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和平鎮境內，與現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東線第三梯級，具有向北調水、改善水環境、提高航運保證率等功能。淮陰三站工程為Ⅰ等工程，主要建筑物級別為Ⅰ級，次要建筑物為3級。淮陰三站設計流量為100m3/s，安裝4臺套178GZ-4.78變頻調節貫流泵，配TBP2200-48/3000同步電機，葉輪直徑3.2m, 單機流量33.4m3/s，功率2200kW，總裝機容量為8800kW。泵站采用塊基型結構，站身進出水流道布置于站身底板范圍，采用平直管進水流道方式，快速閘門斷流，液壓啟閉機啟閉閘門。工程設計階段為調整側向不均勻系數，采取底板每邊各懸挑，在沿水流向居中設一條沉降縫將底板分為兩塊。站身上游側出水流道頂部布置上游工作橋和站區交通橋，站身下游側布置檢修閘門工作橋。站身自上而下依次為進出水流道層、輔機層和主廠房層。主廠房南側布置檢修間，北側布置控制樓。該工程于2007年4月開工，2009年12月通過聯合試運行，2012年10月通過驗收。

2016年6月，淮陰三站工程管理項目部在高程9.70m以上空箱隔墩中部位置首次發現裂縫，隨即布設了觀測設施，通過一年多的觀測，未發現裂縫擴展。

2　空箱裂縫成因分析

混凝土裂縫形成基于眾多內外影響因素，對淮陰三站進行三維有限元數值模擬對其安全性進行復核評價，結構中的溫度分為外界條件和內部條件影響。

2.1　外界條件的影響

自然環境中的混凝土結構，受大氣溫度變化作用，而各種氣象因素在一年四季、每天甚至每時每刻都在發生變化。混凝土結構發生溫度變化，與結構的方位、表面朝向很有關系。

2.2　內部條件的影響

由于混凝土溫度的導熱系數很小，因此在外表溫度突變的情況下，混凝土內部各層的溫度變化要慢得多，存在明顯的滯后現象，混凝土結構的溫度分布與混凝土的結構形狀也有一定的關系，混凝土結構表面的鋪裝層及水泥水化熱對溫度分布也有很大影響。

泵站EL9.70-14.40m輔機層，澆筑時間處在3～5月期間，在計算機仿真模擬中混凝土結構構件出現明顯的應力集中。空箱處四隔墩最大主應力主要分布在隔墩上游段或中斷，最大應力值出現在3號左墩為,0.74MPa，見圖1，圖2。由于三維數值模擬隔墩處混凝土構件最大主應力數值皆滿足C25混凝土拉應力標準值。

圖1　3號機右墩測點2裂縫寬度

圖2　3號機左墩騎縫鉆孔芯樣通縫

3　主要部位的檢測分析

經現場安全安全檢測，鉆孔取混凝土芯樣，發現空箱裂縫隔墩處混凝土裂縫均為通縫。根據個別鉆斷鋼筋，未發現鋼筋銹蝕現象。

a.隔墩。隔墩的混凝土的強度滿足設計要求，滿足《水工混凝土結構設計規范》(SL191-2008)有關混凝土最低強度等級要求，強度評定標度為A；混凝土的碳化深度分布不均勻，碳化評定標度為A；隔墩的實測混凝土保護層厚度大于最大碳化深度和規范規定的最小保護層厚度。隔墩開裂嚴重，裂縫基本是貫穿裂縫，縫寬0.14～1.13mm，大部分測點縫寬遠超過規范允許值。

b.擋墻。上游擋墻的混凝土的強度滿足設計要求和《水工混凝土結構設計規范》(SL191-2008)有關混凝土最低強度等級要求，強度評定標度為A；混凝土的碳化深度分布不均勻，碳化評定標度為A；上游擋墻的實測混凝土保護層厚度大于最大碳化深度和規范規定的最小保護層厚度。擋墻開裂嚴重，縫寬0.17～0.58mm，大部分測點縫寬遠超過規范允許值。

c.對照檢測結果，淮陰三站工程9.70m高程空箱隔墩和擋墻混凝土強度滿足設計和規范要求，隔墩和擋墻開裂嚴重，縫寬大多超過規范允許值；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，對泵站整體結構影響不大，不會影響工程安全。

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法表面涂抹適用范圍是漿材難以灌入的細而淺的裂縫，深度未達到鋼筋表面的發絲裂縫，不漏水的縫，不伸縮的裂縫以及不再活動的裂縫。表面貼補(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

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

4.3　灌漿法

此法應用范圍廣，從細微裂縫到大裂縫均可適用，處理效果好。利用壓送設備(壓力0.2～0.4MPa)將補縫漿液注入混凝土裂隙，達到閉塞的目的，該方法屬傳統方法，效果很好。也可利用彈性補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　結論及建議

a.根據《泵站設計規范》GB50265—2016，對淮陰三站站身整體穩定進行了復核，結果表明，該泵站站身抗滑穩定安全系數滿足規范要求，地基應力小于基底土的允許承載力，地基應力不均勻系數滿足規范要求，泵站整體穩定性良好。

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

c.結合泵站日常監測結果，現場綜合檢測及數值計算結果，該裂縫對工程結構安全影響甚微。鑒于裂縫開展已經穩定及工程驗收前的其他裂縫處理效果，建議對泵站的空箱裂縫采取灌漿、結構補強、表面處理的綜合處理方法。對縫寬不超過0.15mm的裂縫采取韌性好、強度高的環氧聚合物進行封閉，表面涂抹環氧厚漿；對超過0.15mm的裂縫，采用E-85環氧漿進行灌漿，貼環氧玻纖布(二布三漿)進行補強。為提高修補質量及整體效果，采用H52-54環氧厚漿涂料進行二道封閉，處理后，在后期觀測過程中，未發現有滲水、暗潮現象。

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