闸室外包混凝土在卧虎山水库除险加固工程中的应用.pdf

2 0 1 4年第 1 2期 ( 第 4 2卷) 黑龙江水利科技 H e i l o n g j i a n g S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y o f Wa t e r C o n s e r v a n c y No 1 2 2 01 4 ( T o t M N o 4 2 ) 文章编号 ： 1 0 0 7 7 5 9 6 ( 2 0 1 4 ) 1 2 0 2 2 9 0 3 闸室外包混凝土在 卧虎 山水库除险加 固工程中的应用 李志乾 ， 董永 霞。 ( 1 黄河勘测规划设计有限公司， 郑州 4 5 0 0 0 3 ； 2 商丘市水利建筑勘测设计院， 河南 商丘4 7 6 0 0 0 ) 摘要： 针对卧虎山水库溢洪闸闸室结构裂缝成因、 结构受力等问题的分析 ， 卧虎山水库溢洪 闸闸室采用外包混凝土的加 固措施， 消除闸室存在的结构病险， 完善闸室运行功能。实践证 明， 该措施技术可行 ， 经济可靠， 对大型水闸病险处理具有宝贵的借鉴价值。 关键词： 溢洪闸； 除险加固； 卧虎山水库 ； 加固设计 中图分类号： T V 6 6 2 ； T V 6 9 8 2 文献标识码： B 1 工程概况 卧虎山水库位于济南市历城区仲宫镇境内， 锦 绣川 、 绵I H J I l 、 锦云川 三川汇流处 的玉符河 上游 ， 是 一 座具有防洪 、 灌溉和城市供水为一体的大型水库 ， 属黄河水系 ， 水库流域面积5 5 7 k m 。 溢洪闸工程位于大坝左岸 ， 为坝肩式溢洪 闸， 共 5孔 ， 单孔1 4 I n ， 总净宽7 0 m， 闸室 总长2 8 m， 中墩宽 2 0 I l l ， 长 2 5 m， 闸 底 板 高 程 1 1 8 3 m， 最 大 墩 高 2 4 7 8 m， 闸室分缝位于各底板跨中。 闸底板设一 低驼峰 ， 堰顶高程 1 2 1 0 m， 设工作 闸门一道 ， 为弧型钢闸门， 闸门尺寸1 4 m 1 1 m 。 卧虎山水库 溢洪闸于 1 9 7 6年在拆除原溢洪 闸 后新建。 2 0 0 7年 4月经对溢洪 闸进行安全鉴定 ， 卧虎山 水库溢洪闸存在下列病险 ： 1 ) 闸墩 、 底板发生多道横 向、 竖 向裂缝 ； 混凝 土 碳化深度平均5 0 mm， 超过混凝土保护层厚度 。 2 ) 溢洪闸无检修 闸门， 无法保证工作 闸门的正 常检修 ； 现有工作闸门锈蚀严重 ， 钢丝绳、 滚轮锈蚀 ， 行洪时无保障。 3 ) 闸门止水橡胶老化 ， 漏水严重 ， 且 闸门止水不 具备检修条件 _ l - 2 J 。闸门门顶高程1 3 5 0 IT I ， 闸门高 度不满足水库 防洪运用要求。 4 ) 交通桥荷载标准为汽 一1 3级 ， 设计标准偏低 ， 不满足现状交通要求 。 5 ) 弧门牛腿推力最大推力4 2 8 8 t ， 最z J 2 6 4 5 t ， 不满足现有闸门推力7 0 0 t 的设计要求 。 2 裂缝成 因分析 为了分析裂 缝 成 因， 采 用 A N S Y S结 构分 析 软 件 ， 对溢洪 闸在运行情况下闸室结构 的应力应变进 行数值计算分析。 通过计算 ， 溢洪闸闸室 ： 1 ) 在温降工况下 ， 在底板 下游 区域均会 出现范 围较大的拉应力区， 中墩 o r 约7 M P a ， 边墩约8 MP a ， 可能导致底板产生开裂 ， 与实 际检测到 的底板横 向 裂缝吻合， 底板裂缝可判断是由温度降低所引起。 2 ) 闸室左侧的 号滑坡体对边墩安全 的影响较 大， 在计算工况下将使边墩产生过大的位移( 向最 大位移近0 2 2 i n ) 、 过大的拉应力( 4 4 MP a ， 分布于边 墩内下侧) 和过大的压应力( 6 8 M P a ， 分布于边墩外 侧 ， 即临水侧 ) 。 3 ) 正常运行下 ， 水压作用对中墩 的影 响不大 ， 但 在牛腿 附 近 会 产 生 应 力 集 中 拉 应 力 最 大 达 到 向5 1 MP a 。 最大主应 力为1 0 4 MP a ， 实际检测到 的闸墩 上 有水平缝存在 ， 可以判 断只要施工 中存在水 平缝 或 施工质量较差 ， 就会导致闸墩上水平裂缝的产生。 4 ) 温升工况对闸墩及底板的影响较小 。 收稿 日期 2 0 1 4 0 4 2 1 作者简介 李志乾( 1 9 7 4一 ) ， 男， 河南郑州人， 工程师， 从事水利工程设计工作； 董永霞( 1 9 6 0一) ， 女， 河南 商丘人 ， 工程师。 - - 22 9 - 2 0 1 4年第 l 2期 ( 第 4 2卷) 黑龙江水利科技 H e i l o n g j i a n g S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y o f Wa t e r C o n s e r v a n c y No 1 2 2 0 1 4 ( T 0 t a l N o 4 2 ) 由于溢洪闸已经运行近3 0 a ， 至今没有破坏性 的 事故发生 ， 表 明闸室左岸滑坡体 还没有产生严重 的 滑动， 闸室裂缝与滑坡体无关 ， 否则滑坡体产生 的滑 动推力将使整闸事发生毁灭性的破坏而不是 限于开 裂 。同时， 结合对闸室结构的复核以及对闸室 施工情况的调查 ， 可以判断得出闸墩 贯穿性裂缝 是 由于结构配筋不足以及施工因素导致的， 闸室底板 贯穿裂缝是由于运用期温度应力过大导致 的。闸室 裂缝素描图见图 l 。 跫U& 瑚 m 施 图 1 闸室裂缝素描图 3 闸室外包加 固设计 3 1 加固方案的选择及加 固思路 卧虎 山水 库 大 坝溢 洪 闸等 原 设计 标 准 为 1 0 0 0 0 a 一遇洪水校核 ， 此次加 固是按5 0 0 0 a 一遇校 核洪水的标准 。 根据卧虎山水库防洪的运用原则 和对溢洪闸泄 洪能力的复核， 溢洪闸闸墩、 闸底板具备增大结构断 面进行加固治理的条件 。通过对拆除重建 闸室和闸 室外包混凝土两个方案的工程投资、 施工工期及技 术可行性等方面 的比较 ， 最终选用 了闸室外包混凝 土的加 固方案。 闸室外包混凝土方案主要是根据溢洪 闸泄洪要 求 ， 确定 闸墩 、 闸底板截 面加大的尺寸 ， 对原 闸结构 裂缝、 配筋不足的结构性缺陷， 采取闭缝灌浆、 外包 混凝土并重新配置结构受力钢筋进行解决 。 对于钢筋密集的弧门牛腿， 再次布置牛腿钢筋 比较困难， 采取拆除整个牛腿重新进行设计。 同时在闸墩、 闸底板外包混凝土的过程 中， 增设检 修闸门门槽及弧门检修孔， 修复止水 ， 重新设计混凝土 闸门、 启闭机房、 按最新交通要求， 恢复闸顶交通桥等。 为保证新浇混凝土与原结构混凝土结合紧密， 除凿除原结构碳化混凝土外 ， 并凿毛老结构表面 ， 在 2 3 0 新老混凝土之间涂刷界面剂、 布置插筋。 3 2 加 固设计 加固设计内容包括 ： 现状 闸室裂缝灌浆及修补 、 现状闸室拆除 、 凿毛及设置插筋 、 闸墩 、 闸底板化学 植筋和闸墩 、 闸底板外包混凝土。 3 2 1 现状闸室裂缝灌浆及修补 根据裂缝部位 、 宽窄、 深浅及是否为贯穿裂缝等 不 同情况 ， 对 闸墩 、 闸底板出现的延伸长度 5 m， 裂 缝深度 5 0 c m( 底板 ) 或深度 2 0 c m( 闸墩 ) 的较 宽裂缝( 6 0 5 m m ) ， 采用环氧树脂进行灌浆修补。 裂缝 闭缝灌浆见图 2 。 再 强 。 图2 裂缝闭缝灌浆 3 2 2 现状闸室拆除、 凿毛及设置插筋 根据闸墩牛腿 影 响范 围， 将牛腿 下游 8 5 m 9 5 m范围内闸墩混凝 土进行拆 除。同时为保证新 老混凝土黏结效果 ， 将闸墩 、 闸底板混凝土碳化层进 行凿除， 凿除深度5 c m， 并在新老混凝土之间布置插 筋 ， 插筋间排距 1 0 m， 梅花形 布置 。中墩插筋对穿 闸墩 ， 与新布 的闸墩两侧钢筋进行焊接 ， 形成整体 ， 底板、 边闸墩插筋伸入老混凝土端0 7 5 m， 外露插筋 同样与新布的钢筋焊接， 形成整体。 凿毛后的混凝 土表 面要求半 露骨料 ， 对于碳化 深度较大及局部有损伤 的部位 ， 根据实际情况对凿 毛深度相应加大。拆除、 凿毛 、 插件布置见图 3 。 图 3 拆除、 凿毛 、 插件布置 器蓥 李志乾 ， 等： 闸室外包混凝土在卧虎山水库除险加固工程中的应用 第 1 2期 3 2 3 闸墩 、 闸底板化学植筋 为保证重新布 置的闸底板钢筋 、 闸墩钢筋承荷 效果， 底板钢筋及闸墩纵向钢筋采用化学植筋， 单根 植筋深度公式为 ： f d Z ( 1 ) 式 中： 为植筋受拉力影 响的修正系数 ， 为植 筋位移延性修正系数。 新植钢筋部分是浇筑在外包混凝土中， 因此在 老混凝土 中的植筋深度需考虑外包混凝土对钢筋 的 锚 固作用 。 经过计 算 ， 扣除新浇混凝土 的锚 固后 ， 闸墩 、 闸 底 板 钢 筋 在 老 混 混 凝 土 结 构 中 的 植 筋 深 度 取0 7 5 m。 闸墩及 闸底板 的大范 围采 用化学植筋 ， 在闸墩 根部造孔密集 ， 对原 闸结 构破坏较大。为了减少对 老结构的破坏 ， 植筋分两排 间隔进行 ， 内侧的植筋与 外侧钢筋进行搭接连接。分两排间隔植筋见图 4 。 啦殷衄触l Q 熊堕堕塑熊堕 曲抽 受衄 蚋国 ： ： ： |a ， l ， ， ， ， ， 图 4分两排间隔植筋 3 2 4 闸墩 、 闸底板外包混凝土 卧虎 山水 库 溢 洪 闸起 调 水 位 为 正 常 蓄 水 位 1 3 0 5 m， 根据泄洪复核计算 ， 将 闸底坎抬高0 5 0 m， 过流净宽 由原来 的7 0 0 m调整为6 5 0 m， 最大下泄 流量7 0 3 0 m s ， 此时校核 洪水位 1 3 7 5 1 m， 相应计 算所需最大坝顶高程1 3 9 1 9 m， 小于现状大坝坝顶 及 闸室顶高程 1 3 9 5 0 m， 满足防洪要求 ， 闸底板 、 闸 墩具备外包混凝5 ： 0 5 m的加固条件。 原闸室混凝土 为 2 0 0号混凝 土， 闸墩配筋 面积 1 5 4 6 mm ， 底板配筋面积4 9 2 6 mm ， 混凝土标号及 配筋均较低。 外包混凝土强度根据 G B 5 0 3 6 7 -2 0 0 6提高一个 等级且 C 2 5 ， 采用 C 3 0混凝土 ， 外包后 闸墩钢筋不 考虑已有闸墩钢筋 ， 按新配钢筋考虑。 随同外包增大闸墩 、 闸底板的断面尺寸、 中闸墩 的加长， 增设检修门槽、 弧门检修孔， 重新恢复弧门 牛腿 、 闸顶启闭机房 、 交通 桥等 ， 同时根据水库 防洪 要求 ， 重新设计 闸门及启 闭设备等 ， 以完善 闸室的功 能。闸结构外包混凝土见图 5 。 图 5 闸结构外包混凝土 4 结语 大型水利工程老混凝土“ 穿衣戴 帽” 的情况 ， 目 前可 以借鉴的工程实例不多。 卧虎 山水库溢洪 闸除险加 固设计采用外包 5 0 c m厚混凝土消除 了原闸室 的结构开裂、 碳化 、 止 水渗漏、 弧门牛腿推力不足等结构安全 隐患。 同时在外包混凝土的同时， 增设检修闸门、 重建 交通桥及弧形闸门等， 完善闸室缺损的功能， 既实现 了闸室出险加固的 目的 ， 也为大型水利工程“ 穿衣戴 帽” 提供宝贵 的借鉴经验。 参考文献 ： 1 梁坛 ， 王永维， 等 G B 5 0 3 6 7 -2 0 0 6混凝土结构加固设计 规范 S 北京 ： 中国建筑工业出版社， 2 0 0 6 ： 6 97 2 2 李小兵 ， 刘琳琳， 刘建国， 罗旭涛 土工膜在卧虎山水库 除险加 固工 程 中的应 用 J 民营科技 ， 2 0 1 0( 0 4 ) ： 1 541 5 5 3 李志乾， 耿波 卧虎山水库除险加固设计 J 科技创新 与应用 ， 2 0 1 4 ( 3 3 ) ： 2 2 5 2 2 6 4 严祖文， 魏迎奇， 张国栋 病险水库除险加固现状分析及 对策 J 水利水电技术， 2 0 1 0 ， 4 1 ( 1 0 ) ： 7 6 7 9 5 何阵营病险水库除险加固项 目管理特性探讨 J 水利 建设与管理， 2 0 0 7 ( 1 0 ) ： 3 2 3 3 6 肖秀芹 小型水库除险加固设计中存在主要问题及其对 策 J 科技创新导报 ， 2 0 1 4 ( 0 3 ) ： 7 6 一 2 3l 一