水口水電站溢流面裂縫檢測及分析

王紹斯，陳澤欽，劉 棖

(1.福建億力集團有限公司， 福建 福州 350001；2.國網(wǎng)福建省電力有限公司電力科學(xué)研究院， 福建 福州 350007；3.福建水口發(fā)電集團有限公司， 福建 福州 350001)

水口水電站位于福建省閩江干流上，樞紐工程包括擋水壩、發(fā)電廠房、溢流壩、通航建筑物等，電站裝機容量1 400 MW，壩型為混凝土重力壩，最大壩高101 m。大壩一共分為42個壩段。其中，23#至35#壩段為泄水壩段，溢洪道消能形式為挑流消能，挑流鼻坎為連續(xù)式鼻坎，總長243 m，共設(shè)12孔溢洪道，堰頂高程43 m，單孔寬度15 m，采用瀝青井、橡膠、止水銅片等防滲型式。大壩溢洪道為分期分層澆搗，存在層面縫，運行期由于多種原因又形成了不規(guī)則裂縫，且在層面縫和裂縫間出現(xiàn)不同程度的滲漏，對溢洪道運行產(chǎn)生一定的影響。

本文簡要介紹大壩溢流面歷次檢查和修補情況、裂縫擴展情況和修補效果，通過此次定期的現(xiàn)場裂縫調(diào)查，詳細了解挑流鼻坎表面裂縫性狀(長度、寬度、走向等)。選取較寬較長裂縫，采用鉆孔超聲波對測法[1]進行深度檢測，對挑流鼻坎進行混凝土強度、碳化和鋼筋銹蝕檢測以及耐久性進行評價，為挑流鼻坎的下一步加固補強提供技術(shù)支持。

1 大壩溢流面裂縫歷次調(diào)查情況

1996年至1997年，水口電建公司對挑流鼻坎表面2#—12#孔范圍內(nèi)的挑流鼻坎表面結(jié)構(gòu)縫、層面縫、裂縫，采用HK-G型低黏度、高強度環(huán)氧樹脂及水溶性聚氨酯LW、HW化學(xué)灌漿方式進行防滲處理，共計修補結(jié)構(gòu)縫86.5 m，層面縫422.3 m，裂縫650.8 m。

2000年1月水口水電廠對溢洪道1#—6#孔挑流鼻坎表面反弧段混凝土表面進行防護處理，采用HK-96系列增厚環(huán)氧涂料。挑流鼻坎表面裂縫、施工縫處理采用騎縫鑿“V”型槽，力頓快干水泥封縫，用拔管法制作小空腔，在表面涂刷HK-96系列增厚環(huán)氧，最后采用HK-G-2型低粘度環(huán)氧灌漿方式，共計893.4 m，表面防護處理3 940 m2。2000年11月對溢洪道7#—12#孔挑流鼻坎表面反弧段混凝土表面進行防護處理，挑流鼻坎表面裂縫、施工縫采取相同施工工藝處理342.3 m，表面防護處理3 940 m2。

通過歷次的大壩溢流面裂縫調(diào)查分析及處理結(jié)果，水口大壩能夠平穩(wěn)安全泄洪，保證壩體的安全。在水口大壩第二輪定期檢查中，發(fā)現(xiàn)溢流表孔直線段及反弧段均有兩道縱向裂縫，為了較為全面分析判斷當前溢流壩段的裂縫發(fā)展狀況，對水口電站挑流鼻坎補強加固工作更加有針對性，能夠較好地處理當前所存在的裂縫病害，文中按以下幾方面開展裂縫檢測。

2 溢流面混凝土裂縫檢測及分析

2.1 裂縫特征檢測

裂縫特征檢測使用的設(shè)備有強光燈、卷尺、讀數(shù)顯微鏡、DJCK-2型裂縫測寬儀、RS-ST01C智能型聲波檢測儀、40 kHz高頻平面換能器、數(shù)碼相機等。裂縫特征檢測分為以下三部分內(nèi)容：

(1) 裂縫長度測量。借助設(shè)備細致檢查大壩挑流鼻坎表面裂縫，并對裂縫進行編號，用數(shù)碼相機拍照，用卷尺測定裂縫的起、止位置，量測裂縫長度。并繪制在展示圖上，統(tǒng)計裂縫的長度。

(2) 裂縫寬度檢測。在每條裂縫上布置2～3個測點進行量測(較長裂縫布置4～6個測點)，取每條裂縫的平均寬度作為該裂縫的寬度。

(3) 裂縫深度檢測。根據(jù)裂縫調(diào)查情況，抽取4個壩段(分別為25#、26#、31#、33#壩段)中的12條典型裂縫采用鉆孔超聲波對測法進行深度檢測。

方便統(tǒng)計，大壩溢流壩段下游側(cè)溢流面統(tǒng)一按照壩段來劃分，由北向南依次為23#—35#壩段，其中部分典型壩段溢流面裂縫示意圖，如圖1所示。規(guī)定與壩軸線方向平行的裂縫為縱向裂縫，橫向裂縫為與壩軸線垂直方向。基于溢流壩面裂縫表面長期受水流沖刷、氣蝕，采用光學(xué)儀器所測得裂縫表面寬度不能真實反應(yīng)裂縫實際寬度，現(xiàn)場采用塞規(guī)對裂縫測量寬度，測量前選擇裂縫較完整段，剔除表面防護層并將裂縫吹洗干凈進行測量，現(xiàn)場已經(jīng)修補過的裂縫按表面是否重新開裂劃分為未開展或重新開展兩類。

通過對裂縫進行調(diào)查，溢流面斜直段和挑流鼻坎反弧段的13個壩段混凝土共發(fā)現(xiàn)裂縫423條，其中縱向裂縫211條，橫向裂縫125條，斜向裂縫87條，裂縫總長度2 495.5 m；其中裂縫寬度小于0.2 mm的有304條，縫寬在0.2 mm～0.3 mm的裂縫87條，縫寬在0.3 mm～0.5 mm的裂縫32條，未測得縫寬大于0.5 mm的裂縫。

按文獻[2]規(guī)定，對水工混凝土裂縫根據(jù)其寬度和深度分為A類、B類、C類，由于大多數(shù)裂縫無法進行深度檢測，本次只對部分測試深度的裂縫進行裂縫歸類，詳見表1。

圖1 部分典型壩段溢流面裂縫示意圖

溢流壩下游挑流鼻坎外立面檢測共發(fā)現(xiàn)9處滲水，滲水位置為分層施工時的施工縫處，滲水沿層面縫線狀分布，并且伴隨明顯析鈣，其中，壩段分縫對應(yīng)的位置滲水量更大。溢流壩下游外立面裂縫54條，長度總計508.8 m，其中析鈣長度總計188.5 m。

通過統(tǒng)計分析，裂縫走向性狀：縱向縫約占總裂縫數(shù)量1/2；橫向縫和不規(guī)則斜縫約占1/2，且橫向縫多于不規(guī)則斜縫；斜直段上多為縱向縫且多連通整個壩段，反弧段的裂縫主要以縱向裂縫為主(寬度較大)，與不規(guī)則的斜向縫和橫向裂縫組成網(wǎng)裂，大部分裂縫位于溢流面的斜直段末尾至反弧段邊緣一帶。裂縫內(nèi)部走向大致分為三種情況：(1) 位于溢流面斜直段上的縱縫，內(nèi)部走向為向上游側(cè)延伸；(2) 位于反弧段上的縱縫，內(nèi)部走向為向下游側(cè)延伸；(3) 橫縫和斜縫走向不規(guī)則，以豎直向下為主，徘徊向下發(fā)育。

2.2 專項檢測及評價

2.2.1 鋼筋銹蝕電位檢測

鋼筋銹蝕狀況用鋼筋銹蝕測定儀檢測，采用半電池電位法對鋼筋銹蝕情況進行測量。本次對12個溢洪道挑流鼻坎均進行了鋼筋銹蝕電位檢測，共計12個測區(qū)，并分別對2#孔、3#孔和9#孔進行了鑿開觀察，鑿出鋼筋直接測定鋼筋的剩余直徑，測區(qū)布置見圖2。根據(jù)檢測結(jié)果，按文獻[2]的評判標準判斷混凝土中鋼筋銹蝕的概率或鋼筋正在發(fā)生銹蝕的活動性詳細成果見表2。

圖2 鋼筋銹蝕位置及現(xiàn)狀

1#—12#孔處鋼筋的銹蝕電位檢測結(jié)果表明，各測區(qū)鋼筋銹蝕情況均屬于A類銹蝕，即輕度銹蝕(混凝土完好，但鋼筋局部存在銹蝕)。通過對2#溢流孔、3#溢流孔和9#溢流孔混凝土鑿除觀察，發(fā)現(xiàn)以上3個孔內(nèi)鋼筋表面存在輕微銹跡，但均未出現(xiàn)順筋開裂剝落。

2.2.2 混凝土強度檢測

混凝土強度檢測采用回彈法[3]。測區(qū)均勻分布，相鄰兩測點的間距為20 cm，測區(qū)避開鋼筋密集區(qū)和預(yù)埋件，測試時選擇構(gòu)件表面平整、干燥，沒有接縫并避開蜂窩、麻面部位，必要時采用砂輪將對表面磨平，并進行清潔。每個溢洪道各取2個斷面進行強度檢測，共計24組，測區(qū)斷面分別位于溢洪道斜直段中間位置和反弧段，混凝土強度采用碳化回彈綜合法。由現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)可知，實測溢流面混凝土強度推定值為46.8 MPa～60 MPa，大于C40的設(shè)計強度，滿足要求。

2.2.3 混凝土碳化狀況檢測

構(gòu)件的碳化深度測量時每個被測構(gòu)件選取3個測點，每個測點在不同位置量測3個測值，測試時用沖擊鉆在測區(qū)表面鉆開直徑為15 mm的孔洞，其深度應(yīng)大于混凝土的碳化深度，清除洞中的粉末和碎屑后，立即用1%的酚酞酒精溶液滴在孔洞內(nèi)壁的邊緣處，碳化部分的混凝土不變顏色，而未碳化部分的混凝土?xí)兂勺霞t色，然后用碳化深度測量儀測量已碳化與未碳化混凝土交界面到混凝土表面的垂直距離，每次讀數(shù)應(yīng)精確至0.25 mm，取3次測量的平均值作為檢測結(jié)果，并精確至0.5 mm。

根據(jù)檢測目的，碳化檢測對應(yīng)回彈測區(qū)布置，每個溢流孔布置2個斷面，共計24個測區(qū)，檢測結(jié)果顯示，溢流面混凝土和閘墩導(dǎo)墻混凝土碳化深度接近，均在1.5 mm范圍以內(nèi)，屬于A類碳化[2]。這與溢流面混凝土密實性好并做過表面防護的實際情況相符。

3 裂縫產(chǎn)生的原因

根據(jù)水口電站溢流壩段裂縫特征檢測結(jié)果和專項檢測結(jié)果，存在于溢流面及挑流鼻坎的裂縫大致可以分為三類，第一類為斜直段的縱向貫通裂縫(以淺表裂縫為主)；第二類為反弧段的兩條通長貫通裂縫(深層裂縫)；第三類為大量的無規(guī)律淺表裂縫。結(jié)合設(shè)計、施工資料和裂縫的分布位置及性狀分析，以上三類裂縫產(chǎn)生的原因主要如下：

(1) 位于斜直段的裂縫主要與結(jié)構(gòu)的受力有關(guān)，該段結(jié)構(gòu)混凝土施工時采用了分臺階澆筑法，臺階的設(shè)置尺寸偏大，所以臺階的尖角影響突出，澆筑塊體性差，相應(yīng)地在臺階的尖角處產(chǎn)生了縱向的貫穿裂縫，其裂縫的規(guī)律性比較明顯。

(2) 反弧段存在兩條大的通長貫通縱縫(已經(jīng)過注漿處理)，以這兩條裂縫為主線，周邊分布大量的細小裂縫，反弧段位置混凝土受溫度影響較為敏感，該位置裂縫主要與溫控措施不力有關(guān)，同時反弧段下游側(cè)的通長貫通縱縫與26 m高程處臺階尖角正好對應(yīng)，深度基本貫穿，所以其開裂受尖角的影響突出。

(3) 其余存在于溢流面上的裂縫，其分布規(guī)律性較差，寬度和和深度相對較小，除了受施工質(zhì)量的影響外，混凝土本身的干縮和溫度也是造成該類裂縫產(chǎn)生的重要因素。

4 裂縫危害及處理措施

溢流壩段存在較多裂縫，裂縫的過多或過寬，不僅會影響建筑的外觀，也會影響壩體的安全，已有工程中采用了大壩混凝土裂縫監(jiān)測系統(tǒng)實時監(jiān)測[4]。

溢流面的混凝土產(chǎn)生裂縫后，溢流面結(jié)構(gòu)的受力鋼筋承擔拉應(yīng)力，若配筋率足夠大，則淺層裂縫對整個結(jié)構(gòu)的影響不太大；當混凝土裂縫過寬過深時，就要考慮其破壞作用，本次檢測中發(fā)現(xiàn)存在一部分深度較深的裂縫，如果這些裂縫不及時處理，混凝土內(nèi)的鋼筋長期暴露在空氣中，干濕交替會加速銹蝕，混凝土碳化等不利影響，降低結(jié)構(gòu)安全度直至遭到破壞。

反弧段14#—31#裂縫基本與26 m高程處臺階貫穿，使裂縫與澆筑時留下的層面縫形成了滲水通道，長期的滲水并伴有析出物，會導(dǎo)致層面縫周圍混凝土疏松，滲水通道也相應(yīng)地會增大，削弱兩層混凝土之間的粘結(jié)，加之挑流鼻坎表面本身裂縫縱橫交錯，不可避免的要分割出一些契形塊體，這類病害發(fā)展到一定程度，會增加契形塊體會被高速水流沖走的風(fēng)險。因此，工程中應(yīng)當盡量減少產(chǎn)生混凝土裂縫，預(yù)防或避免貫穿性、貫通性裂縫的發(fā)生，對于已形成的混凝土裂縫應(yīng)當采取相應(yīng)的措施。參考文獻[5-6]，結(jié)合本工程的實際情況，本文建議如下：

(1) 對于溢流面淺層裂縫，建議對裂縫沖刷破損部分做燕尾槽處理。

(2) 對位于斜直段與反弧段比較大的裂縫，進行注漿處理，阻斷其滲水通道，防止鋼筋發(fā)生銹蝕破壞。

(3) 為防止細小裂縫的進一步擴展、延伸，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)物受力條件惡化，對A、B類裂縫進行表面封閉處理。

(4) 對已發(fā)現(xiàn)的混凝土裂縫應(yīng)當加強日常的跟蹤觀測，建立跟蹤觀測資料。對寬度大于0.3 mm的裂縫觀察其裂縫是否出現(xiàn)擴展、延伸的情況，注漿處理后是否出現(xiàn)再次開裂的情況，同時注意觀察挑流鼻坎外立面滲漏的變化，以此做為鼻坎結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性判斷的重要依據(jù)。

(5) 挑流鼻坎的加固補強處理需制定詳細的加固設(shè)計方案，請有資質(zhì)的專業(yè)隊伍進行施工，確保施工質(zhì)量。

5 結(jié) 語

以上是對水口電站溢流壩段裂縫進行了統(tǒng)計和分析的結(jié)果，通過鋼筋銹蝕、混凝土強度和碳化狀況等專項檢測結(jié)果表明，各項指標基本符合工程要求?；炷亮芽p的產(chǎn)生不僅影響建筑的外觀，還可能引發(fā)其他不安全因素。在平時工作中，應(yīng)當做好大壩檢測工作，加強日常跟蹤工作，重視壩體裂縫監(jiān)測，采取合理有效的措施。