官地水電站大壩混凝土裂縫檢測及處理技術(shù)

楊 軍

(中國水電顧問集團(tuán)成都勘測設(shè)計研究院，四川成都 610000)

1 工程概況

官地水電站大壩為碾壓混凝土重力壩，最大壩高168 m，壩頂長度516.00 m。大壩混凝土總方量約344.5×104m3，其中RCC 約292.7×104m3。

官地大壩混凝土施工具有工程量大、壩體結(jié)構(gòu)復(fù)雜、澆筑強(qiáng)度高、施工工序復(fù)雜、施工相互干擾大等特點(diǎn)，在施工過程中，除精心管理、嚴(yán)格控制以減少混凝土開裂外，還應(yīng)對已出現(xiàn)的裂縫及時處理，以免對大壩結(jié)構(gòu)安全造成不利影響。

2 混凝土裂縫分類和統(tǒng)計

2.1 裂縫成因

為對裂縫進(jìn)行危害性評估和選擇正確處理方案，應(yīng)對裂縫所處部位、產(chǎn)狀、形狀(包括長度、表面寬度、深度等)、成因等進(jìn)行分析和分類。裂縫的成因如表1 所示。

2.2 大體積混凝土裂縫分類及評價標(biāo)準(zhǔn)

按所產(chǎn)生的裂縫性質(zhì)、所在部位、是否位于基礎(chǔ)約束區(qū)及對結(jié)構(gòu)應(yīng)力和運(yùn)行安全影響程度，大體積混凝土裂縫分類及評價標(biāo)準(zhǔn)如下:

(1)Ⅰ類裂縫:縫寬δ＜0.1 mm，縫深h≤30 cm，縫面長度≤1.5 m，外觀為龜裂狀呈細(xì)微而不規(guī)則裂縫或呈細(xì)微規(guī)則性裂縫。

(2)Ⅱ類裂縫:縫寬0.1 mm≤δ＜0.3 mm 和縫深30 cm ＜h≤100 cm 者，縫平面長3m ＜L＜5m，數(shù)量極少，呈規(guī)則狀。

(3)Ⅲ類裂縫:

①縫寬0.3 mm≤δ≤0.5 mm 和縫深100 cm ＜h≤500 cm，縫平面長度≤壩塊寬度的三分之一，側(cè)面長度大于1～2個澆筑層厚度，呈規(guī)則狀;

②縫寬0.2 mm≤δ＜0.3 mm 和縫深30 cm ＜h≤100 cm者，裂縫長度貫穿整個壩塊;

③縫寬0.2 mm≤δ＜0.3 mm 和縫深30 cm ＜h≤100 cm者，且裂縫位于上游迎水面;

④縫寬0.2 mm≤δ＜0.3 mm 和縫深30 cm ＜h≤100 cm者，且裂縫位于迎水面基礎(chǔ)強(qiáng)約束區(qū)內(nèi)。

(4)Ⅳ類裂縫:裂縫寬度δ＞0.5 mm，深度h＞500 cm，側(cè)(立)面長度L＞5 m，裂縫若從基礎(chǔ)向上開裂，且平面上貫穿全倉，稱為基礎(chǔ)貫穿裂縫，其余稱為貫穿裂縫。

表1 混凝土裂縫的主要原因

3 混凝土裂縫檢測

3.1 檢測儀器

根據(jù)以往工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，推薦使用下列檢測儀器:回彈儀、非金屬超聲波檢測儀、取芯機(jī)、壓力試驗(yàn)機(jī)、讀數(shù)放大鏡、地震(或聲波)CT 層析成像、鉆孔全景圖像等。

3.2 檢測方法

混凝土裂縫檢測應(yīng)采用人工外觀檢測結(jié)合適宜的儀器進(jìn)行，推薦采用讀數(shù)放大鏡及超聲波回彈檢測法，必要時可采用地震(或聲波)CT 層析成像技術(shù)、鉆孔取芯及鉆孔全景圖像。

裂縫縫深檢查方法:

(1)裂縫深度可采用無損檢測和鉆孔檢測。

(2)表面淺層裂縫可采用沿縫鑿槽法，鑿至目測見不到縫為止。

(3)鉆孔壓水(風(fēng))法。沿裂縫一側(cè)或兩側(cè)打斜孔穿過縫面(過縫＞0.5 m)，然后在孔口安裝壓水(風(fēng))設(shè)備(壓水(風(fēng))管、手搖泵)和阻塞器，進(jìn)行壓水(風(fēng))，壓風(fēng)時在裂縫表面涂刷肥皂水或洗滌劑水等。若壓水(風(fēng))縫表面出水(冒氣泡)，說明鉆孔過縫且縫深大于鉆孔穿過縫的垂直深度，之后再打少量斜孔檢查，直至表面無水(氣泡)冒出。此時斜孔與縫的交點(diǎn)至混凝土的垂直距離即為裂縫深度。同時可利用斜孔進(jìn)行鉆孔全景圖象觀察縫的位置。

(4)超聲波檢測。裂縫深度小于0.5 m 時(表淺層裂縫)可采用縱波繞射無孔檢測;裂縫深度大于0.5 m 時采用鉆孔對穿聲波檢測。在混凝土裂縫的兩側(cè)(距1.00 m 左右)各打一個孔，要求終孔孔徑應(yīng)大于50 mm，對穿聲波測點(diǎn)點(diǎn)距不大于20 cm，測孔前應(yīng)沖洗干凈，并灌滿清水。經(jīng)過波幅的分析，判定其縫深。

(6)內(nèi)部裂縫檢查?；炷羶?nèi)部裂縫的檢查采用鉆孔取芯直觀、鉆孔全景圖象方法、壓水試驗(yàn)以及CT、聲波等物探方法進(jìn)行檢測。

4 混凝土裂縫修補(bǔ)材料

一般來說修補(bǔ)材料的性能指標(biāo)要求不低于母體混凝土，過流表面不低于表面抗沖磨混凝土原設(shè)計指標(biāo)。

5 混凝土裂縫修補(bǔ)技術(shù)

5.1 混凝土裂縫處理原則

水工混凝土危害性較大的裂縫，將會破壞建筑物的整體性，改變建筑物的受力狀態(tài)，造成滲水、漏水、鋼筋銹蝕，降低建筑物的耐久性，危害建筑物安全運(yùn)行。因此，必須認(rèn)真對待每一條已被發(fā)現(xiàn)的裂縫，分析產(chǎn)生裂縫的原因，嚴(yán)格按有關(guān)要求進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處理。

裂縫修補(bǔ)主要可采用噴涂法、粘貼法、充填法和灌漿法等方法。

(1)噴涂法適用于寬度小于0.3 mm 的表層裂縫修補(bǔ)。

(2)粘貼法分表面粘貼法和開槽粘貼法兩種，前者適用于裂縫寬度小于0.3 mm 的表層裂縫修補(bǔ)，后者適用于裂縫寬度大于0.3 mm 的表層活縫修補(bǔ)。

(3)充填法適用于縫寬大于0.3 mm 的表層裂縫修補(bǔ)、深層裂縫及貫穿裂縫外露縫面處理。

(4)灌漿法適用于深層裂縫、貫穿裂縫、混凝土內(nèi)部裂縫的修補(bǔ)。

修補(bǔ)時機(jī):對已經(jīng)穩(wěn)定不再發(fā)展的裂縫應(yīng)及時處理;對于尚未發(fā)展穩(wěn)定的裂縫，應(yīng)待其穩(wěn)定后再行處理或裂縫開度中等偏大時處理或采用特殊方法處理。

5.2 Ⅰ類裂縫處理

大體積混凝土Ⅰ類裂縫經(jīng)監(jiān)理工程師確認(rèn)后一般可不作修補(bǔ)。

5.3 Ⅱ類裂縫處理

主要采用表面噴涂法和灌漿法進(jìn)行處理。對重要部位的Ⅱ類裂縫可根據(jù)現(xiàn)場具體情況采用鋼筋網(wǎng)補(bǔ)強(qiáng)。

5.4 Ⅲ類、Ⅳ類裂縫處理

5.4.1 裂縫在非大壩迎水面

Ⅲ類、Ⅳ類外露裂縫產(chǎn)生在非大壩迎水面的部位視重要程度采用如下方法之一。

(1)化學(xué)灌漿法加表面噴涂法，主要適用于Ⅲ類裂縫;

(2)化學(xué)灌漿法加鑿槽嵌填止水材料加表面噴涂法，主要適用于Ⅳ類裂縫和重要部位的Ⅲ類裂縫;

(3)化學(xué)灌漿法加鑿槽嵌填止水材料加表面噴涂法加錨固法，主要適用于對結(jié)構(gòu)有整體性影響的Ⅳ類裂縫和Ⅲ類裂縫。

5.4.2 裂縫在大壩迎水面

Ⅲ類、Ⅳ類裂縫產(chǎn)生在大壩迎水面的部位視重要程度采用如下方法之一。

(1)化學(xué)灌漿法加充填粘貼法;

(2)化學(xué)灌漿法加充填粘貼法加錨固法。

5.4.3 裂縫分布于壩體中部

Ⅲ類、Ⅳ類混凝土內(nèi)部裂縫分布于壩體中部，貫穿深度較大，隱蔽性較強(qiáng)，主要采用鉆孔穿過裂縫進(jìn)行水泥灌漿或者化學(xué)灌漿處理，同時根據(jù)裂縫出現(xiàn)的部位不同及危害程度，可選取鋼筋網(wǎng)、錨筋樁、預(yù)應(yīng)力錨桿、對穿錨索或者端頭膠結(jié)錨索等加固。

6 常用的裂縫處理方法

6.1 錨固法

根據(jù)裂縫出現(xiàn)的部位不同，可選取錨筋樁、預(yù)應(yīng)力錨桿、對穿錨索或者端頭膠結(jié)錨索等加固裂縫出現(xiàn)區(qū)域或者布置在限制裂縫發(fā)展方向區(qū)域，錨固施工應(yīng)在灌漿完成后3～7d(化學(xué)灌漿)或14d(水泥灌漿)進(jìn)行。

(1)錨筋樁。在裂縫分布區(qū)域或者要求限制裂縫發(fā)展方向的區(qū)域布置，布置方向應(yīng)與裂縫面垂直，參見圖1。鉆孔直徑90～110 mm，間排距1.5×1.5～3.0×3.0 m，孔深穿過裂縫3 m，孔內(nèi)布置332 螺紋鋼筋，灌注與壩體混凝土同等強(qiáng)度等級的水泥漿或者水泥砂漿。

(2)預(yù)應(yīng)力錨索。預(yù)應(yīng)力錨索的噸位、布設(shè)方向、孔深設(shè)置，需由設(shè)計方分析計算確定。

圖1 錨筋樁布置典型示意

6.2 鋼筋網(wǎng)補(bǔ)強(qiáng)

對增長縫發(fā)展方向(包括壩段內(nèi)方向和相鄰壩段方向)布置限裂鋼筋網(wǎng)，鋼筋采用II 級螺紋鋼，直徑28～32，間排距20 cm，縫發(fā)展方向2～4 層，層間距40 cm。鋼筋在縫兩側(cè)長度分別為1.5～2.0 m，超過縫兩端1.0～2.0 m，長短間錯布置，參見圖2。

圖2 鋼筋網(wǎng)布置典型示意

6.3 鑿槽嵌縫

施工工藝參見圖3，具體要求如下:

(1)沿裂縫鑿U 型槽，鑿槽頂寬8～10 cm，深度5～8 cm，底寬5～8 cm，鑿槽向裂縫兩端順延0.5 m，并清洗干凈;

(2)槽底面用砂漿找平并鋪設(shè)隔離膜，回填預(yù)縮砂漿;

(3)縫面為澆筑倉面時，槽外回填砂漿與原混凝土面齊平;縫面為橫縫面時，嵌填2 cm 厚SR－2 塑性止水材料，要求壓實(shí)并與原混凝土面齊平。

圖3 混凝土內(nèi)部裂縫鑿槽嵌縫修補(bǔ)典型示意

7 質(zhì)量檢查

進(jìn)行過水泥灌漿和化學(xué)灌漿的混凝土裂縫，灌漿后必須進(jìn)行壓水和聲波檢查，每條裂縫至少有兩組檢查孔，縫面透水率不大于0.1Lu，聲波波速滿足相應(yīng)部位混凝土質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)要求。

對重要部位的II、III 類裂縫和IV 類裂縫處理后需進(jìn)行鉆孔取芯檢查，觀察其縫面漿液結(jié)石和充填情況，并測定其力學(xué)指標(biāo)是否達(dá)到相應(yīng)部位混凝土設(shè)計要求值。

8 結(jié)論

在官地水電站的施工過程中，按照上述方法對大壩出現(xiàn)的裂縫采取恰當(dāng)?shù)男扪a(bǔ)技術(shù)及時進(jìn)行處理，避免了裂縫的進(jìn)一步擴(kuò)大及其對大壩結(jié)構(gòu)安全產(chǎn)生的不良影響。官地工程的設(shè)計和施工實(shí)踐表明:上述混凝土裂縫修補(bǔ)技術(shù)方法可以安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理的對混凝土裂縫進(jìn)行有效的處理，對工程施工的順利進(jìn)行及工程的質(zhì)量有重要意義。