(浙江省景寧畬族自治縣恒發(fā)能源開發(fā)有限公司， 浙江 景寧 323500)

1 工程概況

八盤峽水利工程為20世紀(jì)70年代末建設(shè)的預(yù)制混凝土寬縫重力壩。由于溢流壩閘墩為三段分次澆筑，各段之間設(shè)置了縱向伸縮縫，為限制縱縫發(fā)展，確保溢流壩閘墩安全，在縱縫下設(shè)置了鋼筋層(鋼筋直徑28mm)。鑒于后段閘墩會(huì)受到大壩閘門的推力作用，一旦受力過(guò)大會(huì)產(chǎn)生變形，并對(duì)上端產(chǎn)生具有破壞作用的拉應(yīng)力，因此在57m處設(shè)置了連接鋼筋，根據(jù)施工資料，該連接筋為直徑30mm螺紋鋼筋，按間距25cm進(jìn)行布設(shè)。

截至目前，八盤峽水利工程已經(jīng)運(yùn)行將近35年，在近期對(duì)水庫(kù)的例行檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)溢流壩閘墩在40m以下的表面已經(jīng)出現(xiàn)了裂縫。裂縫主要呈斜向發(fā)展，具有比較明顯的危害性，裂縫情況見下圖。

閘墩裂縫示意圖

2 裂縫成因分析

2.1 排除溫度載荷時(shí)的計(jì)算結(jié)果分析

a.假定連接鋼筋起作用。在連接鋼筋發(fā)揮作用的情況下，溢流壩閘墩混凝土最大拉應(yīng)力應(yīng)處于裂縫底端下游一側(cè)的單元上，但是局部應(yīng)力的集中并沒有超出抗拉極限值1.6MPa很多，按照計(jì)算結(jié)果分析，破壞區(qū)域不會(huì)延伸到溢流面，此外，通過(guò)計(jì)算，最大主壓應(yīng)力未超過(guò)設(shè)計(jì)極限(計(jì)算結(jié)果見表1)。

表1 連接筋起作用情況下的應(yīng)力計(jì)算結(jié)果 單位:MPa

b.假定連接鋼筋不起作用。由于連接鋼筋已經(jīng)有35年歷史，有可能不再發(fā)揮作用，因此應(yīng)該對(duì)這一情況進(jìn)行計(jì)算分析。這種情況下混凝土的最大壓應(yīng)力會(huì)集中于永久裂縫底端的附近單元，從計(jì)算結(jié)果來(lái)看(見表2)，超過(guò)極限值并不大，最大壓應(yīng)力也未超過(guò)設(shè)計(jì)值。

表2 連接筋不起作用情況下的應(yīng)力計(jì)算結(jié)果 單位：MPa

從以上計(jì)算結(jié)果及分析來(lái)看，縱縫造成的應(yīng)力不足以使裂縫發(fā)展至溢流面，因此，裂縫的形成是由其他因素造成的。

2.2 溫度載荷的影響分析

a.溫升工況。經(jīng)查閱氣象資料，該區(qū)域1～7月的溫度升高幅度為27.5℃。經(jīng)計(jì)算得到該工況下的主拉應(yīng)力結(jié)果(見表3)。從計(jì)算結(jié)果來(lái)看，在溫升作用下縱縫底端出現(xiàn)的最大應(yīng)力雖然超出了極限范圍，但由于超出數(shù)值較小，尚不足以使裂縫延伸至溢流壩面。

表3 溫升情況下的計(jì)算結(jié)果 單位：MPa

b.溫降工況。該區(qū)域7月至次年1月不同溫降工況下的主拉應(yīng)力計(jì)算結(jié)果見表4。從計(jì)算結(jié)果來(lái)看，在溫降作用下閘墩前后兩端的收縮趨勢(shì)比較明顯，這使得縱縫與溢流壩面出現(xiàn)了一個(gè)較大的應(yīng)力區(qū)。因此可以確定裂縫的產(chǎn)生與溫度載荷具有明顯的相關(guān)性，裂縫是由以溫度載荷為主的多種載荷共同作用引起的。

表4 溫降情況下的計(jì)算結(jié)果 單位：MPa

3 裂縫繼續(xù)擴(kuò)展的可能性分析

因裂縫已經(jīng)達(dá)到溢流壩表面，如果要對(duì)加固前后的效果進(jìn)行對(duì)比分析，有必要對(duì)當(dāng)前條件下裂縫的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行計(jì)算分析(見表5)。

表5 加固前縱縫端應(yīng)力計(jì)算結(jié)果 單位：MPa

從計(jì)算結(jié)果可以看出，正常水位時(shí)在溫降作用下，溢流面縱縫端的最大主拉應(yīng)力值為5.18 MPa，已經(jīng)嚴(yán)重超出了混凝土的抗拉極限，因此裂縫有繼續(xù)發(fā)展的趨勢(shì)。為了抑制縱縫的發(fā)展，溢流壩在設(shè)計(jì)過(guò)程中，加設(shè)了一層騎縫鋼筋。假設(shè)這一鋼筋層仍然全部發(fā)揮作用，在溫降的不利工況下，經(jīng)計(jì)算縱縫端的主拉應(yīng)力值仍然可以達(dá)到4.84 MPa，超出允許值很多。因此，即使騎縫鋼筋層全部發(fā)揮作用，也不足以阻止裂縫的進(jìn)一步發(fā)展。此外由于裂縫長(zhǎng)期暴露，也會(huì)造成裂縫的進(jìn)一步發(fā)展，因此對(duì)溢流壩進(jìn)行加固是十分必要和緊迫的。

4 加固方案選擇

混凝土結(jié)構(gòu)加固的目的是恢復(fù)或提高建筑結(jié)構(gòu)的可靠性，溢流壩閘墩出現(xiàn)的裂縫可能會(huì)對(duì)壩體結(jié)構(gòu)的整體性產(chǎn)生影響，有的會(huì)造成鋼筋腐蝕，降低結(jié)構(gòu)的耐久性，考慮到該工程的實(shí)際情況，對(duì)粘貼鋼板、預(yù)應(yīng)力錨索兩種加固方案進(jìn)行比選。

4.1 加固方案計(jì)算

a.粘貼鋼板方案。經(jīng)參考類似加固工程，鋼板的長(zhǎng)度暫定為5m，粘貼以縱縫為界，前墩粘貼1.4m，后墩粘貼3.6m，所選鋼板的抗壓、抗拉強(qiáng)度約為210MPa。通過(guò)計(jì)算得到了鋼板和縱縫的應(yīng)力結(jié)果(見表6)。

表6 粘貼鋼板方案應(yīng)力計(jì)算結(jié)果 單位：MPa

由計(jì)算結(jié)果可以看出，兩種工況下加固鋼板的主拉應(yīng)力均未超過(guò)鋼板的設(shè)計(jì)抗拉值，這種方案下混凝土主應(yīng)力最大值比極限抗拉值略高。

b.預(yù)應(yīng)力錨桿方案。該加固方案是通過(guò)錨筋張拉來(lái)加固物體，參照相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，加固擬采用3根7φ5鋼絞線進(jìn)行，每根鋼絞線的強(qiáng)度設(shè)計(jì)數(shù)值為1730MPa，據(jù)估算單束鋼絞線的破壞載荷約為766.4kN，屈服載荷約為660kN(見表7)。

表7 預(yù)應(yīng)力錨索方案應(yīng)力計(jì)算結(jié)果 單位：MPa

從計(jì)算結(jié)果可以看出，該方案對(duì)縱縫的變位效果并不明顯，因此并不能明顯減小主拉應(yīng)力值。

4.2 加固方案比選

表8列出了兩種加固方案的部分計(jì)算結(jié)果，從中可以看出，在溫降情況下粘貼鋼板方案對(duì)于縱縫底端的最大應(yīng)力減小幅度為51%左右，遠(yuǎn)低于預(yù)應(yīng)力錨索方案。因此粘貼鋼板方案效果優(yōu)于預(yù)應(yīng)力錨索方案。在溫升情況下，兩種方案都能有效減小拉應(yīng)力，但是從拉應(yīng)力超限區(qū)域來(lái)看，粘貼鋼板方案更優(yōu)。綜合上述分析，此次加固工程選擇粘貼鋼板方案。

表8 兩種加固方案比較情況 單位：MPa

5 加固施工技術(shù)

5.1 加固施工工序

擬定加固施工工序?yàn)椋菏┕し艠印鶎犹幚怼惭b自鎖錨桿→鋼板制作安裝→密封灌膠→固化→外表面處理。

5.2 施工過(guò)程及技術(shù)

a.施工放樣。按照加固設(shè)計(jì)方案在溢流壩閘墩表面粘貼鋼板位置畫框線。閘墩上部有4條框線，尺寸為3100mm×150mm；閘墩中部有12條框線,尺寸為3100mm×250mm；閘墩下部為2條框線，尺寸為3100mm×2200mm。

b.基層處理。首先沿施工放樣所畫的框線使用砂輪切割機(jī)對(duì)基層混凝土進(jìn)行切割，然后再對(duì)框線內(nèi)的混凝土表面進(jìn)行切割，使其成為寬約70mm的條狀斜向分割，切深以不超過(guò)30mm為宜，再以機(jī)械為主、人工為輔進(jìn)行鑿除，然后對(duì)形成的初始槽面進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果對(duì)槽面進(jìn)行精心清理。對(duì)于槽面的低凹處進(jìn)行必要的修補(bǔ)，待達(dá)到一定強(qiáng)度后再將槽面磨平，并清除雜物，使其保持清潔干燥。

c.安裝自鎖錨桿。首先在槽內(nèi)鉆深約350 mm的孔，并進(jìn)行擴(kuò)孔和清理，然后滿注黏結(jié)材料并植入自鎖錨桿。

d.鋼板安裝。首先將鋼板切割成設(shè)計(jì)規(guī)格，并按照自鎖錨桿的位置鉆孔，經(jīng)除銹后固定于自鎖錨桿，并與溢流壩混凝土槽面保持3～4mm的間隙。

e.密封固化。在鋼板固定好后，首先對(duì)鋼板四周和基面之間用ICG-Ⅰ無(wú)機(jī)料進(jìn)行有效封堵，檢測(cè)合格后即可在空隙內(nèi)灌注結(jié)構(gòu)膠。灌注時(shí)要注意對(duì)灌注壓力進(jìn)行控制，這是提高灌注質(zhì)量的關(guān)鍵。在灌注過(guò)程中要對(duì)鋼板表面不斷輕輕敲擊。灌注結(jié)束后等待灌注膠固化，通常情況下需要2d左右才能達(dá)到進(jìn)行下一步施工的強(qiáng)度要求。如遇冬季低溫期施工，可考慮進(jìn)行加熱固化。

f.外表面處理。待密封固化結(jié)束后對(duì)加固鋼板的外表面進(jìn)行清潔處理，然后噴涂防護(hù)涂料。對(duì)于上部和中部鋼板的外表面處理方法是進(jìn)行高強(qiáng)砂漿涂抹并保持與閘墩表面一致，而對(duì)于下部鋼板，則需要涂抹環(huán)氧樹脂，待涂抹完畢48h后，再進(jìn)行磨平以提高加固施工部位的外觀，然后按要求進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)。

6 結(jié) 語(yǔ)

20世紀(jì)六七十年代修建的水利設(shè)施，由于運(yùn)行時(shí)間較久，目前大多存在病險(xiǎn)問(wèn)題，因此對(duì)水利工程的除險(xiǎn)加固是當(dāng)前水利建設(shè)面臨的重要課題。八盤峽水利工程溢流壩閘墩裂縫的除險(xiǎn)加固取得了良好效果。這一加固方法對(duì)于同類加固工程具有一定的參考價(jià)值。

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