羅圈背水庫混凝土裂縫修補(bǔ)技術(shù)研究

魏 新

(遼寧水利土木工程咨詢有限公司，遼寧 沈陽 110003)

羅圈背水庫混凝土裂縫修補(bǔ)技術(shù)研究

魏 新

(遼寧水利土木工程咨詢有限公司，遼寧 沈陽 110003)

遼寧東港市羅圈背水庫迎水側(cè)壩體、背水側(cè)壩體、溢流堰面裂縫表面出現(xiàn)了滲漏、表面混凝土缺損等現(xiàn)象。為了修補(bǔ)這些裂縫，修補(bǔ)施工中采用了遇水膨脹的柔性灌漿料灌注縫內(nèi)部、微細(xì)化學(xué)漿液緩慢滲透裂縫內(nèi)外、手刮聚脲彈性體表面封閉等技術(shù)措施，其主要技術(shù)手段為化學(xué)灌漿、手刮聚脲表面封閉。檢測表明：采用聚氨酯類柔性灌漿料、手刮聚脲彈性體處理溢流堰面部位的溫度縫、裂縫、施工縫，可以取得較好的修補(bǔ)效果，修補(bǔ)后裂縫表面能夠適應(yīng)各種復(fù)雜工況，能夠適應(yīng)東港地區(qū)的冷熱溫度變化，適應(yīng)凍融環(huán)境；修補(bǔ)處理后，不影響溫度縫發(fā)揮其正常的變形作用；通過黏結(jié)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)手刮聚脲材料不僅與混凝土基面具有較好的黏結(jié)性能，同時(shí)滿足抗沖耐磨要求，對溢流堰面結(jié)構(gòu)縫的保護(hù)具有很好的作用。

混凝土裂縫；修補(bǔ)；技術(shù)

1 工程概況

羅圈背水庫位于遼寧省東港市大洋河支流小洋河中游段，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)100年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)500年一遇，由攔河壩、溢洪道、輸水洞(兼泄洪洞)和發(fā)電站組成，壩頂設(shè)工作橋、交通橋。壩頂總長249.65m，其中擋水壩段長209.45m、溢流壩段長40.20m ，凈寬35.40m；工作橋凈寬3.30m，橋面高程97.00m；交通橋凈寬2.90m，橋面高程92.00m。溢洪道為實(shí)用斷面堰結(jié)構(gòu)，采用克-奧Ⅱ型曲線堰型，采用平滑鼻坎自由挑流式消能方式，最大下泄流量1065.65m3/s。3孔弧形鋼閘門凈尺寸均為11.8m×5.25m，中間閘墩厚1.4m，邊墩厚1.0m。堰頂高程85.00m，設(shè)計(jì)過水?dāng)嗝嫠?.43m；堰面曲線在高程75.3m處與1∶0.6直線段相切，挑流鼻坎高程65.00m，反弧半徑為10m，挑射角θ=25°；溢流壩迎水面高程71.00m處有一折坡點(diǎn)，以下坡度為1∶0.1575，以上為垂直面。水庫最大庫容5141萬m3，主要水工建筑物為3級。羅圈背水庫是一座以灌溉為主，兼顧防洪、發(fā)電、養(yǎng)魚等綜合利用的中型水庫。工程于1970年9月動工興建，1972年10月大壩主體完工并開始蓄水，1975年完成電站機(jī)組安裝，投入正常發(fā)電。

2 2002年裂縫普查情況

2002年，現(xiàn)場對羅圈背水庫壩體進(jìn)行安全檢測發(fā)現(xiàn)，壩體混凝土防滲面板(不含溢洪道上游防滲面板)共有17條豎向裂縫和6條水平裂縫。在0+262樁號處有1條直貫壩頂?shù)牧芽p，最大縫寬2mm。該處在1973年曾用環(huán)氧樹脂涂貼橡膠板處理過，此次檢測發(fā)現(xiàn)在該樁號處防滲面板又已開裂；Ⅰ區(qū)87.98～89.08m高程處有1條水平裂縫，在樁號0+222.5以左全部貫通。

為查看裂縫深度，在Ⅰ-3區(qū)選取上述水平貫通縫和該區(qū)的上、下貫通縫共2個(gè)裂縫騎縫鉆取芯樣，芯樣長度20cm，取樣后發(fā)現(xiàn)兩個(gè)芯樣裂縫均已縱貫整個(gè)芯樣，觀察鉆孔位置，孔內(nèi)裂縫十分明顯，裂縫中間有砂粒存在。

3 2002年和2011年裂縫檢測結(jié)果對比分析

為深入分析裂縫分布及新舊混凝土裂縫位置的相關(guān)性，現(xiàn)將2002年和2011年裂縫檢測分布結(jié)果進(jìn)行對比分析(見下圖)，兩次檢測時(shí)，庫區(qū)水位高程比較接近。發(fā)現(xiàn)二者裂縫位置中，樁號相距不到1m的只有1條。此外，2011年檢測中防滲面板在調(diào)查水位以上沒有發(fā)現(xiàn)縱向裂縫。

2002年和2011年迎水側(cè)防滲面板裂縫分布比較圖

4 運(yùn)行管理中裂縫監(jiān)測統(tǒng)計(jì)結(jié)果

2007年10月15日，水庫管理局首次發(fā)現(xiàn)壩體混凝土裂縫后進(jìn)行了3次監(jiān)測統(tǒng)計(jì)。2008年1月13日(水位88.39m)，迎水側(cè)混凝土共26條裂縫(包括溢洪道防滲面板4條裂縫)，壩頂混凝土共30條裂縫，背水坡底部混凝土共10條裂縫； 2010年2月1日(水位81.23m)，迎水側(cè)混凝土裂縫發(fā)展到31條(包括溢洪道防滲面板4條裂縫)，壩頂面混凝土裂縫發(fā)展到44條； 2011年4月15日(水位88.95m)，壩頂混凝土裂縫發(fā)展到57條，背水坡底部混凝土裂縫仍為10條。2011年5月21日，遼寧省水利水電工程質(zhì)量檢測中心普查發(fā)現(xiàn)迎水側(cè)防滲面板(水位89.74m)混凝土有39條裂縫，包括溢洪道防滲面板4條裂縫。

從三次裂縫統(tǒng)計(jì)中發(fā)現(xiàn)，除了背水坡外，迎水側(cè)和壩頂混凝土裂縫數(shù)量均逐年遞增。其中，2008—2011年，迎水側(cè)裂縫數(shù)量增加了5條，壩頂裂縫數(shù)量增加了14條；到2011年，迎水側(cè)裂縫數(shù)量又增加了8條，壩頂裂縫數(shù)量又增加了13條。

5 裂縫初步分析

通過對裂縫調(diào)查與檢測結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得出如下結(jié)論：迎水側(cè)防滲面板裂縫有逐年增多的趨勢，結(jié)合壩后觀測裂縫寬度變化規(guī)律，初步判斷裂縫性質(zhì)為活縫； 對比2002年與2011年裂縫樁號，裂縫間距大小不一，但結(jié)合壩后無滲漏情況，初步分析，新舊混凝土裂縫位置并未完全重合，形成貫通；通過對迎水側(cè)防滲面板0.40mm、1.20mm和1.40mm寬度的裂縫鉆芯檢測發(fā)現(xiàn)，部分裂縫已貫通0.80m厚的加固防滲面板。

6 裂縫處理措施

針對羅圈背水庫攔河壩迎水側(cè)裂縫現(xiàn)狀及國內(nèi)外現(xiàn)有修補(bǔ)材料，初步選取五種方案進(jìn)行壩體迎水側(cè)防滲面板裂縫處理。

方案一：裂縫表面處理采用手刮聚脲，裂縫內(nèi)部處理采用化學(xué)灌漿。

方案二：裂縫表面處理采用T1密封帶+不銹鋼條錨固，裂縫內(nèi)部處理采用化學(xué)灌漿。

方案三：裂縫表面處理采用T1密封帶+SR蓋片+土工膜，裂縫內(nèi)部處理采用化學(xué)灌漿。

方案四：裂縫表面處理采用SR體系，裂縫內(nèi)部處理采用化學(xué)灌漿。

方案五：裂縫表面處理采用聚氨酯，裂縫內(nèi)部處理采用化學(xué)灌漿。

根據(jù)裂縫綜合分析結(jié)論、裂縫處理原則，結(jié)合羅圈背水庫現(xiàn)場工況，對比分析五種修補(bǔ)方案，最終選定方案一(手刮聚脲+化學(xué)灌漿)作為迎水側(cè)防滲面板和溢流堰面裂縫修補(bǔ)處理的首選方案。當(dāng)67.50～69.00m水位范圍不具備方案一施工條件時(shí)，采用方案二實(shí)施修補(bǔ)。

7 工藝技術(shù)要點(diǎn)

主要的修補(bǔ)材料有PU親水性聚氨酯密封止水灌縫材料、潮濕型快速固化界面劑、手刮聚脲彈性體、聚合物混凝土、高強(qiáng)砂漿、鋼塑纖維混凝土等。其中灌漿材料和手刮聚脲彈性體為使用最多的修補(bǔ)材料。

7.1 化學(xué)灌漿主要技術(shù)參數(shù)

布孔方式：距起止點(diǎn)10cm開始鉆孔，以雙側(cè)錯(cuò)位鉆孔為主，單側(cè)為輔，斜孔，單排，個(gè)別位置雙排布孔，其中外側(cè)為深孔。孔徑：14mm；鉆孔深度：50cm；鉆孔角度：最小30°，最大45°；鉆孔間距：現(xiàn)場根據(jù)注水效果在20～30cm范圍內(nèi)選取合適間距；灌漿壓力：最低0.3 MPa，最高0.5MPa(裂縫內(nèi)部壓力)；穩(wěn)壓時(shí)間：不少于10min，個(gè)別部位需要不少于30min。

7.2 化學(xué)灌漿工藝流程

化學(xué)灌漿施工的工藝流程為：施工準(zhǔn)備 → 查縫定位→ 布孔→ 鉆孔→ 鉆孔清理 → 安裝檢查嘴→ 壓水、壓氣檢查→安裝灌漿嘴→ 裂縫表面臨時(shí)性封堵→ 漿液配制 → 灌注漿液→ 質(zhì)量檢查(壓水檢測、取芯檢測)→ 去除表面臨時(shí)性封堵 → 封孔 → 表面處理。

7.3 表面封閉主要技術(shù)參數(shù)

SK手刮聚脲技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 SK手刮聚脲技術(shù)參數(shù)

使用SK手刮聚脲材料進(jìn)行縫表面粘貼，固化后的SK手刮聚脲涂膜平均厚度不小于2mm，一般縫開口部位表面涂膜厚度在3～4mm，SK聚脲涂刮寬度不小于40cm，SK聚脲涂層邊緣與縫口距離不小于20cm。

涂刮SK手刮聚脲的混凝土區(qū)域同時(shí)存在凍融、剝蝕、蜂窩、麻面、脫空、孔洞、鋼筋銹蝕及鼓脹破壞、凍脹破壞、局部缺失、局部振搗不實(shí)的，先進(jìn)行這些缺陷的預(yù)處理，然后進(jìn)行打磨，要求打磨平均深度為2.00～2.50mm，打磨后表面保持平整。

8 修補(bǔ)處理效果評價(jià)

8.1 裂縫灌漿效果評價(jià)

裂縫兩側(cè)有化灌漿液充填的檢查孔達(dá)到有效檢查孔總數(shù)的85%以上；黏結(jié)良好的裂縫數(shù)達(dá)到有化灌漿液充填裂縫總數(shù)的50%以上；芯樣抗拉試驗(yàn)裂縫面斷開時(shí)黏結(jié)強(qiáng)度不小于1.0MPa的芯樣數(shù)，加上混凝土斷裂而裂縫面未斷開的芯樣總數(shù)，達(dá)到進(jìn)行芯樣試驗(yàn)總數(shù)的75%以上；壓水試驗(yàn)合格的裂縫段達(dá)到壓水總段數(shù)的95%以上。

綜合分析檢查成果，在有效的86個(gè)檢查孔中，芯樣裂縫充填良好率為91%，芯樣黏結(jié)良好率為72%，透水率合格率為100%，壓水試驗(yàn)合格達(dá)到98%；混凝土內(nèi)部溫度裂縫化學(xué)灌漿漿液充填較好，滿足設(shè)計(jì)要求(見表2)。

表2 溢流堰面部分混凝土溫度縫、裂縫灌漿情況檢查結(jié)果

8.2 表面封閉質(zhì)量評價(jià)

對修補(bǔ)后的混凝土質(zhì)量進(jìn)行了現(xiàn)場目視、橡皮錘錘擊試驗(yàn)等外觀檢查，外觀檢查結(jié)果證明修補(bǔ)材料與混凝土結(jié)合密實(shí)，無施工缺陷。

涂層正拉黏結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果表明，涂層黏結(jié)強(qiáng)度在2.5 0MPa以上，涂層與基層黏結(jié)良好(見表3)。

表3 SK手刮聚脲涂層與混凝土面正拉黏結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

9 結(jié) 語

背水側(cè)壩體及溢流堰面混凝土內(nèi)部溫度裂縫化學(xué)灌漿已完成，綜合分析灌漿充填黏結(jié)效果和芯樣力學(xué)試驗(yàn)成果，化學(xué)灌漿施工質(zhì)量總體滿足設(shè)計(jì)要求。

經(jīng)過生產(chǎn)性試驗(yàn)和現(xiàn)場施工摸索，總結(jié)出“延長漿材操作時(shí)間、低壓低速慢灌、排氣排水排漿、自下向上升層、持壓屏漿結(jié)束”的灌漿工藝，以該工藝對裂縫進(jìn)行充分充填是行之有效的。

綜合分析試驗(yàn)成果，化學(xué)灌漿施工質(zhì)量總體滿足設(shè)計(jì)要求，對溢流堰面裂縫采取以遇水膨脹型的聚氨酯柔性材料為主的化學(xué)灌漿措施進(jìn)行處理是必要的。實(shí)踐證明，化學(xué)灌漿可以有效填充裂縫、提高裂縫面強(qiáng)度、消除裂縫的不利影響，防水防滲，對恢復(fù)溢洪道的整體安全性有重要作用。

從試驗(yàn)結(jié)果看，表面涂層與混凝土的黏結(jié)性能較好，隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的增加，黏結(jié)強(qiáng)度也逐漸增加，涂層正拉黏結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果表明涂層與混凝土基面黏結(jié)強(qiáng)度均在2.50MPa以上，涂層與基層黏結(jié)良好，可以有效抵抗泄洪水流的沖磨。

修補(bǔ)工程實(shí)踐和現(xiàn)場試驗(yàn)表明，采用以PU親水性聚氨酯密封止水灌縫材料、手刮聚脲彈性體、潮濕型快速固化界面劑為主的修補(bǔ)材料，結(jié)合聚合物混凝土、高強(qiáng)砂漿、鋼塑纖維混凝土等輔材綜合性修補(bǔ)處理該水庫溢流堰面溫度縫、裂縫缺陷，可以有效提高構(gòu)件抗?jié)B漏、抗沖耐磨性能，延長工程使用壽命。

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Research into Repair and Supplementation Technologies of Concrete Crack in Luoquanbei Reservior

WEI Xin

(LiaoningWaterConservancyandCivilWorksConsultingCo.,Ltd.,Shenyang110003,China)

In Liaoning Donggang Luoquanbei reservoir, the upstream dam body, downstream dam body and overflow weir crack surface suffer from seepage and the surface defects of concrete. In order to repair and supplement the crack, the flexible grouting materials (expanding in contact with water) are filled into the joint, tiny chemical slurry slowly seeps inside and outside the crack and surface is sealed up by scraping polyurea flexible body. The main technical measures include chemical grouting and scraping polyurea surface sealing. The inspection result reveals: If temperature joint, crack and construction joint on the surface of overflow weir are treated by polyurethane flexible grouting materials, scraping polyurea flexible body, it can achieves rather favorable repair and supplementation effect; after repairing and supplementation, the cracking surface can adapt to various complex conditions, low/high temperature change of Donggang City and freeze thawing environment; after repairing and supplementation, it does not affect the normal deformation role of temperature joint; the viscosity test result reveals: scraping polyurea materials not only enjoy rather favorable adhesive property to the concrete surface, but aslo meet impact and wear resistant requirements and play a very good role in protecting the structural joint on the surface of overflow weir.

Concrete Crack; Repair and Supplementation; Technology

10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2017.02.003

TV544

B

1673-8241(2017)02- 0022- 05

施工技術(shù)