新沭河太平莊閘底板裂縫成因分析及水下修補技術

新沭河太平莊閘底板裂縫成因分析及水下修補技術

一、工程效益分析太平莊門位于新沂河下游30.59公里處，距臨洪河入海口15公里。是新沂河擴大項目的主要項目之一。自26年起，他在蓄水、蓄水、污泥收集、排水、輔助灌溉等方面發(fā)揮了重要作用，項目價值顯著。但由于該閘瀕臨沿海，工作環(huán)境惡劣，工程老化、損壞嚴重，特別是反拱底板形成垂直水流方向的貫通縫，已影響到閘身結構安全和工程運行，為此，通過對底板的裂縫檢測、強度分析和裂縫成因分析，采用LW與HW水溶性聚氨酯混合液作為化學灌漿材料，用灌漿法對底板裂縫進行水下修補，取得了明顯效果。二、反拱底板斷裂分析裂縫檢測結果表明，11#、12#、13#孔閘底板已斷裂，4#、20#孔閘底板基本斷裂，閘墩材料分區(qū)處裂縫明顯增大，且絕大多數已貫穿整個閘墩高度。閘室正向擋水時，較大的水平推力將閘墩門槽向下游推移，閘底板表面出現較大的拉應力，而反拱底板順水流方向上層配筋為14φ10/孔，配筋極少，底板裂縫會進一步發(fā)展，直至底板斷開。經復核計算，閘底板表面的最大拉應力在設計和校核情況下分別為2.64N/mm2、6.16N/mm2，遠大于混凝土的極限抗拉強度1.1N/mm2，強度嚴重不足；底板斷裂后，閘室抗滑穩(wěn)定安全系數，在設計情況下為1.43，抗滑穩(wěn)定；在校核情況下為0.71，抗滑不穩(wěn)定，且閘室防滲長度不能滿足安全要求，因此，閘室安全存在嚴重隱患。三、反拱底板破壞閘室結構型式不合理，整體剛度低，這是閘底板形成裂縫的主要原因。該閘建于1975～1977年，閘址南邊為粗砂夾層，N=15～30，閘址北邊為灰色細砂及灰色軟壤土夾砂層，N=8，由于當時的歷史條件，閘基未作處理，為填砂地基，地基承載力較低，上下游不均勻沉降大，設計時又過分考慮節(jié)省材料，采用混凝土反拱底板，且22孔閘底板整體相連，閘墩的上游墩頭和閘門槽及下游段為混凝土結構，中間公路橋段為漿砌塊石結構，造成閘室結構整體性極差。反拱底板順水流方向配筋極少，混凝土質量較差，導致閘底板強度嚴重不足。工程控制運用時，因下游受海潮影響，潮水位變幅較大，在-2.0～3.70m之間，枯潮時較大的水平推力將閘墩門槽段混凝土向下游推移，導致閘底板出現裂縫。閘底板為22孔整體相連的反拱底板，兩側岸墩向內傾斜必然引起閘底板開裂。四、材料分區(qū)處裂縫加固根據閘底板裂縫檢測情況、強度分析和裂縫成因分析，采用灌漿法對閘底板裂縫及閘墩材料分區(qū)處裂縫進行補強加固，即水下沿裂縫鑿槽，SXM-Ⅱ水下快速密封劑嵌縫，再用LW與HW水溶性聚氨酯混合液灌漿來填充裂縫及底板下孔隙，從而達到堵漏防滲、提高閘底板及閘墩結構整體性的目的。其材料性能和施工工藝如下：1、材料的性能(1)無定聚糖凝膠體這是一種防滲堵漏效能較好、固結效能較高的高分子化學灌漿材料。漿液粘度低，可灌性好，凝膠體不僅具有較好的密實性、防滲性和耐久性，而且具有一定的粘結強度和抗拉、抗壓強度。施工配合比（重量比）為LW:HW=9:1。(2)sxm水下快速密封劑作為水下修補的嵌縫材料，由A、B兩組份組成，A組份為灰色粉末，B組份為透明液體，根據需要在現場配制。2、施工工藝沿底板裂縫走向用風鎬打成“V”型截面，上口寬50mm、深30mm，并用高壓水槍沖洗。(2）裂縫長：5.2孔深沿裂縫走向騎縫鉆灌漿孔，孔徑38mm，孔深250～350mm，孔距根據裂縫長度與寬度確定。在閘墩與底板相連處沿裂縫交叉鉆止?jié){孔，孔徑38mm，孔深450mm。(3）清潔用高壓水槍對“V”型槽面、灌漿孔及止?jié){孔進行沖洗，使表面干凈，并露出新鮮混凝土表面。(4）埋地管道選用φ12的PVC管，200～300mm/根，埋入鉆孔深100mm，管孔間嵌封牢固，注意不能將嵌封材料堵塞鉆孔和管道。(5）嵌入縫紉機采用SXM-Ⅱ水下快速密封劑嵌入鑿好的“V”型槽內，并擠壓密實。10分鐘后即可進行下道工序施工。(6）水下快速密封劑和清洗管首先對準備灌漿的區(qū)域進行壓氣試驗，看是否有漏氣現象，如發(fā)現有漏氣的地方應及時用SXM-Ⅱ水下快速密封劑封堵；其次對縫內清洗，在埋好的灌漿管上套高壓水管，采用水和氣輪換沖洗的方法進行沖洗，水洗壓力控制在0.5MPa,氣洗壓力控制在0.3MPa。只有將縫內的雜質全部沖出,才能保證灌漿質量。(7）lw與hw混合液配制底板裂縫的灌漿采用從左往右的順序進行，閘墩材料分區(qū)處裂縫的灌漿采用從下往上的順序進行。灌漿前先用2L丙酮充填管路，作趕水之用。LW與HW混合液可根據需要按施工配合比現場配制。在灌漿過程中及時掌握灌漿情況，并通過手壓灌漿泵控制灌漿壓力，一般為0.3～0.5MPa，若吸漿量少，就盡可能提高灌漿壓力。每孔灌至孔內基本不吸漿或單孔吸漿率降至5ml/min，即達到灌漿結束標準，達到灌漿結束標準后，壓力并漿20min，結束該孔灌漿，再移至下一灌漿孔口。(8）表面抹光對表面活性劑的要求灌漿材料凝固后，割除灌漿管，回填SXM-Ⅱ水下快速密封劑，表面抹光。以上各施工工藝均由施工人員（潛水員）在水下完成，并進行水下攝像，及時傳送到公路橋上，監(jiān)理工程師可以根據錄像隨時了解和檢查施工情況，發(fā)現和解決問題，從而確保水下修補質量。五、太平莊閘底板裂縫修補反拱底板裂縫的水下修補技術，在涵閘正常運用情況下就能施工，不受季節(jié)影響，且施工過程中不改變原有結構的受力狀態(tài)，施工工藝簡單，因此，大大減少了施工措施費用和不安全因素。2002年8月對太平莊閘底板裂縫進行了水下修補，經過一年的控制運用，特別是經受上游攔蓄淡水、水位較高，下游枯潮時水位較低的最不利水位組合的考驗，工程運用正常，2003年9月對該閘底板進行水下錄像檢查，發(fā)現已處理的底板裂縫面嵌填材料無起殼、開裂現象，縫面良好，