枣林庄枢纽25孔闸机架桥裂缝原因及修补措施

边 司，张 微

（1河北省大清河河务管理处，河北 保定071051；2保定市江河水利咨询监理有限公司，河北 保定071000）

1 工程概况

枣林庄枢纽位于任丘市枣林庄村与安新县赵北口村交界处，是发挥白洋淀调洪、蓄水、灌溉和航运等综合效益的重要工程，25孔闸是枣林庄枢纽的重要组成部分之一，水闸结构型式为开敞式，闸门为平面升卧式钢闸门。闸单孔净宽10m，闸墩厚0.7m，闸室段长6m。该闸机架桥布置在闸墩上，桥面高程14.2m，桥面宽2.8m，桥面长300m。 1999～2001年对该枢纽25孔闸公路桥、防渗阻滑板、两岸护坡进行了加固，增设了闸门自动化启闭设备及启闭机房。但由于资金所限，闸机架桥、闸墩并未列入该枢纽除险加固工程的建设项目中。

2 裂缝情况

枣林庄枢纽建于1970年，自建成至今运行已40多年。25孔闸机架桥在长期运营过程中产生了一些损伤，裂缝是其中最常见的损伤。一些裂缝在外界负载下不断发展，尤其是在内部物理或化学因素下，更导致了混凝土的碳化及钢筋锈蚀和保护层脱落等问题。这些问题会影响结构安全，裂缝会影响桥梁结构耐久性，必须加以修复与控制，否则会影响桥梁的正常运行，可能严重缩短结构的使用寿命，甚至导致安全事故。

目前，此桥的主要裂缝损伤有：①闸墩顶支撑T梁部位混凝土破损严重，76.9%的上游侧墩顶存在竖向开裂、剥落、破碎等缺陷；上游墩头存在多条竖向裂缝，水位变化区全部存在网状裂缝。②机架桥T梁混凝土多处开裂、剥落、露筋，露筋锈蚀严重；77.8%的T梁存在露筋，个别翼缘板存在断裂。

3 裂缝产生原因

3.1 混凝土及工件老化

该闸建成至今已有42年，机架桥、闸墩混凝土老化严重，施工质量较差，加之多年闸门启闭力的作用，导致T梁出现裂缝。混凝土剥落主要是油毡支座失效，且四毡三油支座正常使用期为10年，多数油毡支座已老化失效，造成机架桥T梁对闸墩直接接触，处于无支座状态，在热胀冷缩及闸门启闭力的作用下，T梁梁端和闸墩顶部接触部位的混凝土出现破裂。

3.2 温度变化

混凝土受温度影响，在冷热变化时，产生膨胀或收缩，继而生成温度应力。当混凝土强度抵不过温度应力时产生裂缝，产生温度裂缝因素有：

3.2.1 日照

桥梁受到太阳暴晒后，各个部位受到不均匀加热，非线形分布的温度梯度导致局部应力增大，与结构本身的约束力产生效应，导致裂缝出现。

3.2.2 气温骤降

突降大雨等骤然降温会导致桥梁结构的外表面温度突然下降，但因桥梁内部温度变化相对缓慢而产生温度梯度，使不同部位局部应力增大，导致裂缝出现。

3.2.3 冰冻隆涨

冻胀是大气温度小于0℃时，混凝土吸入饱和水后冷冻成冰，约3%的混凝土体积膨胀，导致了膨胀应力产生。同时冷冻成冰的过冷水在混凝土凝胶孔中产生渗透压，再次增加了混凝土的膨胀应力，在一定程度上使混凝土强度进一步降低，导致裂缝出现。

3.3 钢筋锈蚀

正常情况下，保护层厚度不足或质量较差的混凝土，使钢筋受到空气中二氧化碳或氯化物侵蚀。二氧化碳或氯化物使钢筋周围混凝土酸度加大，导致钢筋表面的氧化膜受到损伤，铁离子在混凝土中与氧气和水发生锈蚀反应，使钢筋体积增加，钢筋周围混凝土受到膨胀应力，钢筋有效断面面积减小，导致保护层混凝土沿钢筋产生裂缝，并诱发其他形式的裂变，从而导致结构损坏。

3.4 基础不均匀沉降

通常情况下，造成地基不均匀沉降原因有：①主观原因为建筑施工的设计问题，例如：同一建筑工程的地基采用了多种处理方法、对工程平面变化及立面错层引起的荷载不均匀处理措施不当、工程地基处理方法与基础设计不一致、实际工程施工的设计未达到或超出了规范标准。由于这些因素造成工程地基受力状态的改变，以及地基的不均匀沉降。②客观原因一般为工程地基的土层分布不均匀或土质差别较大等。③在工程施工过程中或完工后，人为因素造成的地基松动改变等情况，造成沉降不均匀。

3.5 其他

3.5.1 收缩

由于混凝土水化反应前物质的总体积比混凝土凝固时水泥水化物的体积大，便产生了收缩现象。混凝土的全部干燥过程是由外到内逐渐延伸的。混凝土内部的水分含量表现出不同的梯度，导致内部收缩不均匀，承受了不同压力梯度的混凝土受到的拉伸应力超出它自身拉伸能力时，结构便产生了收缩裂缝。

3.5.2 荷载

在动态和静态直接应力或次应力作用下产生的裂缝被称为荷载裂缝。直接应力裂缝是指一般情况下建筑在某些外部负载下引起的由直接应力产生的裂缝，其原因包括在设计阶段计算失误、施工阶段不对结构受力特点进行处理、使用阶段超出结构能力应用或受到地震等自然灾害等。次应力裂缝是指次生应力引起的结构裂缝，其原因是结构的工作状态与常规设计的计算误差，使结构某些部位产生次应力，导致了裂缝产生。

4 修补措施

4.1 支座

（1）经常检查支座及配件完整性，是否洁净、脱位，如发现支座出现翘曲、断裂等问题，要及时更换或补充。

（2）检查固定支座是否移位、位移量是否大于正常范围、固定支座的连接工况是否完好等。

（3）保持支座附近净洁，涂抹保养支座的专用油，检查支座垫层混凝土变形是否均匀、有无破碎等。

4.2 一般裂缝

对于不影响工程结构的一般性裂缝，可采用灌浆修补技术或填缝修补技术。灌浆修补主要指利用各种灌浆设备将一定比例的纯水泥浆液或掺入了悬浮剂的混合水利砂浆灌入工程裂缝内，与裂缝互相粘合。填缝修补技术包括两种：①无筋水泥砂浆填缝是将1∶3的水泥砂浆或掺入107胶的聚合水泥砂浆填入工程裂缝中；②配筋水泥砂浆是在裂缝中嵌入钢筋，然后用水泥砂浆填缝的方法进行填补。

4.3 T梁与桥墩上的损伤

对于T梁与桥墩上的混凝土开裂、剥落、破碎等损伤，宜采取碳纤维加固补强受伤主梁：①固化后的碳纤维粘贴在受伤结构表面与原结构形成一个整体，使碳纤维与受伤结构一起受力；②由于碳纤维承担了一部分负载，一定程度上降低了混凝土的结构应力，使原来的结构得到加固。

4.4 特殊裂缝

对于墩头存在的多条竖向裂缝和水位变化区存在的网状裂缝，宜采用表面喷浆法。表面喷浆是在经拉毛处理的混凝土裂缝表面，喷射高强度、高密度的水泥砂浆，以防止裂缝产生或加剧的一种修护方法。喷浆作业前，要对结构表面进行处理，尤其要除去结构表面松动或剥离的部分。钢筋混凝土须清除外露钢筋上的铁锈，并对结构表面进行冲洗，然后开始喷浆作业。

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