某超高压输电线路工程基础开裂原因分析及加固处理

高培国,高汝涛,李 鑫

(中国电力工程顾问集团东北电力设计院有限公司,长春 130021)

0 引言

因输电线路具有路径长、沿线地质条件复杂多变、施工难度大等特点,导致在竣工后杆塔基础可能会遇到各种质量问题,如不均匀沉降、基础开裂、地基塌陷等,尤其以基础开裂最为普遍。导致开裂的原因包括:施工和使用阶段的静荷载、动荷载等外荷载引起的裂缝;温度湿度变化、不均匀沉降、冻胀等物理因素引起的裂缝;钢筋锈蚀、化学反应膨胀等化学因素引起的裂缝;脱模撞击、养护不到位等施工操作引起的裂缝等。

某超高压输电线路工程基础采用群桩基础,承台柱混凝土出现裂缝。现对该基础开裂的原因进行分析,并进行相应的加固处理。

1 基础开裂情况调查

为查明开裂原因,对杆塔基础进行了详细的现场检测,检测内容包括[1]:基础尺寸、基顶高程,混凝土的强度、碳化深度、保护层厚度,主筋及箍筋的规格和间距,裂缝的分布、长度、宽度、深度,以及混凝土成分、骨料碱活性分析等,经全面地检测分析,检测结果如下。

1) B腿基础实测截面尺寸略小于设计值,主要缺陷为立柱顶裂缝,立柱桩身纵向裂缝、斜裂缝、小裂纹,局部面层混凝土脱落。裂缝宽度为0.04～10.06 mm,长度为120～1 663 mm,沿裂缝开挖至承台,承台未见裂缝。实测钢筋数量与设计相符,实测保护层厚度平均值为68 mm,实测箍筋间距平均值为202 mm,基本与设计一致。依据回弹及芯样抗压结果,混凝土强度满足设计要求。

2) C腿基础实测截面尺寸略大于设计值,主要缺陷为沿桩身纵向裂缝、斜裂缝、小裂纹,立柱顶裂缝,局部面层混凝土脱落,裂缝宽度为0.06～2.21 mm,长度为268～1 729 mm,沿裂缝开挖至承台,承台未见裂缝。实测钢筋数量与设计相符,实测保护层厚度平均值为67 mm,实测箍筋间距平均值为200 mm,与设计一致。依据回弹及芯样抗压结果,混凝土强度满足设计要求。

2 基础开裂原因分析

从调查情况来看,A、D腿基础未出现开裂情况,B、C腿却出现了不同程度的开裂,经骨料碱活性检测并结合其他调查情况分析,B、C腿开裂的原因主要为:

1) B、C腿混14d快速法膨胀率为0.26%,标准要求小于0.1%[2],有潜在危害,混凝土碱骨料反应可能引起混凝土破坏产生裂缝;

2) 立柱纵筋保护层厚度差异较大,过厚或过薄均可能造成强度降低;

3) 首道箍筋离桩顶距离较大,起不到限制裂缝扩展作用;

4)混凝土配合比或外加剂添加不当,后期养护不到位可能引起立柱表层混凝土脱落。

3 基础裂缝处理措施

根据调查结果,提出以下处理方案: A、D腿基础未出现较大的质量问题,可继续使用,但应加强监测,以免未来出现开裂情况,影响基础耐久性和承载力;为了防止B、C腿基础主柱继续开裂及保证基础承载力,采用湿式外包钢和增大混凝土截面的办法进行加固[3]。具体加固措施如下。

1) 在主柱四周外包型钢,即在主柱四角设置角钢并用缀板焊接。该做法能够使原柱的横向变形受到型钢骨架的约束,提高了混凝土的承载力。粘贴角钢前应确保角钢和混凝土粘贴面无尘土、油污、水渍,焊接前应在角钢和钢板内侧填塞胶黏剂,粘贴于基础主柱表面,保证角钢和钢板与主柱混凝土粘贴牢靠无缝隙,角钢采用Q355L 125 mm×10 mm,缀板采用Q355-50 mm×6 mm。

2) 在原基础主柱外围植入纵向受力钢筋和横向架立筋并浇筑混凝土。为了防止基础顶面新旧混凝土存在色差,基础顶面需凿除部分混凝土重新浇筑。凝土强度等级为C40,相对原混凝土提高了一个等级,采用钢纤维加固型高强无收缩灌浆料配制[4-6],即在加固型高强无收缩灌浆料配制的混凝土中添加适量的钢纤维。主筋为直径22 mm的HRB400钢筋,箍筋为直径8 mm的HPB300钢筋,架立筋为直径14 mm的HRB400钢筋。

3) 为了修补裂缝,沿基础主柱裂缝刻“V”型槽,在裂缝处钻注浆孔,孔径一般比注浆管直径大1～2 mm,孔距不大于500 mm。钻孔必须避开基础钢筋和地脚螺栓,必要时注浆孔可适当倾斜。用毛刷清理基础主柱裂缝和注浆孔,并用高压风枪吹净灰尘,插入注浆管,用环氧树脂等封闭裂缝表面;注入改性环氧树脂,注浆压力为0.4～0.6 MPa。当浆液在10～15 min内不再下沉时,则可停止注浆。注浆孔应避开原基础钢筋,基础钢筋和地脚螺栓位置可采用钢筋探测仪确定,钢筋探测仪无法定位时也可凿开混凝土保护层定位。

4 加固方案的实施

为保证加固方案实施质量,加固应在天气情况好、风速小(小于10 m/s)的条件下进行,并应按下列程序进行[7]:凿除保护帽,清理、修整原结构、构件→粘贴包角钢和箍板并焊接→钻注浆孔并注浆→原混凝土面凿毛→安装新增钢筋(包括种植筋)→界面处理→安装模板→浇筑混凝土→养护及拆模→浇筑保护帽→施工质量检验。

5 结束语

通过对该输电线路基础开裂的调查分析及处理,得出以下结论。

1) 在对开裂基础进行处理前,应对基础的尺寸、基顶高程、保护层厚度、钢筋规格、混凝土成分、裂缝的分布、长度、宽度、深度等方面进行检测鉴定,并分析开裂的原因。

2) 基础开裂的原因为碱骨料反应,为保证基础耐久性及承载力,应加强施工阶段的质量控制。

3) 采用湿式外包钢和增大混凝土截面的加固方案,该方案能够使原柱的横向变形受到型钢骨架的约束,提高了混凝土的承载力。为增强混凝土抗开裂能力,混凝土采用钢纤维加固型高强无收缩灌浆料配制。

4) 沿基础主柱裂缝刻“V”型槽,合理设置灌浆孔,通过灌浆孔高压注入改性环氧树脂修补裂缝。

5) 为保证加固方案实施质量,加固方案的实施应选择适宜的天气条件下进行,并严格按照规定的施工流程执行。