化學(xué)灌漿在某碾壓混凝土拱壩裂縫處理中的應(yīng)用

陸文婷，李 碩

（吉林省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，吉林 長春 130021）

1 工程概況

某水電站工程位于廣西壯族自治區(qū)西北，馱娘江上游，壩址區(qū)位于西林縣普合鄉(xiāng)那后村上游2 km左右，距西林縣城23 km。電站裝機(jī)容量3.2萬kW。水庫的總庫容為1.33×108m3，水庫正常蓄水位685.00 m，壩型為碾壓混凝土雙曲拱壩，最大壩高77 m。

該工程混凝土拱壩為2級(jí)建筑物，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為1000年一遇，其相應(yīng)泄量為1860 m3/s和1320 m3/s，選擇兩個(gè)泄洪表孔和一個(gè)中孔聯(lián)合泄流的方式泄洪。

壩址處，河谷相對(duì)狹窄，河谷呈“V”字形，谷底高程616.00～617.00 m，兩岸山脊高程大于750 m，谷底寬37～52 m，河床寬30～40 m，兩岸較對(duì)稱。

拱壩壩基與壩肩出露的巖性為三迭系下統(tǒng)的薄層到中厚層砂巖與泥巖，少數(shù)為厚層狀。壩基的巖體有63%以上為堅(jiān)硬的砂巖組成，其單層厚度一般為0.3～0.8 m，最厚2.8 m，最薄 0.1 m；37%左右為泥巖，其一般厚度為0.2～0.5 m，最厚2.3 m，最薄0.05 m。壩基實(shí)際開挖揭露的斷層有7條，擠壓破碎帶1條。

擋水建筑物由混凝土拱壩和左右岸推力墩組成。混凝土拱壩壩頂高程687.00 m，防浪墻頂高程為688.20 m。壩頂厚6.70 m，最大壩高77.0 m，壩頂上游弧長271.31 m，最大中心角77.0975°，最小中心角58.6977°，中曲面拱冠處最大曲率半徑169.650 m，最小曲率半徑103.00 m。壩底拱冠處厚18.0 m，左右拱端處厚22.5 m，厚高比0.234。拱冠梁最大倒懸度為0.10，壩身最大倒懸度為0.201。拱壩呈不對(duì)稱布置，中心線方位角N14.06°E。

左右岸推力墩壩頂高程687.00 m，底部高程650.00 m，最大壩高37.00 m，按傳力墩設(shè)計(jì)，拱端推力及水壓力由其自重及岸坡山體維持，從而維持自身及650.00 m高程以上左拱端的穩(wěn)定，根據(jù)穩(wěn)定計(jì)算確定重力壩斷面為：上游為鉛直面，頂部寬 16.0 m，底寬 39.50 m，下游壩坡為 1∶0.50，壩底高程650.00 m，左岸推力墩壩頂長54.00 m（沿壩軸線）；右岸推力墩壩頂長48.74 m（沿壩軸線）。在660.00 m高程以下推力墩沿后坡建基面澆筑形成660.00 m平臺(tái)，以增強(qiáng)推力墩與后沿山體的整體穩(wěn)定性。

2 大壩裂縫分布及形成原因分析

2.1 大壩裂縫分布及型式

2009年11月，大壩在675.0，658.3 m高程多處出現(xiàn)貫通上下游的水平裂縫，縫寬為0.1～0.6 mm，同時(shí)在兩側(cè)推力墩的下游側(cè)651 m高程出現(xiàn)接近對(duì)稱的“八”字型裂縫，縫寬約0.5 mm，縫的表面長度有3 m左右，經(jīng)過鉆孔壓水檢查，該裂縫深度約0.5～1.5 m。

2.2 原因分析

初步分析裂縫的分布及型式，以及裂縫的深度，壩體的水平裂縫和局部滲水點(diǎn)產(chǎn)生的原因：該高程在施工中停歇時(shí)間較長，且出現(xiàn)氣溫驟降情況，該層面處理不徹底或碾壓空隙造成；推力墩的下游側(cè)的“八”字型為結(jié)構(gòu)裂縫，主要是業(yè)主為了放空水庫，庫水宣泄過快，壓應(yīng)力釋放造成（庫水位由675 m較短的時(shí)間內(nèi)降至635 m）。

3 化學(xué)灌漿材料

3.1 化學(xué)灌漿的情況

近年來應(yīng)用最多的化學(xué)灌漿材料是水玻璃、聚氨酯和環(huán)氧樹脂漿材。環(huán)氧樹脂一般粘度都較大，制成化灌漿材一般都要添加有機(jī)溶劑，最大的優(yōu)點(diǎn)是強(qiáng)度高，止水效果好，缺點(diǎn)是氣味大，調(diào)節(jié)凝膠時(shí)間要求高；水玻璃漿材是化學(xué)灌漿史上最早使用的化學(xué)灌漿漿材，同時(shí)也是目前使用最廣泛的化學(xué)灌漿漿材之一，該漿材具有無毒、粘度小、可灌性好等優(yōu)點(diǎn)，外漿材價(jià)格較低是個(gè)重要因素，該漿材不足處為調(diào)節(jié)不夠穩(wěn)定、凝膠強(qiáng)度很低和凝膠穩(wěn)定性較差，金屬離子易脫溶等，現(xiàn)多半用在臨時(shí)或半永久工程中；水溶性聚氨酯漿材可灌性好，止水效果最好，但強(qiáng)度偏低。

3.2 化學(xué)灌漿材料的選擇

大壩的水平裂縫貫穿上下游，而且出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性的裂縫，要求所灌注的化學(xué)材料具有補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)及防滲雙重功能。因此選擇的化學(xué)灌漿材料為環(huán)氧樹脂，裂縫處理后既要滿足抗?jié)B要求，又要有很好粘結(jié)性能滿足大壩結(jié)構(gòu)要求。化學(xué)灌漿材料的各項(xiàng)物理力學(xué)指標(biāo)必須滿足相關(guān)規(guī)程規(guī)范GB/T2567-2569等的要求。

4 化學(xué)灌漿施工工藝及控制措施

大壩裂縫處理采用化學(xué)灌漿，主要操作步驟：裂縫檢查→造孔→埋嘴→配置漿液→灌漿→檢查

1）裂縫檢查。仔細(xì)檢查裂縫，尤其是滲水部位應(yīng)進(jìn)行重點(diǎn)檢查，確定裂縫的產(chǎn)狀、特性以及需要進(jìn)行環(huán)氧樹脂化學(xué)灌漿部位處理。

2）造孔。為確保裂縫處理質(zhì)量，在裂縫上下側(cè)進(jìn)行斜孔灌漿，排距0.5 m，孔距1.0 m，孔徑27 mm，孔深4.0 m，傾斜角為8度。造孔后，同樣先用高壓水，壓縮空氣沖洗吹干，再灌漿。

3）埋嘴。首先沿裂縫方向鑿槽(槽深10 cm、外寬10 cm、底寬8 cm，呈倒梯形)，鑿槽后，先清理槽內(nèi)石屑，用高壓水，壓縮空氣沖洗吹干，然后埋灌漿管（可用紫銅管），埋管間距1.0 m。為防漏漿采用M25高強(qiáng)環(huán)氧砂漿回填，并在表面用5 mm厚環(huán)氧膠泥密封。為確保裂縫處理質(zhì)量，在裂縫上下側(cè)進(jìn)行鉆斜孔灌漿，排距0.5 m，孔距1.0 m孔徑27 mm，孔深4.0 m，傾斜角為8度。造孔后，同樣先用高壓水，壓縮空氣沖洗吹干，再灌漿。

4）漿液配置。根據(jù)裂縫的縫寬估計(jì)可灌程度，配制適宜的漿液。若裂縫細(xì)微可灌性較差，稀釋漿液以提高可灌性。

5）灌漿過程控制。為了保證灌漿質(zhì)量，灌漿采用由下而上的順序進(jìn)行灌漿，灌漿壓力要分級(jí)施加，以0.2 MPa為一級(jí)。壓力控制采用灌漿機(jī)自帶壓力表讀數(shù)。在某級(jí)灌壓下，若吸漿量小于0.05 ml/min時(shí)，升壓一次，直至達(dá)到最高灌壓，最高灌壓為1.0 MPa。在灌漿過程中，首先是灌漿孔附近的裂縫出氣、出水，隨后出稀漿，最后才出濃漿。當(dāng)所灌孔附近的裂縫出漿且出漿濃度與進(jìn)漿濃度相當(dāng)時(shí)，結(jié)束灌漿。

裂縫灌后抽樣做壓水檢測，灌漿完成48 h后，鉆孔作壓水試驗(yàn)檢測，檢測時(shí)的灌漿壓力為0.3 MPa；要求單位吸水率 ω＜0.05 L/（min·m·m）為合格；同時(shí)灌漿結(jié)束14 d后，進(jìn)行鉆孔取芯，進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)，強(qiáng)度不低于設(shè)計(jì)要求（抗拉應(yīng)力不小于2.5 MPa，壓應(yīng)力大于 20 MPa）。

裂縫處理后經(jīng)過一年的運(yùn)行，效果良好，無擴(kuò)張和滲、漏水現(xiàn)象，達(dá)到預(yù)期的目的。

5 灌漿的關(guān)鍵和難點(diǎn)

化學(xué)灌漿施工中關(guān)鍵和難點(diǎn)是：要掌握好精確的漿液配比和穩(wěn)定、持續(xù)的壓力并做好排氣排水。

6 結(jié)語

大壩裂縫處理首先應(yīng)分析裂縫成因、分布情況、貫通情況以及危害分析，結(jié)合大壩的防水和強(qiáng)度等級(jí)要求，選擇適當(dāng)?shù)奶幚頃r(shí)機(jī)，選擇適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)灌漿材料及灌漿施工工藝，尤其是細(xì)小的無規(guī)則的裂縫，常常能有比較好的效果。