新沭河太平庄闸底板裂缝成因分析及水下修补技术

新沭河太平庄闸底板裂缝成因分析及水下修补技术

一、工程效益分析太平庄门位于新沂河下游30.59公里处，距临洪河入海口15公里。是新沂河扩大项目的主要项目之一。自26年起，他在蓄水、蓄水、污泥收集、排水、辅助灌溉等方面发挥了重要作用，项目价值显著。但由于该闸濒临沿海，工作环境恶劣，工程老化、损坏严重，特别是反拱底板形成垂直水流方向的贯通缝，已影响到闸身结构安全和工程运行，为此，通过对底板的裂缝检测、强度分析和裂缝成因分析，采用LW与HW水溶性聚氨酯混合液作为化学灌浆材料，用灌浆法对底板裂缝进行水下修补，取得了明显效果。二、反拱底板断裂分析裂缝检测结果表明，11#、12#、13#孔闸底板已断裂，4#、20#孔闸底板基本断裂，闸墩材料分区处裂缝明显增大，且绝大多数已贯穿整个闸墩高度。闸室正向挡水时，较大的水平推力将闸墩门槽向下游推移，闸底板表面出现较大的拉应力，而反拱底板顺水流方向上层配筋为14φ10/孔，配筋极少，底板裂缝会进一步发展，直至底板断开。经复核计算，闸底板表面的最大拉应力在设计和校核情况下分别为2.64N/mm2、6.16N/mm2，远大于混凝土的极限抗拉强度1.1N/mm2，强度严重不足；底板断裂后，闸室抗滑稳定安全系数，在设计情况下为1.43，抗滑稳定；在校核情况下为0.71，抗滑不稳定，且闸室防渗长度不能满足安全要求，因此，闸室安全存在严重隐患。三、反拱底板破坏闸室结构型式不合理，整体刚度低，这是闸底板形成裂缝的主要原因。该闸建于1975～1977年，闸址南边为粗砂夹层，N=15～30，闸址北边为灰色细砂及灰色软壤土夹砂层，N=8，由于当时的历史条件，闸基未作处理，为填砂地基，地基承载力较低，上下游不均匀沉降大，设计时又过分考虑节省材料，采用混凝土反拱底板，且22孔闸底板整体相连，闸墩的上游墩头和闸门槽及下游段为混凝土结构，中间公路桥段为浆砌块石结构，造成闸室结构整体性极差。反拱底板顺水流方向配筋极少，混凝土质量较差，导致闸底板强度严重不足。工程控制运用时，因下游受海潮影响，潮水位变幅较大，在-2.0～3.70m之间，枯潮时较大的水平推力将闸墩门槽段混凝土向下游推移，导致闸底板出现裂缝。闸底板为22孔整体相连的反拱底板，两侧岸墩向内倾斜必然引起闸底板开裂。四、材料分区处裂缝加固根据闸底板裂缝检测情况、强度分析和裂缝成因分析，采用灌浆法对闸底板裂缝及闸墩材料分区处裂缝进行补强加固，即水下沿裂缝凿槽，SXM-Ⅱ水下快速密封剂嵌缝，再用LW与HW水溶性聚氨酯混合液灌浆来填充裂缝及底板下孔隙，从而达到堵漏防渗、提高闸底板及闸墩结构整体性的目的。其材料性能和施工工艺如下：1、材料的性能(1)无定聚糖凝胶体这是一种防渗堵漏效能较好、固结效能较高的高分子化学灌浆材料。浆液粘度低，可灌性好，凝胶体不仅具有较好的密实性、防渗性和耐久性，而且具有一定的粘结强度和抗拉、抗压强度。施工配合比（重量比）为LW:HW=9:1。(2)sxm水下快速密封剂作为水下修补的嵌缝材料，由A、B两组份组成，A组份为灰色粉末，B组份为透明液体，根据需要在现场配制。2、施工工艺沿底板裂缝走向用风镐打成“V”型截面，上口宽50mm、深30mm，并用高压水枪冲洗。(2）裂缝长：5.2孔深沿裂缝走向骑缝钻灌浆孔，孔径38mm，孔深250～350mm，孔距根据裂缝长度与宽度确定。在闸墩与底板相连处沿裂缝交叉钻止浆孔，孔径38mm，孔深450mm。(3）清洁用高压水枪对“V”型槽面、灌浆孔及止浆孔进行冲洗，使表面干净，并露出新鲜混凝土表面。(4）埋地管道选用φ12的PVC管，200～300mm/根，埋入钻孔深100mm，管孔间嵌封牢固，注意不能将嵌封材料堵塞钻孔和管道。(5）嵌入缝纫机采用SXM-Ⅱ水下快速密封剂嵌入凿好的“V”型槽内，并挤压密实。10分钟后即可进行下道工序施工。(6）水下快速密封剂和清洗管首先对准备灌浆的区域进行压气试验，看是否有漏气现象，如发现有漏气的地方应及时用SXM-Ⅱ水下快速密封剂封堵；其次对缝内清洗，在埋好的灌浆管上套高压水管，采用水和气轮换冲洗的方法进行冲洗，水洗压力控制在0.5MPa,气洗压力控制在0.3MPa。只有将缝内的杂质全部冲出,才能保证灌浆质量。(7）lw与hw混合液配制底板裂缝的灌浆采用从左往右的顺序进行，闸墩材料分区处裂缝的灌浆采用从下往上的顺序进行。灌浆前先用2L丙酮充填管路，作赶水之用。LW与HW混合液可根据需要按施工配合比现场配制。在灌浆过程中及时掌握灌浆情况，并通过手压灌浆泵控制灌浆压力，一般为0.3～0.5MPa，若吸浆量少，就尽可能提高灌浆压力。每孔灌至孔内基本不吸浆或单孔吸浆率降至5ml/min，即达到灌浆结束标准，达到灌浆结束标准后，压力并浆20min，结束该孔灌浆，再移至下一灌浆孔口。(8）表面抹光对表面活性剂的要求灌浆材料凝固后，割除灌浆管，回填SXM-Ⅱ水下快速密封剂，表面抹光。以上各施工工艺均由施工人员（潜水员）在水下完成，并进行水下摄像，及时传送到公路桥上，监理工程师可以根据录像随时了解和检查施工情况，发现和解决问题，从而确保水下修补质量。五、太平庄闸底板裂缝修补反拱底板裂缝的水下修补技术，在涵闸正常运用情况下就能施工，不受季节影响，且施工过程中不改变原有结构的受力状态，施工工艺简单，因此，大大减少了施工措施费用和不安全因素。2002年8月对太平庄闸底板裂缝进行了水下修补，经过一年的控制运用，特别是经受上游拦蓄淡水、水位较高，下游枯潮时水位较低的最不利水位组合的考验，工程运用正常，2003年9月对该闸底板进行水下录像检查，发现已处理的底板裂缝面嵌填材料无起壳、开裂现象，缝面良好，