某超高壓輸電線路工程基礎開裂原因分析及加固處理

高培國,高汝濤,李 鑫

(中國電力工程顧問集團東北電力設計院有限公司,長春 130021)

0 引言

因輸電線路具有路徑長、沿線地質條件復雜多變、施工難度大等特點,導致在竣工后桿塔基礎可能會遇到各種質量問題,如不均勻沉降、基礎開裂、地基塌陷等,尤其以基礎開裂最為普遍。導致開裂的原因包括:施工和使用階段的靜荷載、動荷載等外荷載引起的裂縫;溫度濕度變化、不均勻沉降、凍脹等物理因素引起的裂縫;鋼筋銹蝕、化學反應膨脹等化學因素引起的裂縫;脫模撞擊、養護不到位等施工操作引起的裂縫等。

某超高壓輸電線路工程基礎采用群樁基礎,承臺柱混凝土出現裂縫?，F對該基礎開裂的原因進行分析,并進行相應的加固處理。

1 基礎開裂情況調查

為查明開裂原因,對桿塔基礎進行了詳細的現場檢測,檢測內容包括[1]:基礎尺寸、基頂高程,混凝土的強度、碳化深度、保護層厚度,主筋及箍筋的規格和間距,裂縫的分布、長度、寬度、深度,以及混凝土成分、骨料堿活性分析等,經全面地檢測分析,檢測結果如下。

1) B腿基礎實測截面尺寸略小于設計值,主要缺陷為立柱頂裂縫,立柱樁身縱向裂縫、斜裂縫、小裂紋,局部面層混凝土脫落。裂縫寬度為0.04～10.06 mm,長度為120～1 663 mm,沿裂縫開挖至承臺,承臺未見裂縫。實測鋼筋數量與設計相符,實測保護層厚度平均值為68 mm,實測箍筋間距平均值為202 mm,基本與設計一致。依據回彈及芯樣抗壓結果,混凝土強度滿足設計要求。

2) C腿基礎實測截面尺寸略大于設計值,主要缺陷為沿樁身縱向裂縫、斜裂縫、小裂紋,立柱頂裂縫,局部面層混凝土脫落,裂縫寬度為0.06～2.21 mm,長度為268～1 729 mm,沿裂縫開挖至承臺,承臺未見裂縫。實測鋼筋數量與設計相符,實測保護層厚度平均值為67 mm,實測箍筋間距平均值為200 mm,與設計一致。依據回彈及芯樣抗壓結果,混凝土強度滿足設計要求。

2 基礎開裂原因分析

從調查情況來看,A、D腿基礎未出現開裂情況,B、C腿卻出現了不同程度的開裂,經骨料堿活性檢測并結合其他調查情況分析,B、C腿開裂的原因主要為:

1) B、C腿混14d快速法膨脹率為0.26%,標準要求小于0.1%[2],有潛在危害,混凝土堿骨料反應可能引起混凝土破壞產生裂縫;

2) 立柱縱筋保護層厚度差異較大,過厚或過薄均可能造成強度降低;

3) 首道箍筋離樁頂距離較大,起不到限制裂縫擴展作用;

4)混凝土配合比或外加劑添加不當,后期養護不到位可能引起立柱表層混凝土脫落。

3 基礎裂縫處理措施

根據調查結果,提出以下處理方案: A、D腿基礎未出現較大的質量問題,可繼續使用,但應加強監測,以免未來出現開裂情況,影響基礎耐久性和承載力;為了防止B、C腿基礎主柱繼續開裂及保證基礎承載力,采用濕式外包鋼和增大混凝土截面的辦法進行加固[3]。具體加固措施如下。

1) 在主柱四周外包型鋼,即在主柱四角設置角鋼并用綴板焊接。該做法能夠使原柱的橫向變形受到型鋼骨架的約束,提高了混凝土的承載力。粘貼角鋼前應確保角鋼和混凝土粘貼面無塵土、油污、水漬,焊接前應在角鋼和鋼板內側填塞膠黏劑,粘貼于基礎主柱表面,保證角鋼和鋼板與主柱混凝土粘貼牢靠無縫隙,角鋼采用Q355L 125 mm×10 mm,綴板采用Q355-50 mm×6 mm。

2) 在原基礎主柱外圍植入縱向受力鋼筋和橫向架立筋并澆筑混凝土。為了防止基礎頂面新舊混凝土存在色差,基礎頂面需鑿除部分混凝土重新澆筑。凝土強度等級為C40,相對原混凝土提高了一個等級,采用鋼纖維加固型高強無收縮灌漿料配制[4-6],即在加固型高強無收縮灌漿料配制的混凝土中添加適量的鋼纖維。主筋為直徑22 mm的HRB400鋼筋,箍筋為直徑8 mm的HPB300鋼筋,架立筋為直徑14 mm的HRB400鋼筋。

3) 為了修補裂縫,沿基礎主柱裂縫刻“V”型槽,在裂縫處鉆注漿孔,孔徑一般比注漿管直徑大1～2 mm,孔距不大于500 mm。鉆孔必須避開基礎鋼筋和地腳螺栓,必要時注漿孔可適當傾斜。用毛刷清理基礎主柱裂縫和注漿孔,并用高壓風槍吹凈灰塵,插入注漿管,用環氧樹脂等封閉裂縫表面;注入改性環氧樹脂,注漿壓力為0.4～0.6 MPa。當漿液在10～15 min內不再下沉時,則可停止注漿。注漿孔應避開原基礎鋼筋,基礎鋼筋和地腳螺栓位置可采用鋼筋探測儀確定,鋼筋探測儀無法定位時也可鑿開混凝土保護層定位。

4 加固方案的實施

為保證加固方案實施質量,加固應在天氣情況好、風速小(小于10 m/s)的條件下進行,并應按下列程序進行[7]:鑿除保護帽,清理、修整原結構、構件→粘貼包角鋼和箍板并焊接→鉆注漿孔并注漿→原混凝土面鑿毛→安裝新增鋼筋(包括種植筋)→界面處理→安裝模板→澆筑混凝土→養護及拆?！鷿仓Ｗo帽→施工質量檢驗。

5 結束語

通過對該輸電線路基礎開裂的調查分析及處理,得出以下結論。

1) 在對開裂基礎進行處理前,應對基礎的尺寸、基頂高程、保護層厚度、鋼筋規格、混凝土成分、裂縫的分布、長度、寬度、深度等方面進行檢測鑒定,并分析開裂的原因。

2) 基礎開裂的原因為堿骨料反應,為保證基礎耐久性及承載力,應加強施工階段的質量控制。

3) 采用濕式外包鋼和增大混凝土截面的加固方案,該方案能夠使原柱的橫向變形受到型鋼骨架的約束,提高了混凝土的承載力。為增強混凝土抗開裂能力,混凝土采用鋼纖維加固型高強無收縮灌漿料配制。

4) 沿基礎主柱裂縫刻“V”型槽,合理設置灌漿孔,通過灌漿孔高壓注入改性環氧樹脂修補裂縫。

5) 為保證加固方案實施質量,加固方案的實施應選擇適宜的天氣條件下進行,并嚴格按照規定的施工流程執行。