南水北调中线放水河渡槽底梁混凝土冻胀裂缝处理过程

　　摘要：放水河渡槽第5、6跨底梁混凝土因预埋的冷却水管内余水冻胀导致梁身出现裂缝后、历经裂缝观测和宽度量测、危害性咨询、处理方案论证、缺陷修补、充水模拟荷载状态检测、设计复核等环节。涉及多个专业领域，整个处理过程较规范、系统，也涉及许多新材料、新工艺，可以为类似事件的处理提供参考。

　　关键词：混凝土裂缝,余水冻胀,充水加载,正常使用

　　一、工程概况

　　南水北调中线放水河渡槽位于河北省唐县南放水村附近。工程等级为I等，建筑物的级别为1级，设计防洪标准100年一遇，校核防洪标准300年一遇。地震设计烈度6度。建筑物设计流量为135m3/s，加大流量为160 m3/s.

　　放水河渡槽全长350m，由进口渐变段、进口闸室段、槽身段、出口闸室段、出口渐变段五部分组成。槽身段长240m,为三槽一联多侧墙简支预应力混凝土结构，共8跨，单跨长30m，单槽断面尺寸7×5.2m。下部结构为实体墩，墩高4.0m，下部支撑采用摩擦桩基础，桩径1.2m，桩身最长33.8m。

　　二、槽身施工过程简介

　　1、施工过程

　　本工程2006年9月开始桩基施工，2007年3月开始承台混凝土施工，2007年7月开始槽身第一层混凝土施工。槽身混凝土标号为C50W6F200，分两仓施工，先施工下层底板及主次梁混凝土，再施工槽底板八字以上约15cm以上侧墙混凝土，槽身混凝土采用泵车泵送方式入仓。

　　2、预应力孔道布设

　　放水河槽身混凝土为三向预应力混凝土结构，采用后张法施工工艺。混凝土浇筑过程中预留三向波纹管，采用HDPE高密度聚乙烯塑料波纹管，壁厚2mm;主梁、次梁钢筋及侧向钢筋绑扎好后进行波纹管安装。安装时按图纸上每个孔道坐标在模板上标出的断面及矢高控制，坐标尺寸量测控制误差为±5mm。用Φ12定位钢筋将波纹管固定在箍筋上，并控制好波纹管的左右位置;用Φ6钢筋做成控制环(每50cm一个，弯段加密)与定位钢筋焊牢，以防止波纹管偏移或上浮。安装中波纹管接头使用波纹管专用接头，在搭接处外缘用密封胶布缠紧。

　　3、冷却水管布设

　　由于C50W6F200混凝土水化热较高，为防止产生混凝土温度裂缝，施工时在底板的主梁、次梁内均埋设了循环冷却水管以降低混凝土内部温度。混凝土内部温度接近常温后停止循环冷却，一般通水冷却时间为7天，循环水采用自流排空的方式。

　　4、灌浆

　　槽身混凝土达到张拉强度后进行预应力张拉，然后钢绞线孔道灌水泥浆，同时对同跨的冷却水管灌水泥浆封堵。受预应力孔道影响，部分冷去水管位置未在梁体混凝土中间，

　　三、槽身底梁混凝土裂缝的发现及初步原因分析

　　放水河渡槽第1—4跨、第7跨、第8跨2007年入冬前已完成了预应力张拉、预应力孔道以及冷却水管的灌浆。第二年春天槽身底梁混凝土没有发现裂缝。

　　第五跨于2007年11月9日完成第一层混凝土，11月16日停止循环冷却;第二层于12月4日浇筑完成，12月11日停止循环冷却;12月17日开始预应力张拉，12月24日张拉完成;12月22日开始预应力孔道灌浆，12月24日完成预应力孔道灌浆;12月25日对冷却水管进行灌浆回填，结果发现两跨槽身第一层混凝土中部分冷却管内已结冰，注不进浆，准备第二年开春以后进行灌浆。2008年1月7日拆除完成支撑排架及底模。

　　第六跨于2007年10月31日浇筑完成第一层混凝土，11月6日停止循环冷却;第二层于11月20日浇筑完成，11月26日停止循环冷却;11月29日开始预应力张拉，12月6日张拉完成;12月6日开始预应力孔道灌浆，12月8日完成预应力孔道灌浆;12月24日开始冷却水管灌浆，灌浆时发现冷却水管的进出口已经冻结，准备第二年开春进行灌浆;12月12日拆除了支撑排架及底模。

　　2008年1月28日发现第五、六跨槽身次梁侧面局部胀裂并有水渗出。初步分析认为是冷却水管中余水冰冻膨胀，将混凝土胀裂所致。对膨胀位置进行凿除，发现内部冷却水管胀裂，证实混凝土胀裂为冰冻所致。

　　对所有次梁冻胀进行凿除后发现，在安装冷却水管时为避开钢绞线波纹管，不得不将冷却水管布置得靠近次梁侧面钢筋，所有冻胀部位都是将钢筋网外的混凝土保护层胀开胀裂，胀裂深度在5cm左右。

　　除第五、六跨次梁部位出现冻胀情况以外，第五跨左、右侧边主梁底部也出现三条裂缝。从次梁冻胀破坏情况和施工时间的情况分析来看，第五跨左、右侧边主梁底部出现的裂缝主要也是冷却水管中余水冰冻膨胀，将混凝土胀裂所致。

　　四、历次对槽身裂缝缺陷的排查、登记、检测情况

　　2008年3月10日河北省水利工程质量检测中心站对第五跨槽身右侧边主梁底部冻胀的三条裂缝进行了检测，发现冻胀裂缝长度分别为6.1、8.2、11.9m，裂缝宽度0.05—0.1mm，裂缝深度400—430mm，正好为主梁底层冷却水管布置位置。4月19日重复检测结果表明，裂缝宽度和深度未继续发展，裂缝宽度仍为0.05—0.1mm，裂缝深度仍为400—430mm。从裂缝深度来看，进一步证明冷却水管中余水冰冻膨胀是导致混凝土裂缝的主要原因。

　　2008年3月25日建管、设计、监理、施工单位四方对次梁的冻胀裂缝部位进行了联合检查，共发现15处裂开部位，均位于第五、六跨次梁侧面，凿开后，冻裂部位为漏斗形状，中心部位深约12—14cm。

　　2008年4月19日河北省水利科学研究院水利工程质量检测中心站对第五跨槽身右侧边主梁底部冻胀的裂缝又进行了一次检测，观察裂缝是否继续扩大和发展。检测结果显示裂缝宽度和深度未继续发展，裂缝宽度仍为0.05-0.1mm，裂缝深度仍为400-430mm。

　　五、专家研讨会拟定处理措施情况

　　2008年4月30日上午，建管单位组织参建各方和中国水科院混凝土裂缝处理专家对第五跨右边纵梁裂缝进行了现场勘察和论证，会议认为河北省水利科学研究院水利工程质量检测中心站两次有关裂缝的检测已满足有关要求。会议还决定由中国水科院根据参建各方共同提交的有关问题的情况说明和裂缝成因的初步意见进一步的分析并提交裂缝处理的方案。

　　六、次梁冻胀部位加固补强处理情况

　　根据原设计单位会同中国水科院对次梁部位的复核计算结果和提出的修补方案，委托北京中水科海利工程技术有限公司对槽身第五、六跨次梁冻胀部位了修补，修补措施如下：

　　1.清理胀裂混凝土，排除积水

　　人工剥离开裂的混凝土块，彻底清除表面松动混凝土，稍修整。露出已经冻裂的冷却水管后，待3—4月天气回暖后，用空压机吹出碎冰和剩水，让其自由排水一段时间，直至孔口处全部干燥，无湿印，积水全部排尽，再开始修补。

　　2.混凝土修补

　　混凝土修补采用结构补强和表面修补两步进行。

　　Ⅰ、结构补强

　　在混凝土凿除面挂一层细钢丝网，立模并浇细石混凝土填补，混凝土标号比原标号高一个等级。

　　混凝土修补过程中用细钢筋对已浇的混凝土进行反复振捣，并在模板外侧用锤敲击，使新浇混凝土密实。

　　混凝土修补结束24小时后拆模。

　　Ⅱ、表面修饰

　　拆模以后立即用高标号砂浆将修补混凝土四周修饰平整，保证外观。

　　3.混凝土配合比

　　修补混凝土配合比见下表：

　　七、梁身裂缝修复处理情况

　　1、混凝土裂缝化学灌浆

　　首先骑缝粘结灌浆嘴，再用高强环氧腻子封堵裂缝部位以避免灌浆时浆液从裂缝中溢出，然后采用专用灌浆管进行灌浆。待浆液完全固化后，砸除粘贴在裂缝表面的灌浆嘴。

　　2、混凝土裂缝表面粘贴碳纤维布补强加固

　　首先将混凝土表面打磨、清除干净。然后涂上底层涂料，再用环氧腻子对混凝土表面的残缺进行修补至表面平整。最后粘贴碳纤维片，粘贴过程中，先涂黏结树脂，再滚压碳纤维片，30分钟后，再用滚筒均匀刷涂树脂3遍。

　　3、表面再涂刷PCS防碳化涂料进行防护

　　八、充水加载试验

　　为检验渡槽承载能力和负荷试验期间裂缝扩展和变化情况，保证工程安全，2008年7月9日至23日，河北省建筑工程质量检测中心进行了充水加载试验。

　　由于第5跨冻胀破坏情况相对严重，确定第5跨为试验跨。首先在第5跨两端用砂浆砌筑砖墙且用直径14cm钢筋对拉进行封堵。然后进行冲水，冲水状态分别模拟设计水深、加大水深、平槽水深、中孔检修等4种荷载条件。

　　通过在梁体指定位置布设箔式应变片进行梁体应力应变测试和分析。同时通过在梁体指定位置布设百分表进行纵梁挠度分析。通过裂缝测宽仪观测加载过程中已处理裂缝开裂情况。

　　检测单位的检测结论认为：1、在实验过程中，试验跨渡槽底梁最大拉应变为60us,该拉应变未导致混凝土产生开裂现象，表明实验过程中混凝土结构处于线弹性变化阶段。2、试验跨各槽底梁跨中挠度在平槽水深(5.2m)时出现最大值，分别为1.995mm、2.04mm、1.653mm、1.707mm，均小于设计值2.5mm。3、试验跨裂缝未出现宽度及长度增大、重新开裂等情况。其他部位未发现新的裂缝出现。

　　九、设计复核

　　原设计单位河北省水利水电勘测设计研究院对冲水试验的检测数据进行了充分分析，认为：槽身纵梁裂缝没有变化，挠度和混凝土应变变化规律合理，渡槽承载能力正常，可以正常使用。

　　参考文献：

　　【1】、《混凝土结构工程施工质量验收规范》(GB50204-2002)

　　【2】、《水工混凝土结构设计规范》(SL/T191-96)

　　【3】、《环氧树脂砂浆技术规程》(DL/T5193-2004)

　　本文选自《水文地质工程地质》。 《水文地质工程地质》1957年创刊，是国土资源部主管，中国地质环境监测院主办的。国际刊号ISSN：1000-3665;国内刊号CN：11-2202/P。邮发代号2-335。我国水文地质、工程地质和环境地质专业领域创刊较早、发行较广，并具有权威性、综合性的学术理论与实践刊物之一。

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