新疆维吾尔自治区635水利枢纽总干闸胸墙裂缝的加固方案

6.1.7.1　概述

“635”水利枢纽工程是新疆维吾尔自治区“引额济克”和“引额济乌”工程的水源工程，水库正常蓄水位645.0m，总库容2.82亿m3，电站装机32MW。“635”水利枢纽工程由拦河大坝、导流兼泄洪洞、溢洪道、总干渠进水闸、厂房及发电引水系统组成。总干进水闸为平底板带胸墙式结构，建筑物级别为2级。该闸由引渠段、闸室、下游明渠及消力塘4部分组成，闸室长15.5m，为3孔一联整体式结构，混凝土强度等级为C25F200W6。

经2000年裂缝普查，总干闸胸墙混凝土发现36条裂缝，总长117.2m。其中胸墙裂缝8条，总长30.8m；上、下游左右边墙裂缝28条，均为由墙底内侧根部开始，向上延伸至一定高度。

总干闸胸墙存在垂直裂缝和水平裂缝两种形式（见图6.5）。

（1）垂直裂缝。垂直裂缝分两种，一种在高程633.50～636.225m之间，靠近跨中；另一种在闸墩和胸墙交界面。在施工过程中曾在各孔上、下胸墙底部中间部位发生了贯穿性裂缝，所以在高程636.00m以上布置了骑缝钢筋，以防止裂缝的进一步发展。2000年5月检查发现，在1号墩（1跨胸墙裂缝）和2号墩（2跨胸墙裂缝）高程636.225～643.00m处又出现贯穿性裂缝。这说明，骑缝钢筋的设置虽然提高了截面局部的抗裂性能，但并没有从根本上提高胸墙的整体抗裂能力。

图6.5　总干闸出口胸墙及边墙裂缝示意图（单位：m）

（2）水平裂缝。施工中，先浇筑混凝土底板，闸墩一次浇至门楣以下，门楣以上高程633.50～636.20m，按照设计要求分两层浇筑，每层1.3～1.4m，但施工后发现胸墙处有裂缝产生。为防止裂缝产生，以后采用分开、分层浇筑，并在裂缝出现部位每层布设2排长2m、间距200mm、ϕ16的骑缝钢筋，浇至650.00m高程。可见，水平裂缝是混凝土浇筑过程中形成的施工冷缝。

6.1.7.2　施工

2000年曾对裂缝进行过修补加固，2003年钢筋混凝土胸墙裂缝又出现漏水现象。为确保工程安全运行，决定再次对裂缝进行了修补加固。其实施方案主要有如下几种。

（1）上游堵漏。上游堵漏采用EA改性环氧砂浆、弹性密封膏、碳纤维复合材料和丙乳砂浆相结合的措施，见图6.6，这样可形成四道不同作用的防渗体系，首先采用EA改性环氧砂浆灌浆，既起到了线防渗作用，又可起封闭裂缝、提高整体性的作用；PUI弹性密封膏可确保活裂缝在温度荷载作用下能产生弹性变形，可避免采用刚性堵漏砂浆产生开裂；碳纤维布不仅可以约束裂缝处混凝土的变形、减少裂缝的开裂宽度，而且还可以和丙乳砂浆在一定范围内起到面防渗作用。四大体系相互补充，既有修补现有线渗漏作用，也有修补其他潜在渗漏通道的作用。

图6.6　上游堵漏示意图（单位：m）

（2）下游堵漏。在上游面完成堵漏之前，下游面采用排水方案，见图6.7。在上游面完成堵漏工作后，用EA改性环氧灌浆材料灌浆，切除胸墙表面的排水管，按照碳纤维加固要求处理混凝土表面，粘贴碳纤维进行局部补强加固，最后采用丙乳腻子进行饰面处理。

图6.7　下游裂缝堵漏示意图（单位：m）

（3）裂缝堵漏施工工艺。

1）混凝土表面处理；

2）封闭裂缝，布设灌浆嘴。根据裂缝情况，每隔30～50cm之间设一灌浆嘴，裂缝两端必须设有灌浆嘴；灌浆嘴用环氧腻子骑缝贴在混凝土上；嘴与嘴之间的裂缝用环氧腻子进行封闭；

3）用压缩空气试气，检验灌浆通道是否畅通，封闭层是否漏气，有问题重新补封；

4）灌浆。压力一般选择在0.3～0.5MPa，从下往上灌注，当某孔吃浆量小于0.02L/min时，可结束灌注，移入下一孔继续灌注，直到该条裂缝全部灌完；

5）弹性密封膏。在裂缝表面切槽30m×50mm，将混凝土表面处理干燥。PU1弹性密封膏的断面尺寸为30m×30mm；在弹性密封膏表面加做20mm的丙乳砂浆防护。

（4）外贴碳纤维加固。

1）加固材料。碳纤维材料（CFRP）加固修补混凝土结构所用材料主要为碳纤维材料与粘贴用树脂。碳纤维采用从日本TONEN公司进口的12 K碳纤维，其性能指标见表6.11。粘贴CFRP采用LZ型结构胶，其力学性能指标见表6.12。结构胶系列均以环氧树脂为主，并配以不同的添加剂，使之具有不同的粘结特性。其中结构胶系列与混凝土的粘贴强度均在4 MPa以上，室内钢板与混凝土粘结试验表明，破坏面均在混凝土侧。结构胶系列的高抗剪强度可防止碳纤维修补沿修补面发生剪切破坏。(www.xing528.com)

2）裂缝碳纤维补强加固。在有裂缝的部位，采用碳纤维布进一步局部加固，见图6.8。

表6.11　Tonen碳纤维材料（CFRP）主要性能指标

表6.12　粘贴CFRP用树脂结构胶的力学性能指标　单位：MPa

图6.8　裂缝局部加固示意图（单位：m）

（5）质量控制要点。在碳纤维加固过程中，主要从以下6个方面加强质量控制：

1）材料准备时必须有碳纤维布及其配套胶生产厂家所提供的材料检验证明。每一道工序结束后均应按工艺要求进行检查，并做好相关的验收记录，如出现质量问题，应立即返工。

2）施工结束后的现场验收以评定碳纤维布与混凝土之间的粘结质量为主，用小锤等工具轻轻敲击碳纤维布表面，以回音判断粘结效果。如出现空鼓等粘贴不密实的现象，应采用针管注胶（LZ）的方法进行补救。粘结面积若少于90%，则判定粘结无效，需重新施工。

3）为检验加固效果，在加固后需进行静载试验，确保结构的变形等各项指标均满足国家规范规定的设计及使用要求。

4）在大面积粘贴前需做样板，然后再大面积施工。为确保碳纤维布与混凝土间的粘结质量，基底处理必须严格按下列要求执行：先检查要加固的部位本身是否有空鼓现象，再进行表面检查，最后对不符合要求的部位采取相应的措施。

5）严格控制施工现场的温度和湿度。雨天、混凝土表面结露或表面含水率大于8%均会阻碍结构胶的硬化，无法充分发挥粘结性能，从而影响结构胶与混凝土的粘结。因此对环境的要求为：温度要在5℃以上、35℃以下，混凝土表面干燥，不能有结晶现象，且含水率小于8%，相对湿度小于70%，雨天不能施工。

6）在结构胶配制过程中，要求配比正确，甲、乙组分要称量准确；每次的混合量要适中，搅拌充分均匀，拌至色泽完全均匀为止。

6.1.7.3　效果

（1）开裂闸墩经化学压力灌浆修补后，重新成为一个整体，应力分布类似完整闸墩，闸墩应力状态能满足规范的承载能力极限状态方程。

（2）工程运行后经受了各种荷载作用，尤其是经历了高原性气候的高温和低温的强烈温度变化，仍安全运行，表明碳纤维加固技术可应用于大体积混凝土结构的加固。

（3）在裂缝处理中采用了“上堵下排”的堵漏方案，上游面裂缝采用封堵方法，下游面裂缝采用排水方法，这种方案能更有效地处理裂缝，堵漏效果明显。2004年5月完成裂缝加固处理后，至目前未再出现裂缝渗水现象，说明效果很好，达到了预期目标。