水庫土壩壩內(nèi)輸水涵洞的裂縫處理分析

謝國強

(山東省臨沂市岸堤水庫管理處，山東 臨沂276000)

0 引 言

解放初期受我國財力、物力和技術(shù)水平的限制，那個時期修建的水庫工程建設標準比較低、施工質(zhì)量也不高。再加上水庫距今已歷經(jīng)風霜運營數(shù)十載后工程老化、經(jīng)營不善等，不少水庫都出現(xiàn)了不同程度的質(zhì)量問題。例如土壩壩內(nèi)輸水涵洞出現(xiàn)了不同程度的裂縫，有的甚至導致了漏水情況的發(fā)生。嚴重影響了工程的運營安全，本文從導致水庫土壩壩內(nèi)輸水涵洞裂縫產(chǎn)生的原因進行分析，并對采取相應的整治措施作以探討。

1 水庫土壩壩內(nèi)輸水涵洞裂縫原因分析

導致水庫土壩壩內(nèi)輸水涵洞出現(xiàn)裂縫的原因繁多而復雜，甚至是多種因素的相互影響［1］。本文從水庫土壩的設計施工著手分析，將導致輸水涵洞產(chǎn)生裂縫的主要原因概括為以下4 種:

1.1 結(jié)構(gòu)設計原因

在過去的社會環(huán)境下，我國的水利水庫建設因為沒有較為完整的規(guī)范性文件，再加上各種因素的影響，故在設計工作中無法明確規(guī)定水庫建造的使用期限和最高的承受強度，工程建設的系統(tǒng)性和嚴密性不夠高，存在安全隱患。因此造成了建設施工的水庫土壩壩內(nèi)輸水涵洞混凝土的結(jié)構(gòu)強度不能夠完全滿足實際的承重需求，經(jīng)過了多年的荷重過載運營后涵洞出現(xiàn)了不同程度的裂縫［2］。

1.2 施工原因

水庫土壩在施工中，應對輸水涵洞地基做好充分的加固工作，保證涵洞的的強度和承受力。但在幾十年前我國的社會經(jīng)濟相對落后，在水庫土壩施工過程，只是簡單地通過人力對輸水涵洞上方進行地基加固，這是遠遠不夠的。隨著時間的推移，輸水涵洞長期不斷的輸水，輸水涵洞混凝土便開始慢慢出現(xiàn)了細微塌陷，造成了裂縫的產(chǎn)生［3］。

另外在工期較為緊張的情況下，新澆筑的輸水涵洞混凝土的拆模時間往往過早，以加快模板的周轉(zhuǎn)。而過早拆模的混凝土則會因表面溫度散熱過快、溫度驟降，引起溫度梯度的產(chǎn)生，在混凝土表面附加了溫度應力。再加上混凝土的收縮和其他物理應力，則必然會造成混凝土的裂縫。

1.3 溫度和濕度的變化

水庫土壩壩內(nèi)輸水涵洞混凝土一次澆筑體積比較大，澆筑后其內(nèi)部溫度較高，加之晝夜存在一定的溫差，則必然使得澆筑的混凝土內(nèi)外產(chǎn)生了溫度梯度。當產(chǎn)生的溫度應力大于混凝土的抗拉應力時便會產(chǎn)生裂縫。

隨著輸水涵洞不停的輸水運營，混凝土硬結(jié)后，表層與內(nèi)部水分損失速度不一致，致使內(nèi)外收縮不均勻，從而產(chǎn)生了收縮變形。當收縮變形受到鋼筋和自身的約束時便會產(chǎn)生裂縫［4］。

1.4 地基的不均勻沉陷

由于社會背景的影響及多方面因素的限制，在對水庫進行修建施工之前缺乏完整的地質(zhì)勘查，致使部分水庫土壩的輸水涵洞修建在堅硬度不夠均勻的基巖上［5］。同時又缺乏對涵洞地基的處理，極易造成地基的不均勻沉陷。當?shù)鼗某料莶钸^大時便會導致輸水涵洞出現(xiàn)環(huán)形裂縫。

當然除了以上幾種主要原因之外，使用期限的模糊及土石壩原材料的選用質(zhì)量不過關(guān)，導致土石壩工程老化、年久失修，還有自然災害地震等的影響，均會導致水庫土壩壩內(nèi)輸水涵洞混凝土裂縫的存在。因此該如何應對水庫土壩壩內(nèi)輸水涵洞產(chǎn)生的裂縫現(xiàn)象以及該如何迅速采取相應的整治措施，則是接下來需要探討的關(guān)鍵。

2 裂縫處理措施

根據(jù)水庫土壩壩內(nèi)輸水涵洞裂縫成因分析，結(jié)合工程的實際情況，待勘查到水庫土壩壩內(nèi)輸水涵洞已產(chǎn)生裂縫之后，最直接最常用的處理方法便是在輸水涵洞內(nèi)部加上內(nèi)襯，即對輸水涵洞裂縫處進行加固。同時要根據(jù)地質(zhì)條件以及輸水涵洞裂縫的情況配合進行地基的加固。

目前針對水庫土壩壩內(nèi)輸水涵洞裂縫的不同特征，處理方法主要包括黏貼鋼板法、針孔壓力注漿法，鑿槽回填環(huán)氧砂漿法表層增厚法、內(nèi)襯鋼管灌漿法等［6］。

2.1 黏貼鋼板法

對于在水庫土壩壩內(nèi)輸水涵洞發(fā)現(xiàn)的長度較短且細小的裂縫，且輸水涵洞又不能停止輸水時間過長的情況下，可采用黏貼鋼板法進行較為簡單的處理。

處理過程為:首先對裂縫處的表層混凝土進行鑿除，直至露出鋼筋。對露出的鋼筋進行除銹，同時使用高標號的環(huán)氧砂漿對鑿除面進行修補填平。達到一定的強度之后便可以對修補面及所備用的鋼板表面涂刷上厚度約為2 mm的膠黏劑，涂刷完成之后立即將鋼板黏貼在混凝土表面并加荷載壓緊。一般情況下1 d之后即可卸載，3 d之后即可投入使用。

2.2 針孔壓力注漿法

若勘測到水庫土壩壩內(nèi)輸水涵洞的裂縫為寬度較小的裂縫，則可使用針孔壓力注漿法對裂縫進行修補［7］。針孔壓力注漿法使用的注漿材料為環(huán)氧樹脂，采用的設備為高壓灌漿機，其施工過程為:

2.2.1 裂縫的檢查與清理

仔細檢查輸水涵洞內(nèi)的裂縫，并對裂縫處做好標記。同時對裂縫處的結(jié)晶與污垢進行初步的清理。

2.2.2 鉆孔

沿著裂縫兩側(cè)進行交叉鉆孔，孔徑大小與孔間距約為30 mm，鉆孔角度為45°，深度約為裂縫寬度的0.5 mm×1.414 mm，鉆孔與裂縫的距離為裂縫深度的一半，同時應保證鉆孔能夠穿過裂縫。

2.2.3 埋設灌漿嘴、清理裂縫

將裂縫及鉆孔內(nèi)外的粉塵吹干凈后，在鉆孔內(nèi)埋設灌漿嘴(又稱之為止水針頭)，并用扳手擰緊。然后向灌漿嘴內(nèi)輕輕吹風，再次清干凈裂縫及灌漿嘴。

2.2.4 灌漿

使用高壓灌漿機向埋設的灌漿嘴內(nèi)注入漿料環(huán)氧樹脂。若裂縫為豎立面，則由上至下進行灌漿;若裂縫為平面，則從一端的灌漿嘴開始，1個的連續(xù)地進行灌漿。當相鄰的灌漿嘴或裂縫其他縫隙處開始有漿溢出后，保持繼續(xù)灌漿3 ～5 min即可停止灌漿，并灌注相鄰的灌漿嘴。

2.2.5 拆卸灌漿嘴與封口

灌漿完畢之后，確認灌注的環(huán)氧樹脂漿料已經(jīng)完全固化。然后即可拆除掉外露的灌漿嘴，同時將溢出的固化的灌漿液清理干凈。一切處理完畢之后便可使用環(huán)氧砂漿對灌漿口進行修補和封口處理。

2.3 鑿槽回填環(huán)氧砂漿法

對于縱向裂縫，以裂縫為中心，沿著裂縫人工開鑿寬約6 cm、深約4.5 cm(以剛好露出主筋為宜)的“V”形槽。然后使用鋼絲刷處理掉槽內(nèi)的松動顆粒，并用空壓機吹去灰塵，最后用水清洗干凈。之后使用水玻璃水泥砂漿封堵鑿出的“V”形槽，其厚度為約1.3 cm，并邊抹平邊烘干。

接著在已封堵好的“V”形槽表面涂刷上環(huán)氧基液，回填環(huán)氧砂漿并使用環(huán)形模板壓實，使之與涵洞壁裂縫兩側(cè)齊平。噴水養(yǎng)護1個月待環(huán)氧砂漿固化后即可拆膜，之后再用環(huán)氧基液粘貼上3 層寬20 cm、厚0.25 mm的無堿平紋布，用環(huán)形模板加壓支撐3 d后即可拆模。

對于環(huán)形裂縫，則沿著裂縫人工開鑿寬約20 cm、深約2 cm的平底槽。然后使用鋼絲刷處理掉槽內(nèi)的松動顆粒，并用空壓機吹去灰塵，最后用水清洗干凈。在槽內(nèi)涂刷環(huán)氧基液，回填厚度為1.5 cm的環(huán)氧砂漿。抹平壓實后黏貼上寬20 cm、厚5 mm的止水橡皮并用環(huán)形模板加壓支撐。噴水養(yǎng)護1個月待環(huán)氧砂漿固化后即可拆模。

其中，最好根據(jù)水庫土壩壩內(nèi)輸水涵洞混凝土的特性要求及現(xiàn)場施工條件，并結(jié)合實驗來確定環(huán)氧砂漿的調(diào)制比［8］。

2.4 表層增厚法

針對水庫土壩壩內(nèi)輸水涵洞底板出現(xiàn)的裂縫，可采用表層增厚法解決。

具體實施過程為:鑿除裂縫或破損處的混凝土表層，直至露出鋼筋。在露出的鋼筋上每隔一定的間距加焊上吊筋或在原混凝土上鉆孔埋設錨筋。將鋼筋層綁扎在加焊的吊筋或埋設的錨筋上，然后對裂縫進行灌漿。最后澆筑10 ～20 cm厚的混凝土加厚層即可。

2.5 內(nèi)襯鋼管灌漿法

內(nèi)襯鋼管灌漿法是針對勘測到的水庫土壩壩內(nèi)輸水涵洞水面以上的側(cè)墻體及頂板三面出現(xiàn)的環(huán)向裂縫且裂縫比較長的情況下而進行的一種加固方法。這種方法能夠有效增加輸水涵洞的強度，并能保證輸水涵洞正常輸水。其實施過程如下:

2.5.1 制作內(nèi)襯鋼管

內(nèi)襯鋼管采用厚度為8 mm的厚鋼板卷制而成，其內(nèi)直徑大小與每節(jié)長度的大小要根據(jù)輸水涵洞的直徑與裂縫持續(xù)的長度及涵洞的總運輸長度來確定，這里僅以涵洞直徑50 cm，長54 m為例，則內(nèi)襯鋼管的內(nèi)直徑為50 cm，每節(jié)長為5.4 m，則總共需要10節(jié)鋼管。鋼管的連接處可使用厚12 mm的厚鋼板制作的法蘭盤，直徑12 mm的螺栓進行現(xiàn)場聯(lián)接。連接處需使用5 mm厚的橡膠墊夾緊，防止漏水。

2.5.2 內(nèi)襯鋼管安裝

內(nèi)襯鋼管安裝前需先對涵洞內(nèi)壁進行清理，清除掉雜物、污垢及翹裂的混凝土，之后用高壓水槍進行清洗。鋼管安裝時，可借助挖掘機配合卷揚機牽引進行。注意牽引過程中防止鋼管變形。

2.5.3 打造灌漿孔

在輸水涵洞中心線上均勻布置10個孔位，孔距為5 m，距離涵洞的上下游洞口各位2.5 m。鉆孔機鉆孔后孔內(nèi)埋設導管，焊接牢固承接頭。

2.5.4 灌漿

內(nèi)襯鋼管安裝完成之后，在涵洞口四周打孔并埋設好幾根直徑為12 cm的帶螺紋的錨筋，使用厚鋼板封堵好輸水涵洞的上下游洞口。鋼板與混凝土之間加墊一層厚橡膠墊，以防砂漿淅出。焊接一個直徑100 mm的排氣管于鋼板的中間，排氣管的長度要高于涵洞頂1 m。然后通過鉆孔向涵洞內(nèi)按上游直至下游的順序進行灌注砂漿，同時加入0.06%的檸檬酸緩凝劑，以提高砂漿的和易性。灌注砂漿的同時還要加入10%的明礬石膨脹劑，確保砂漿灌注嚴實、緊密，以防止凝固收縮后的砂漿致使鋼管與原涵洞混凝土之間產(chǎn)生間隙。直到灌漿孔開始冒漿為止，注意灌漿的壓力控制。

3 總 結(jié)

對于水庫土壩壩內(nèi)輸水涵洞裂縫的處理問題，需要根據(jù)實際情況進行認真分析和研究所應采取的處理實施方案，以保證輸水涵洞能夠正常輸水運營，保障人民財產(chǎn)的安全。本文通過對水庫土壩壩內(nèi)輸水涵洞裂縫產(chǎn)生的原因進行分析，逐步詳細的探討針對不同特征的裂縫應該采取的不同處理措施。同時針對問題找出根源所在，為以后的工程建設打下基礎。

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