淮阴三站空箱裂缝成因及处理措施分析

　　　　

(江苏省灌溉总渠管理处，江苏 淮安　223001)

1　工程概况

淮阴三站工程位于江苏省淮安市清江浦区和平镇境内，与现有淮阴一站并列布置，和淮阴一站、二站、洪泽站共同组成南水北调东线第三梯级，具有向北调水、改善水环境、提高航运保证率等功能。淮阴三站工程为Ⅰ等工程，主要建筑物级别为Ⅰ级，次要建筑物为3级。淮阴三站设计流量为100m3/s，安装4台套178GZ-4.78变频调节贯流泵，配TBP2200-48/3000同步电机，叶轮直径3.2m, 单机流量33.4m3/s，功率2200kW，总装机容量为8800kW。泵站采用块基型结构，站身进出水流道布置于站身底板范围，采用平直管进水流道方式，快速闸门断流，液压启闭机启闭闸门。工程设计阶段为调整侧向不均匀系数，采取底板每边各悬挑，在沿水流向居中设一条沉降缝将底板分为两块。站身上游侧出水流道顶部布置上游工作桥和站区交通桥，站身下游侧布置检修闸门工作桥。站身自上而下依次为进出水流道层、辅机层和主厂房层。主厂房南侧布置检修间，北侧布置控制楼。该工程于2007年4月开工，2009年12月通过联合试运行，2012年10月通过验收。

2016年6月，淮阴三站工程管理项目部在高程9.70m以上空箱隔墩中部位置首次发现裂缝，随即布设了观测设施，通过一年多的观测，未发现裂缝扩展。

2　空箱裂缝成因分析

混凝土裂缝形成基于众多内外影响因素，对淮阴三站进行三维有限元数值模拟对其安全性进行复核评价，结构中的温度分为外界条件和内部条件影响。

2.1　外界条件的影响

自然环境中的混凝土结构，受大气温度变化作用，而各种气象因素在一年四季、每天甚至每时每刻都在发生变化。混凝土结构发生温度变化，与结构的方位、表面朝向很有关系。

2.2　内部条件的影响

由于混凝土温度的导热系数很小，因此在外表温度突变的情况下，混凝土内部各层的温度变化要慢得多，存在明显的滞后现象，混凝土结构的温度分布与混凝土的结构形状也有一定的关系，混凝土结构表面的铺装层及水泥水化热对温度分布也有很大影响。

泵站EL9.70-14.40m辅机层，浇筑时间处在3～5月期间，在计算机仿真模拟中混凝土结构构件出现明显的应力集中。空箱处四隔墩最大主应力主要分布在隔墩上游段或中断，最大应力值出现在3号左墩为,0.74MPa，见图1，图2。由于三维数值模拟隔墩处混凝土构件最大主应力数值皆满足C25混凝土拉应力标准值。

图1　3号机右墩测点2裂缝宽度

图2　3号机左墩骑缝钻孔芯样通缝

3　主要部位的检测分析

经现场安全安全检测，钻孔取混凝土芯样，发现空箱裂缝隔墩处混凝土裂缝均为通缝。根据个别钻断钢筋，未发现钢筋锈蚀现象。

a.隔墩。隔墩的混凝土的强度满足设计要求，满足《水工混凝土结构设计规范》(SL191-2008)有关混凝土最低强度等级要求，强度评定标度为A；混凝土的碳化深度分布不均匀，碳化评定标度为A；隔墩的实测混凝土保护层厚度大于最大碳化深度和规范规定的最小保护层厚度。隔墩开裂严重，裂缝基本是贯穿裂缝，缝宽0.14～1.13mm，大部分测点缝宽远超过规范允许值。

b.挡墙。上游挡墙的混凝土的强度满足设计要求和《水工混凝土结构设计规范》(SL191-2008)有关混凝土最低强度等级要求，强度评定标度为A；混凝土的碳化深度分布不均匀，碳化评定标度为A；上游挡墙的实测混凝土保护层厚度大于最大碳化深度和规范规定的最小保护层厚度。挡墙开裂严重，缝宽0.17～0.58mm，大部分测点缝宽远超过规范允许值。

c.对照检测结果，淮阴三站工程9.70m高程空箱隔墩和挡墙混凝土强度满足设计和规范要求，隔墩和挡墙开裂严重，缝宽大多超过规范允许值；隔墩裂缝基本上为贯穿裂缝。初步分析裂缝大多是施工期形成的温度缝，而非外力作用引起，对泵站整体结构影响不大，不会影响工程安全。

4　裂缝常见的处理措施

4.1　表面处理法

表面涂抹和表面贴补法表面涂抹适用范围是浆材难以灌入的细而浅的裂缝，深度未达到钢筋表面的发丝裂缝，不漏水的缝，不伸缩的裂缝以及不再活动的裂缝。表面贴补(土工膜或其他防水片)法适用于大面积漏水(蜂窝麻面等或不易确定具体漏水位置、变形缝)的防渗堵漏。

4.2　填充法

用修补材料直接填充裂缝，一般用来修补较宽的裂缝。宽度小于0.3mm，深度较浅的裂缝、或是裂缝中有充填物，用灌浆法很难达到效果的裂缝、以及小规模裂缝 的简易处理可采取开V型槽，然后作填充处理。

4.3　灌浆法

此法应用范围广，从细微裂缝到大裂缝均可适用，处理效果好。利用压送设备(压力0.2～0.4MPa)将补缝浆液注入混凝土裂隙，达到闭塞的目的，该方法属传统方法，效果很好。也可利用弹性补缝器将注缝胶注入裂缝，不用电力，十分方便效果也很理想。

5　结论及建议

a.根据《泵站设计规范》GB50265—2016，对淮阴三站站身整体稳定进行了复核，结果表明，该泵站站身抗滑稳定安全系数满足规范要求，地基应力小于基底土的允许承载力，地基应力不均匀系数满足规范要求，泵站整体稳定性良好。

b.温升及温降期泵站在设计抽水期I、设计抽水期II及地震期3种工况下三维有限元的模拟结果表明，温升期有无裂缝时，空箱处四隔墩应力皆满足C25混凝土抗拉标准值；温降期隔墩无裂缝时，空箱处四隔墩混凝土构件最大应力满足C25混凝土抗拉标准值，有裂缝存在情况下除应力集中部位最大主应力超过C25混凝土抗拉标准值，四隔墩混凝土构件最大应力皆未超过C25混凝土抗拉标准值。在温升和温降情况下，温降时混凝土拉应力增大的现象更明显。

c.结合泵站日常监测结果，现场综合检测及数值计算结果，该裂缝对工程结构安全影响甚微。鉴于裂缝开展已经稳定及工程验收前的其他裂缝处理效果，建议对泵站的空箱裂缝采取灌浆、结构补强、表面处理的综合处理方法。对缝宽不超过0.15mm的裂缝采取韧性好、强度高的环氧聚合物进行封闭，表面涂抹环氧厚浆；对超过0.15mm的裂缝，采用E-85环氧浆进行灌浆，贴环氧玻纤布(二布三浆)进行补强。为提高修补质量及整体效果，采用H52-54环氧厚浆涂料进行二道封闭，处理后，在后期观测过程中，未发现有渗水、暗潮现象。

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