马家岔水库除险加固工程混凝土构件裂缝的治理方法

马家岔水库除险加固工程混凝土构件裂缝的治理方法

马家岔水库除险加固工程混凝土构件裂缝的治理方法摘要定西市Z区现有水库均建于70年月，运行至今，除淤满降级使用或报废的以外，均属于病险库。为达到除险加固的目的，针对水库建筑物存在的详细问题进行详细分析，并制定合理的加固措施和方法，不但会节省投资、降低造价，而且还会使工期得以提前。1、概述混凝土和钢筋混凝土由于具有耐久性好、整体性好、可模性好、耐火性好，可就地取材、节省钢材等优点，因而在水利水电、工业与民用建筑工程中得到了广泛的应用。但是，由于混凝土是一种非匀质的脆性材料，在温度和湿度变化的条件下，硬化并产生体积变形，由于组成混凝土的各种材料变形不全都，相互约束而产生初始应力，造成骨料与水泥石粘结面或水泥石本身之间出现微裂，微裂在混凝土中是不可避免的，且宽度小于0.05mm的裂缝对使用无多大危害。但当微裂连续发展，在混凝土结构中形成有害裂缝时，则必需进行治理，以确保工程质量和使用安全。2、工程基本状况马家岔水库位于黄河流域支流祖厉河二级支流东河上游的马家岔沟上，地处定西市Z区境内。水库建成于1976年，以浇灌为主、兼顾防洪，属Ⅳ等小(1)型水库，其枢纽工程由粘土心墙土坝、溢洪道、输水泄洪洞三部分组成。7n水库运行至今，因库内淤泥严重，大坝老化失修等担心全隐患，于20XX年被水利部大坝安全管理中心鉴定为病险水库并列入水库除险加固工程项目。2.1工程存在的问题水库存的主要问题是：水库淤积严重;防洪标准不能满意规范要求;大坝结构稳定不足;输水洞存在安全隐患等。其中，大坝结构稳定不足主要是指泄洪洞进口塔架及溢洪道出现裂缝，严重影响着工程的安全和正常使用。2.2裂缝现状泄洪洞进口塔架由六根断面为0.5*0.4(m2)的塔架柱、横梁及斜梁组成,塔架顶部为启闭机工作房，钢筋混凝土桁架拱工作桥一端支承于前坝坡上，另一端则支承于塔架顶部横梁上。现状塔架柱产生沿柱轴线平行的纵向裂缝，缝宽均在3mm以上，严重的钢筋已经外露、混凝土剥落。支承工作桥边梁的塔架横梁在工作桥两侧对称产生45°斜向裂缝，并基本贯穿梁全部，缝宽上大下小，呈“V”字形，最宽处可达5mm。裂缝分布见图1。溢洪道底板由30cm厚混凝土衬砌而成，基层为30cm厚3:7灰土垫层。现状平顺段垂直于溢洪道纵轴线出现二道裂缝，缝宽均在0.5cm以上，最宽处达1cm。在水库安全鉴定时，在裂缝左右侧不同部位用锤敲击和钻孔检验，均未发觉混凝土衬砌面下灰土垫层有空鼓现象，说明垫层完好，未进水，无须处理。3、裂缝产生的原因分析7n3.1塔架纵向裂缝从现状看,塔架横梁及斜梁均未见有裂缝产生,说明柱裂缝非塔架地基沉降原因引起。因而分析可能引起塔架柱产生裂缝的原因有：1)冻融破坏引起在经常蓄水位以下，由于冻融侵蚀，使混凝土表层脱落，冻融裂纹深进至纵向受力钢筋，钢筋锈蚀发生膨胀，引起混凝土开裂;2)应力引起启闭机工作时，产生巨大的竖向应力，使柱主筋不断受拉或受压，此应力由于箍筋的作用，转换为垂直于柱纵向的横向拉力或压力，从而使混凝土沿主筋方向产生裂缝。3)箍筋间距不够引起在柱配筋时，可能存在箍筋间距过大现象，在第2)种状况下，能加剧混凝土裂缝的发展。3.2塔架顶部横梁裂缝通过查阅资料，得知马家岔水库在初建时，工作桥为钢架拱桥，后在1984年改造时因钢架桥失稳扭曲不能使用而拆除，并在原位置重建混凝土桁架拱桥。分析可能引起塔架顶部横梁产生裂缝的原因有：1)重力引起7n塔架从水库建成至今未重修也未加固，原来顶部横梁配筋是按支承钢架拱桥所设计，钢架拱桥重量远比现在的混凝土桁架拱桥要轻，由于超重的原因，原配筋无法支撑现有的巨大剪力而使横梁支承部位沿45°方向开裂。2)应力引起在塔架顶部横梁与工作桥连接部位，结构受力特别复杂，有工作桥产生的竖直向下的重力，有塔架柱产生的向上的支承力，有沿梁纵向的拉力或压力，有启闭机工作时产生巨大的竖向应力，在这些力的共同作用下，结点形成复杂的超静定结构，由于原有的梁配筋不能克服这些应力的共同作用，从而使横梁发生剪切破坏。3.3溢洪道底板裂缝通过查原始资料，分析溢洪道底板产生裂缝的原因比较简洁：1)不匀称沉降引起在裂缝部位，正好为挖填方结合部位，由于地基软硬不均，或局部存在松软土，未经夯实或夯实度不够，混凝土浇筑后，地基局部产生不匀称沉降而引起裂缝。2)分缝不当引起在一般状况下，混凝土除按结构分缝外，在挖填方结合部位、断面外形发生突变部位、新旧混凝土结合部位应当设立沉降缝，而从图中可以看出，其分缝只按固定的间距设立，没有在地基挖填部位设立沉降缝，当填方地基发生沉降时，极易引发混凝土开裂。4、裂缝治理方法4.1裂缝治理原则7n1.必需充分了解设计意图和技术要求，严格遵循设计和施工规范的有关规定。2.应专心分析裂缝产生的原因和性质，依据不同受力状况和使用要求，分别采取不同的治理方法。3.处理方法应从实际动身，在安全牢靠的基础上，要考虑技术上和施工条件的可能性，力求施工简洁易行，安全牢靠，经济合理。4.2裂缝治理方法1.塔架裂缝的治理塔架属于承力结构，既有表面裂缝，也有深进及贯穿性裂缝，因此适用围套加固法处理。其方法是：对构件裂缝严重、尚未破裂裂透或一侧裂开的，将裂缝部位钢筋保护层凿去，如钢筋已锈蚀，应喷砂除锈。对构件裂缝较稍微部位，加固时，将原混凝土表面凿毛洗净，或将主筋凿出。外露钢筋除锈完成后，外包钢丝网一层，在钢丝网外侧，增配一层纵向受力筋和箍筋，增配的钢筋应依据裂缝程度由计算确定。然后重新浇筑一层10cm厚的细石混凝土，以提高其承载能力。浇筑围套混凝土前，模板与原结构均应充分浇水潮湿。模板顶部设八字口，使浇筑面有一个自重压实的高度。采用高一级的细石混凝土，掌握水灰比，加适量减水剂，留意捣实，每段一次浇筑完毕，并加强养护。2.塔架顶部横梁裂缝的治理7n塔架顶部横梁裂缝已严重影响到工作桥的安全性，假如钢筋连续锈蚀就会发生断裂，因此此处加固必需首先考虑阻锈问题，其次才能考虑加固问题。钢筋阻锈采用环氧树脂浆液灌浆法。按环氧树脂(g)：邻苯二甲酸二丁酯(ml)：二甲苯(ml):乙二胺(ml)=100：10：40：10的比例配制环氧树脂浆液，用手压泵将配好的溶液压入缝内，为防止漏液，可用环氧胶泥(或腻子)封闭构件侧面裂缝。采用预应力加固法加固结构。用钻机在结构或构件上垂直裂缝钻孔，然后穿入钢筋拉杆，用电热法建立预应力使裂缝闭合，钢材表面应涂刷防锈漆二遍。采用预应力加固能使裂缝得到闭合，对提高构件强度作用不太明显，为了提高横梁的实际承载力，应在加固塔架柱的同时，在该段梁的支承柱上部对称现浇45°钢筋混凝土“牛腿”，对已剪切破坏的梁能起到辅助支撑作用。见图2。3.溢洪道底板裂缝的治理从溢洪道底板裂缝的现状分析，此裂缝已属陈旧性裂缝，说明此处地基沉降已基本完成，因此只须作一般性处理，便能达到目的。将缝内混凝土面修理平整并洗净，嵌填时槽内保持干燥，否则应先导渗、烘干。然后用刮刀将环氧胶泥柔性填料嵌入槽内并压实抹光。5、结语7n混凝土结构的破坏往往因裂缝而引起，裂缝起初都属于表面裂缝(裂纹)，如不准时治理，任其进一步发展，则会形成深进裂缝或贯穿性裂缝，从而影响工程质量和使用寿命。当混凝土结构出现裂缝时，要分析裂缝产生的原因和发展趋势，以及对建筑物质量的影响程度，尽旱提出防治措施，并准时处理，往往会收到事半功倍的效果。7