洺河渡槽空鼓裂缝的加固处理

洺河渡槽空鼓裂缝的加固处理
洺河渡槽，部分槽体混凝土是在冬季施工，出现空鼓裂缝，经过检测在空鼓和裂缝影响下，渡槽承载能力有所下降，此外渡槽空鼓裂缝及可能存在的残留水会影响预应力钢筋的耐久性，因此对出现空鼓裂缝的槽体部位要进行加固处理。

标签：空鼓裂缝；加固措施；外贴加固；嵌入加固
1、渡槽工程概况
洺河渡槽工程位于河北省永年县，全长0.93km，其中有829m长的渡槽和101m渠道连接段，渡槽设计流量230m3/s，加大流量250 m3/s。

渡槽为预应力混凝土结构，共分16跨，每跨3孔，单跨长40m，宽24.3m，高9.1m，底板厚0.4m，底板横梁宽0.45m，高0.7m，边墙厚0.6m，中墙厚0.7m。

2、概述
洺河渡槽2010年开工，2012年冬季渡槽上、下主体结构施工完成，2012年10月16日，南水北调工程稽查大队现场质量检查发现渡槽槽体混凝土内可能存在空鼓裂缝。

随即南水北调中线干线工程建设管理局委托中国水利水电科学研究院就洺河渡槽槽体结构混凝土质量进行检测，检测内容主要包括空鼓范围及空鼓裂缝的深度、竖向裂缝的位置、长度、深度，波纹管积水状况等，并就检查情况进行了研究分析，洺河渡槽槽壁部分竖向预应力钢筋波纹灌浆不密实，且其中部分波纹管空腔内存有积水，冬季温降产生冻胀，是导致槽体侧墙沿竖向预应力钢筋布置平面形成拉裂缝（即空鼓裂缝）的主要原因。

2013年3月，中国水利水电科学研究院提出了《南水北调中线一期工程总干渠土建施工SG4标洺河渡槽混凝土缺陷检测及结构安全评估报告》，结构安全综合评估结论为，在空鼓和裂缝影响下，渡槽承载能力有所下降，纵向承载力最小安全系数降至1.52，仍满足《水工混凝土结构设计规范》（SL191-2008）要求，横向承载力最小安全系数降至1.33，小于规范规定的最小允许值1.35，正常使用条件下槽墙中下部不满足抗裂设计要求，可能出现纵向水平裂缝，此外，渡槽空鼓裂缝及可能存在的残留水会影响预应力钢筋的耐久性。

因此，对出现空鼓裂缝的槽体部位要进行加固处理。

3、加固处理措施
从保证渡槽安全、输水能力、耐久性、加固处理费用和工期等方面综合考虑，根据空鼓裂缝去区的尺寸，混凝土空鼓裂缝缺陷处理加固措施有3种方案，为了方便描述定义为A型方案、B型方案、C型方案。

3.1 A型方案
对于长边尺寸小于200cm、短边小于100cm的空鼓区，在对空鼓裂缝进行
最大灌浆压力不超过0.1Mpa灌浆处理后，只对其空鼓区及其周边扩大区域的现状混凝土表面进行防水处理即可，扩大区域由空鼓区边界线等距离外扩50cm确定。

3.2 B型方案
空鼓裂缝区短边尺寸小于100cm，且长边大于200cm，或两边都大于100cm 但小于200cm的空鼓区主要采用纵墙表面外贴加固方案，具体措施如下：
1）现状渡槽空鼓区对应的整个竖向侧墙表面打磨厚度为5mm。

2）沿渡槽纵墙空鼓裂缝区及其周边非空鼓区域（按3倍的空鼓裂缝外侧混凝土厚度考虑）外贴碳纤维布。

沿侧墙高度方向满贴，碳纤维布置于侧墙顶部与底部倒角处，并由空鼓区中心向两侧粘贴。

3）在碳纤维布外粘贴竖向钢压板，钢压板宽度20cm，水平净间距60cm，钢板与纵墙混凝土之间采用结构胶粘贴，并将原渡槽施工模板拉筋孔适当扩孔后植入高强螺栓锁定。

4）对所有空鼓裂缝进行低压灌浆处理，要求空鼓裂缝填充率不低于90%。

5）在碳纤维布及钢压板间隙处利用植筋胶在纵墙上植入插筋，并外粘贴（挂）钢丝网后，采用手刮或喷射纤维混凝土砂浆进行表面防护。

6）防护层表面收光打磨后喷涂或手刮聚脲型防水材料，要求最终过水表面平整光滑，糙率不大于0.0135。

7）按原设计要求设置保温层。

3.3 C型方案
空鼓裂缝区短边尺寸大于100cm，且长边大于200cm的空鼓区可采用纵墙表面嵌入加固方案，这个方案和B型方案的加固措施基本相同，只是将加固区表面进行凿除2.5～3.0cm，之后再进行外贴加固，该方案加固后不影响渡槽的过水断面尺寸。

主要措施如下：
1）现状渡槽空鼓区对应的这个竖向侧墙表面混凝土凿除2.5～3.0cm，之后进行打磨，厚度约20mm。

2）引出对拉螺栓杆钢筋，在需要增加拉筋部位植入Φ18的钢筋，空鼓外混凝土开孔时应采用取芯方式开孔。

3）沿渡槽纵墙空鼓裂缝区及其周边非空鼓区域（按3倍的空鼓裂缝外侧混凝土厚度考虑）外贴碳纤维布，沿侧墙高度方向满贴，碳纤维布置于侧墙顶部与
底部倒角处，并由空鼓区中心向两侧粘贴，并避开拉筋。

4）在空鼓区外表面沿侧墙纵向布置宽20cm，厚8mm的钢板，为充分利用原对拉螺栓杆，钢板沿侧墙竖向间距为50cm。

5）对空鼓区进行最大灌浆压力不超过0.1Mpa灌浆处理。

6）采用喷射纤维混凝土或手刮聚合物砂浆对侧墙表面进行抹平。

7）直接在碳纤维布表面采用聚脲材料进行防水處理。

8）按原设计要求设置保温层。

4、主要施工技术要求
4.1 碳纤维布粘贴施工工艺
1）施工时应考虑环境温度对树脂固化的影响。

在表面处理和粘贴碳纤维片材前，应按加固设计部位放线定位。

树脂配制时应按产品使用说明中规定的称量置于容器中，用搅拌器均匀搅拌到色泽均匀。

搅拌用容器内及搅拌器上不得有油污及杂质。

应根据现场实际环境温度决定树脂的每次拌合量，并按使用要求严格控制使用时间。

2）碳纤维布粘贴前应做好施工方案及施工计划，并根据施工计划搭好粘贴前施工的脚手架，及其安全防护措施。

3）清除被加固部位表面的剥落、疏松、蜂窝、腐蚀等劣化混凝土，露出混凝土结构层，对渡槽表面裂缝进行灌浆处理，并用修复材料将表面修复平整。

4）被粘贴的混凝土表面应打磨平整，除去表面浮浆、油污等杂质，直至完全露出混凝土结构新面。

转角粘贴处要进行倒角处理并打磨成圆弧状，圆弧半径不应小于20mm。

清理后的混凝土表面应清理干净并保持干燥。

5）涂刷底层树脂，按产品供应商提供的工艺规定配置底层树脂。

用毛刷将底层树脂均匀涂抹于混凝土面。

在树脂表面指触干燥后立即进行下一步的工序施工。

6）粘贴碳纤维布
按设计要求的尺寸裁剪碳纤维布。

按产品供应商提供的工艺规定配制浸渍树脂并均匀涂抹于所要粘贴的部位。

用专用的滚筒顺纤维方向多次滚压，挤出气泡，使浸渍树脂充分充分浸透碳纤维布，滚压时不得损伤碳纤维布。

多层粘贴重复上述步骤，应在纤维表面浸渍树脂指触干燥后立即进行下一层的粘贴。

碳纤维粘贴好后立即用夹具夹紧，还用支撑固定，并适当加压，以便胶液刚从碳纤维边缝挤出为度。

7）碳纤维片材与混凝土之间的粘结质量可用小锤轻轻敲击或手压碳纤维片材表面的方法来检查，总有效粘结面积不应低于95%。

8）施工安全及注意事项
碳纤维片材为导电材料，施工碳纤维片材时应远离电器设备及电源，或采取可靠的防护措施。

施工工程中应避免碳纤维片材的弯折。

碳纤维片材配套树脂的原料应密封储存，远离火源，避免阳光直接照射。

树脂的配置和使用场所，应保持通风良好。

现场施工人员应采取相应的劳动保护措施。

4.2 钢板粘贴施工工艺
1）粘贴钢板专用的结构胶粘剂，其配制和使用应按产品使用说明使书的规定进行，拌合胶粘剂时应采用低速搅拌机充分搅拌。

拌好的胶液色泽应均匀无气泡，并应采取措施防止水、油、灰尘等杂质混入，严禁在室外和水土飞扬的室内拌合胶液。

2）胶液应在规定的时间内使用完毕，严禁使用超过规定适用期（可操作时间）的胶液。

3）拌好的胶液应同时涂刷在钢板和混凝土粘合面上，经检查无漏刷后即可将钢板与原构件混凝土粘贴，粘贴后的胶层平均厚度应控制在2mm～3mm，胶层厚度上厚下薄。

4）钢板粘贴时表面应平整，过度应平滑不得有折角，钢板粘贴后均匀布点加压固定，其加压顺序从钢板的一端向另一端加压或由钢板中间向两端逐点加压；不得由钢板两端向中间加压。

钢板粘贴加压后，周边应有少量胶液均匀挤出。

5）渡槽加固加压可利用锚固螺栓加压或采用撑杆加压，加压点之间的距离不应大于500mm，加压时应按胶缝厚度控制在2mm-2.5mm進行调整。

6）在粘贴钢板施工的同时，应将钢板标准块粘贴在指定的位置上，按同条件进行加压和养护，以备检验使用。

标准块粘贴检测应由独立检测机构派员粘贴，并做好记录。

7）外粘钢板中心位置与设计中心位置的线偏差不应大于5mm，长度负偏差不应大于10mm。

8）混凝土与钢板粘结的养护温度不低于15度时，固化24小时后，可卸除加压夹具及支撑；72小时后进入下一工序。

若养护温度低于15度时，应按产品使用说明书的规定采取升温措施，或改用低温固化型结构胶黏剂。

4.3 空鼓裂缝灌浆技术要求
4.3.1 表面处理
1）用钢丝刷沿裂缝表面清理宽约5cm范围。

2）用略潮湿的刷子或抹布蘸香蕉水或水，清除混凝土表面的浮尘并晾干。

3）确保沿裂缝走向宽5cm的范围内无水泥翻沫、灰尘、油污、疏松的混凝土块，不牢固的砂粒。

确保混凝土表面和缝内干燥。

4.3.2 粘结注入座/密封裂缝
1）配置封口胶，按规定配比（101#的主剂、硬化剂的重量比为7：3）配料，拌合均匀。

2）布设注入座，用抹刀将少许封口胶在注入座底面的四周，将注入孔对正裂缝中心稍加力按压，使胶从底面的四个小孔中挤出，并用胶将座的底板包覆。

沿裂缝的走向，每隔30-40cm布设1个注入座，裂缝分岔处，也应布设注入座。

注入时，不得让封口胶堵塞注入座的注入孔，胶不得粘到注入座颈部的小突起和橡胶圈上，粘好后不得移动注入座。

3）注入座粘结检验。

注入座布置正确，封口胶呈均匀一致的灰色，底板的四个小孔中均有胶挤出，底板下无空洞、蜂窝等缺陷；注入孔畅通，注入座颈部的小突起和橡胶圈上没有附着的胶。

4）封闭裂纹。

用抹刀将封口胶沿裂缝走向5cm宽的范围封闭，封口胶厚度为2mm左右，尽量一次完成，避免反复涂抹。

密封的宽度、厚度大致均匀，无空洞、蜂窝。

4.3.3 封口胶的固化
密封完成后，让封口胶自然固化，注意固化过程中防止其接触水。

4.3.4 注入灌浆材料
1）配置灌注材料，按规定配比配料，搅拌均匀。

2）注浆。

3）注入检验
4.3.5 灌注胶的固化
让灌注材料自行固化，可用手捏注入管随时了解固化过程。