露出混凝土結構新面。轉角粘貼處要進行倒角處理并打磨成圓弧狀，圓弧半徑不應小于20mm。清理后的混凝土表面應清理干凈并保持干燥。

5）涂刷底層樹脂，按產品供應商提供的工藝規定配置底層樹脂。用毛刷將底層樹脂均勻涂抹于混凝土面。在樹脂表面指觸干燥后立即進行下一步的工序施工。

6）粘貼碳纖維布

按設計要求的尺寸裁剪碳纖維布。按產品供應商提供的工藝規定配制浸漬樹脂并均勻涂抹于所要粘貼的部位。用專用的滾筒順纖維方向多次滾壓，擠出氣泡，使浸漬樹脂充分充分浸透碳纖維布，滾壓時不得損傷碳纖維布。多層粘貼重復上述步驟，應在纖維表面浸漬樹脂指觸干燥后立即進行下一層的粘貼。碳纖維粘貼好后立即用夾具夾緊，還用支撐固定，并適當加壓，以便膠液剛從碳纖維邊縫擠出為度。

7）碳纖維片材與混凝土之間的粘結質量可用小錘輕輕敲擊或手壓碳纖維片材表面的方法來檢查，總有效粘結面積不應低于95%。

8）施工安全及注意事項

碳纖維片材為導電材料，施工碳纖維片材時應遠離電器設備及電源，或采取可靠的防護措施。施工工程中應避免碳纖維片材的彎折。碳纖維片材配套樹脂的原料應密封儲存，遠離火源，避免陽光直接照射。樹脂的配置和使用場所，應保持通風良好。現場施工人員應采取相應的勞動保護措施。

4.2 鋼板粘貼施工工藝

1）粘貼鋼板專用的結構膠粘劑，其配制和使用應按產品使用說明使書的規定進行，拌合膠粘劑時應采用低速攪拌機充分攪拌。拌好的膠液色澤應均勻無氣泡，并應采取措施防止水、油、灰塵等雜質混入，嚴禁在室外和水土飛揚的室內拌合膠液。

2）膠液應在規定的時間內使用完畢，嚴禁使用超過規定適用期（可操作時間）的膠液。

3）拌好的膠液應同時涂刷在鋼板和混凝土粘合面上，經檢查無漏刷后即可將鋼板與原構件混凝土粘貼，粘貼后的膠層平均厚度應控制在2mm～3mm，膠層厚度上厚下薄。

4）鋼板粘貼時表面應平整，過度應平滑不得有折角，鋼板粘貼后均勻布點加壓固定，其加壓順序從鋼板的一端向另一端加壓或由鋼板中間向兩端逐點加壓；不得由鋼板兩端向中間加壓。鋼板粘貼加壓后，周邊應有少量膠液均勻擠出。

5）渡槽加固加壓可利用錨固螺栓加壓或采用撐桿加壓，加壓點之間的距離不應大于500mm，加壓時應按膠縫厚度控制在2mm-2.5mm進行調整。

6）在粘貼鋼板施工的同時，應將鋼板標準塊粘貼在指定的位置上，按同條件進行加壓和養護，以備檢驗使用。標準塊粘貼檢測應由獨立檢測機構派員粘貼，并做好記錄。

7）外粘鋼板中心位置與設計中心位置的線偏差不應大于5mm，長度負偏差不應大于10mm。

8）混凝土與鋼板粘結的養護溫度不低于15度時，固化24小時后，可卸除加壓夾具及支撐；72小時后進入下一工序。若養護溫度低于15度時，應按產品使用說明書的規定采取升溫措施，或改用低溫固化型結構膠黏劑。

4.3 空鼓裂縫灌漿技術要求

4.3.1 表面處理

1）用鋼絲刷沿裂縫表面清理寬約5cm范圍。

2）用略潮濕的刷子或抹布蘸香蕉水或水，清除混凝土表面的浮塵并晾干。

3）確保沿裂縫走向寬5cm的范圍內無水泥翻沫、灰塵、油污、疏松的混凝土塊，不牢固的砂粒。確保混凝土表面和縫內干燥。

4.3.2 粘結注入座/密封裂縫

1）配置封口膠，按規定配比（101#的主劑、硬化劑的重量比為7：3）配料，拌合均勻。

2）布設注入座，用抹刀將少許封口膠在注入座底面的四周，將注入孔對正裂縫中心稍加力按壓，使膠從底面的四個小孔中擠出，并用膠將座的底板包覆。沿裂縫的走向，每隔30-40cm布設1個注入座，裂縫分岔處，也應布設注入座。注入時，不得讓封口膠堵塞注入座的注入孔，膠不得粘到注入座頸部的小突起和橡膠圈上，粘好后不得移動注入座。

3）注入座粘結檢驗。注入座布置正確，封口膠呈均勻一致的灰色，底板的四個小孔中均有膠擠出，底板下無空洞、蜂窩等缺陷；注入孔暢通，注入座頸部的小突起和橡膠圈上沒有附著的膠。

4）封閉裂紋。用抹刀將封口膠沿裂縫走向5cm寬的范圍封閉，封口膠厚度為2mm左右，盡量一次完成，避免反復涂抹。密封的寬度、厚度大致均勻，無空洞、蜂窩。

4.3.3 封口膠的固化

密封完成后，讓封口膠自然固化，注意固化過程中防止其接觸水。

4.3.4 注入灌漿材料

1）配置灌注材料，按規定配比配料，攪拌均勻。

2）注漿。

3）注入檢驗

4.3.5 灌注膠的固化

讓灌注材料自行固化，可用手捏注入管隨時了解固化過程。