狗魚塘水庫壩體基礎(chǔ)混凝土裂縫成因及治理措施淺析

豐啟順

(貴州省水利投資（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，貴州貴陽550002）

狗魚塘水庫壩體基礎(chǔ)混凝土裂縫成因及治理措施淺析

豐啟順

(貴州省水利投資（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，貴州貴陽550002）

水庫大壩混凝土由于體積較大，施工中受溫度等多種因素影響產(chǎn)生裂縫，直接威脅大壩安全。針對(duì)狗魚塘水庫基礎(chǔ)墊層混凝土出現(xiàn)的裂縫進(jìn)行分析，認(rèn)為產(chǎn)生原因?yàn)榛炷良?jí)配變化、未采取溫控措施、未設(shè)縱縫，提出裂縫處理方案為裂縫寬度大于0.2 mm水泥灌漿、裂縫寬度小于0.2 mm化學(xué)灌漿、在裂縫面上方布置騎縫鋼筋。方案實(shí)施后，4#和6#壩段滿足規(guī)范要求，5#壩段兩處裂縫灌漿水泥結(jié)石體填充質(zhì)量不滿足規(guī)范要求，建議進(jìn)行補(bǔ)充灌漿。

壩體；基礎(chǔ)混凝土；裂縫；分析及處理

狗魚塘水庫是一座?。á瘢┬退畮?，水庫大壩最大壩高67 m。壩體為C15四級(jí)配混凝土重力壩，基礎(chǔ)墊層為二級(jí)配C20常態(tài)混凝土。在基礎(chǔ)墊層混凝土澆筑施工中，因冬季施工溫控措施不到位，增加水泥用量混凝土水化熱增大，砂石骨料供應(yīng)不足中途停止?jié)仓榷喾N原因，導(dǎo)致已澆筑的基礎(chǔ)墊層混凝土出現(xiàn)裂縫。因裂縫發(fā)現(xiàn)和處理及時(shí)，有效避免裂縫對(duì)后續(xù)工程造成影響。

1 基礎(chǔ)混凝土裂縫產(chǎn)生及分布情況

2015年8月24日~10月17日澆筑大壩6#壩段基礎(chǔ)墊層；2015年8月28日~10月25日澆筑4#壩段基礎(chǔ)墊層；2015年9月15日~11月9日澆筑5#壩段基礎(chǔ)墊層。施工中因砂石骨料供應(yīng)量不足，大壩4#、5#、6#（部分）三個(gè)壩段基礎(chǔ)混凝土先后澆筑到550.50 m高程后停止施工，此時(shí)共完成大壩基礎(chǔ)混凝土澆筑方量約為6000 m3。

2015年11月2日至11月28日發(fā)現(xiàn)大壩4#、5#、6#三個(gè)壩段共產(chǎn)生裂縫9條裂縫，最大縫寬8.5 mm。度汛結(jié)束恢復(fù)施工前，2016年9月對(duì)大壩基礎(chǔ)混凝土裂縫進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)共發(fā)現(xiàn)裂縫21條（含支縫）。其中4#壩段8條，5#壩段6條，6#壩段7條。采用多功能混凝土超聲波檢測(cè)儀等設(shè)備對(duì)基礎(chǔ)混凝土裂縫平面分布、裂縫寬度及深度進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)情況見圖1、表1。

2 裂縫產(chǎn)生原因分析

通過對(duì)混凝土澆筑時(shí)間、使用材料、裂縫分布發(fā)展情況綜合分析，大壩基礎(chǔ)混凝土裂縫產(chǎn)生的原因有級(jí)配變化、未采取有效溫控措施、未設(shè)置縱縫。

圖1基礎(chǔ)混凝土裂縫平面分布圖

2.1 混凝土級(jí)配變化及增加水泥用量，混凝土水化熱增大

隨機(jī)對(duì)大壩基礎(chǔ)裂縫部位的混凝土進(jìn)行取芯檢測(cè)抗壓強(qiáng)度，二級(jí)配C20混凝土抗壓強(qiáng)度達(dá)25.2～35.2 MPa，達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的126%~176%，其檢測(cè)結(jié)果反映混凝土抗壓強(qiáng)度普遍偏高，排除混凝土低強(qiáng)問題。查閱工程資料，原設(shè)計(jì)為四級(jí)配混凝土，每方混凝土水泥用量為99 kg；而施工中更改為二級(jí)配混凝土，每方混凝土水泥用量為217 kg；每方混凝土的水泥用量增大118 kg造成水化熱增大，混凝土拉應(yīng)力小于混凝土的熱漲應(yīng)力，而溫控措施未及時(shí)同步跟上導(dǎo)致混凝土裂縫產(chǎn)生。

表1 裂縫寬度及深度統(tǒng)計(jì)分析表

2.2 冬季低溫時(shí)段澆筑未采取有效溫控措施保護(hù)

2015年11月2日~11月28日發(fā)現(xiàn)裂縫時(shí)，該段時(shí)間正是當(dāng)?shù)剡M(jìn)入冬季降溫幅度最大時(shí)期，其中11月7日出現(xiàn)最大溫差為16℃，由于混凝土內(nèi)部與外部環(huán)境溫差變化較大，現(xiàn)場(chǎng)采用彩條布進(jìn)行保溫覆蓋達(dá)不到混凝土保溫效果，是導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂縫的另一個(gè)原因。

2.3 未設(shè)置縱縫對(duì)混凝土自由收縮產(chǎn)生約束

大壩基礎(chǔ)混凝土未按規(guī)范設(shè)置相應(yīng)的縱縫，4#、5#、5#三個(gè)壩段基礎(chǔ)混凝土上下游都澆抵邊坡基巖，混凝土熱脹冷縮產(chǎn)生的自由收縮受到邊坡基巖的約束。基礎(chǔ)混凝土裂縫平面分布圖反映，河床中部5#壩段的裂縫分布方向大致平行于壩軸線，而左岸4#壩段、右岸6#壩段的裂縫總體走向趨勢(shì)為壩塊中部裂縫方向大致平行于壩軸線，逐步向兩壩肩上下游方向呈發(fā)散狀，越接近上游側(cè)齒墻基礎(chǔ)處發(fā)散狀分布越明顯，說明壩塊基礎(chǔ)混凝土熱脹自由收縮受邊坡基巖約束較大。

3 裂縫處理方案

鑒于基礎(chǔ)混凝土裂縫產(chǎn)生主要是因?yàn)榛炷了療嶂率箟螇K產(chǎn)生溫度應(yīng)力問題，且混凝土澆筑時(shí)間較長(zhǎng)，混凝土水化熱反應(yīng)已降低不再形成新的裂縫影響。2016年10月提出裂縫處理方案主要為裂縫寬度大于0.2 mm水泥灌漿、裂縫寬度小于0.2 mm化學(xué)灌漿、在裂縫面上方布置騎縫鋼筋共3種方式進(jìn)行處理。

3.1 水泥灌漿

對(duì)比較嚴(yán)重的裂縫，應(yīng)在低溫季節(jié)，溫度降至壩體穩(wěn)定溫度即17℃后進(jìn)行灌漿。灌漿水泥采用42.5 MPa水泥，最大水泥顆粒外徑小于縫寬的1/5，細(xì)水泥漿液水灰比可采用3、2、1、0.5四級(jí)，灌注時(shí)由稀至濃逐級(jí)變換。灌漿壓力采用0.3 MPa，當(dāng)吸漿率大于0.5 L/min時(shí)，壓力應(yīng)小于0.3 MPa；當(dāng)吸漿率小于0.5 L/min時(shí)，適當(dāng)升壓，最大不超過0.5 MPa。

3.2 化學(xué)灌漿

化學(xué)灌漿材料選用環(huán)氧樹脂。環(huán)氧樹脂收縮率比水泥大得多約為2%，適宜灌較細(xì)的裂縫，低黏度漿液可灌入寬0.1 mm裂縫，高黏度漿液只能灌入0.2 mm寬的裂縫。同時(shí)環(huán)氧樹脂黏合力強(qiáng)、黏結(jié)強(qiáng)度高達(dá)0.6 MPa~1.0 MPa，抗拉強(qiáng)度3 MPa~5 MPa，可室溫固化，是化學(xué)灌漿首選灌漿材料?；瘜W(xué)灌漿壓力采用0.2 MPa~0.3 MPa，若吸漿量少就盡可能提高灌漿壓力。灌漿順序?yàn)樽酝庀蚶镞M(jìn)行，外側(cè)灌漿管灌漿時(shí)，打開內(nèi)側(cè)灌漿兼排氣管，直至灌漿管、裂縫縫面出漿時(shí)，暫停外側(cè)灌漿管灌漿，然后從內(nèi)側(cè)灌漿管灌漿，直至裂縫出漿時(shí)暫停灌漿。

4 裂縫處理效果分析

根據(jù)處理方案要求，2016年10月l7日~27日對(duì)壩體基礎(chǔ)混凝土裂縫進(jìn)行了灌漿處理，共完成裂縫處理21條，總長(zhǎng)207.40 m;完成灌漿孔133個(gè)，進(jìn)尺400 m,灌注水泥16.8 t。灌漿處理結(jié)束后，2016年11月21日對(duì)壩體裂縫密實(shí)度進(jìn)行了檢測(cè)，以分析裂縫內(nèi)水泥結(jié)石體充填程度。檢查時(shí)現(xiàn)場(chǎng)布置并檢測(cè)了15條裂縫，檢測(cè)結(jié)果反映總體裂縫處理效果比較明顯。除5#壩段因灌漿時(shí)冷卻管未封堵，2#、3#裂縫處理后仍存在局部不密實(shí)情況外，4#壩段、6#壩段裂縫灌漿處理效果達(dá)到設(shè)計(jì)要求。具體情況:

（1）4#壩段裂縫灌漿后裂縫脫空面積合計(jì)36.19 m2，裂縫灌漿前脫空面積225.85 m2，水泥結(jié)石體填充面積占灌漿前裂縫面積的84%，考慮4#壩段靠近岸坡位置尚未進(jìn)行壩基固結(jié)灌漿，地下涌水嚴(yán)重，靠近岸坡壩段裂縫灌漿壓力難以達(dá)到規(guī)范和設(shè)計(jì)要求。后期實(shí)施岸坡壩段周結(jié)灌漿時(shí)可對(duì)裂縫脫空部位灌漿補(bǔ)強(qiáng)，裂縫填充效果將得到提升、加強(qiáng)，水泥結(jié)石體填充面積占灌漿前裂縫面積的比例將大于85%。故判斷4#壩段裂縫灌漿質(zhì)量合格。

（2）5#壩段裂縫灌漿后裂縫脫空面積合計(jì)21.55 m2，裂縫灌漿前脫空面積78.32 m2，水泥結(jié)石體填充面積占灌漿前裂縫面積的72%，判斷5#壩段裂縫灌漿質(zhì)量不滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)要求。通過了解和分析，5#壩段裂縫灌漿水泥結(jié)石體填充效果不理想達(dá)不到規(guī)范和設(shè)計(jì)要求的原因，主要是灌漿鉆孔時(shí)破壞到冷卻水管，鉆孔和冷卻水管形成連通通道，灌漿時(shí)冷卻水管進(jìn)出口端未封閉，使整個(gè)灌漿孔未達(dá)到封堵狀態(tài)；當(dāng)灌漿達(dá)到一定壓力時(shí)，漿液從冷卻水管端口冒出產(chǎn)生漏漿，導(dǎo)致裂縫部分脫空面積漿液充填不滿，從而產(chǎn)生5~3裂縫脫空面積較大的問題。

（3）6#壩段裂縫灌漿后裂縫脫空面積合計(jì)7.15 m2，裂縫灌漿前脫空面積69.55 m2，水泥結(jié)石體填充面積占灌漿前裂縫面積的90%，故判斷6#壩段裂縫灌漿質(zhì)量滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)要求。6#壩段靠近岸坡位置尚未進(jìn)行壩基固結(jié)灌漿，靠近岸坡壩段實(shí)施岸坡壩段固結(jié)灌漿時(shí)可對(duì)裂縫脫空部位灌漿補(bǔ)強(qiáng)，裂縫填充效果將得到進(jìn)一步提高。

對(duì)于5#壩段5~2、5~3裂縫灌漿水泥結(jié)石體填充質(zhì)量不滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)要求的問題，建議設(shè)計(jì)單位重新提出灌漿技術(shù)要求和檢測(cè)方法，施工單位進(jìn)行補(bǔ)充灌漿，直到灌漿效果滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)要求。補(bǔ)充灌漿時(shí)選擇在溫度低于10℃時(shí)段進(jìn)行，漿液水灰比可采用2、1、0.5三級(jí)由稀至濃，開始宜灌注水灰比為2的漿液，待排氣管出漿后，改換水灰比為1的漿液。當(dāng)排氣管排出的漿液水灰比接近1時(shí)，換成水灰比0.5的漿液灌注。灌漿壓力采用0.3 MPa，當(dāng)吸漿率大于0.5 L/min時(shí)，壓力應(yīng)小于0.3 MPa；當(dāng)吸漿率小于0.5 L/min時(shí)，適當(dāng)升壓，最大不超過0.5 MPa。

5 結(jié)語

水工混凝土因體積大的特殊性，施工難免產(chǎn)生裂縫問題，特別是夏季高溫和冬季低溫天氣澆筑大壩壩體混凝土?xí)r，必須掌握氣溫并做好溫控和養(yǎng)護(hù)措施，條件允許時(shí)應(yīng)盡量選用低熱水泥，摻和粉煤灰和減水劑等材料，混凝土澆筑后及時(shí)進(jìn)行表面保溫和保濕。同時(shí)在設(shè)計(jì)上充分考慮壩體基礎(chǔ)大體積混凝土澆筑時(shí)溫度應(yīng)力因素，合理設(shè)置結(jié)構(gòu)縫，留給壩塊自由伸縮的空間。通過多種方法綜合運(yùn)用，可最大限度降低混凝土裂縫產(chǎn)生的幾率，保證工程施工質(zhì)量的同時(shí)加快工程建設(shè)進(jìn)度。

TV544

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1673-9000（2017）03-0067-02

2016-01-09

豐啟順（1976-），男，貴州興義人，高級(jí)工程師，主要從事水利工程質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)建設(shè)管理工作。