紅魚洞水庫大壩心墻基座混凝土開裂縫處理技術(shù)

王中良

(四川省紅魚洞水庫建設(shè)管理局，四川 南江 636600)

1 工程概況

四川省南江縣紅魚洞水庫是以農(nóng)業(yè)灌溉、防洪、城鄉(xiāng)生活及工業(yè)用水等綜合利用的大型水利工程。水庫壩址位于南江縣橋亭鄉(xiāng)境內(nèi)的南江紅魚洞河段，為“十三五”期間“172”重大水利建設(shè)工程。水庫樞紐由攔河大壩、左岸泄洪隧洞(兼導(dǎo)流洞)、右岸溢洪道、右岸灌溉取水口及引水隧洞等水工建筑物組合。大壩正常蓄水位EL.650.00m高程，設(shè)計洪水位EL.650.50m高程，校核洪水位EL.652.11m高程，壩頂高程EL.652.80m，心墻基礎(chǔ)最低高程EL.548.00m，最大壩高104.80m，壩頂寬10.00m，壩頂全長290.00m，最大壩底寬420.80m，總庫容1.67億m3。

紅魚洞大壩為碾壓瀝青混凝土心墻壩，心墻混凝土基座高2m、寬6～10m的薄而長的混凝土板狀結(jié)構(gòu)，同時作為帷幕灌漿壓重。心墻基座澆筑時，首先澆筑C25常態(tài)混凝土，長度為12m(垂直水流方向)，相鄰常態(tài)混凝土澆筑塊預(yù)留2m寬槽，待常態(tài)混凝土澆筑28～42d后，預(yù)留槽內(nèi)再澆筑C30UEA膨脹混凝土，形成完整的心墻基座。

2 裂縫排查情況

施工過程中發(fā)現(xiàn)樁號壩0+217.90，高程EL.581.40m沿基座常態(tài)混凝土與膨脹混凝土結(jié)合縫面張開，是貫通縫。后續(xù)施工中又發(fā)現(xiàn)壩0+102.344附近，沿基座常態(tài)混凝土與膨脹混凝土倉的縫面張開，并上下貫通，逐對基座混凝土進(jìn)行了缺陷普查，發(fā)現(xiàn)幾乎每個膨脹混凝土倉段的兩端都存在著或多或少的開縫情況。對基座混凝土進(jìn)行了缺陷普查，發(fā)現(xiàn)裂縫情況見表1。

表1 心墻基座膨脹混凝土和常態(tài)混凝土交界面裂縫統(tǒng)計表

普查發(fā)現(xiàn)心墻基座混凝土分倉縫縫面張開分布具有規(guī)律性，即常態(tài)混凝土與膨脹帶混凝土結(jié)合面；因齒槽心墻常態(tài)混凝土與膨脹帶混凝土結(jié)合面是薄弱面，且心墻基座混凝土寬高比較大，混凝土澆筑后達(dá)到最高溫度后降溫時受基巖強約束力、混凝土內(nèi)外溫差、地基構(gòu)造面裂障卸荷等作用，以及縫面鑿毛處理不到位和膨脹系數(shù)的設(shè)計參數(shù)等影響，造成分倉的結(jié)合面張開，未達(dá)到設(shè)計預(yù)期效果，初步預(yù)判為膨脹帶與常態(tài)混凝土縫面為貫通性張開縫，鑒于瀝青心墻為大壩防體，心墻基座混凝土裂縫滲水，直接影響瀝青混凝土心墻大壩的安全運行。

3 裂縫及無止水分倉縫處理

3.1 處理技術(shù)方案

對于常態(tài)混凝土與膨脹混凝土縫面及現(xiàn)場實際情況，采取以“防滲為主、補強為輔”的修補方案，采取的處理方案為內(nèi)部填充+表面封閉，充填材料采用遇水膨脹、且具有較好粘接性能的聚氨酯灌漿材料;表面封閉采用能夠很好適應(yīng)變形、強度高的SK單組份手刮聚脲復(fù)合胎基布材料。

對于順軸線發(fā)現(xiàn)的裂縫(無明顯滲水)采取以“補強為主、防滲為輔”的修補方案，采取的處理方案為內(nèi)部填充、表面封閉，充填材料采用粘接強度、物理力學(xué)強度較高，粘度低、滲透擴散能力強、耐久性好的環(huán)氧樹脂灌漿材料充填，對恢復(fù)混凝土的整體性起到修復(fù)作用，表面封閉采用能夠很好適應(yīng)變形、強度高的SK單組份手刮聚脲復(fù)合胎基布材料。

對于無止水分倉縫(常態(tài)混凝土與膨脹混凝土)縫面化學(xué)灌漿處理采用遇水膨脹且具有一定強度的聚氨酯灌漿材料。HW灌漿材料強度高、但膨脹量小，LW灌漿材料強度低，但遇水膨脹止水效果好，根據(jù)現(xiàn)場縫內(nèi)漏水情況采用HW∶LW=7∶3(體積比)的漿液進(jìn)行灌注；混凝土裂縫(無明顯滲水)采用粘接幅度、物理力學(xué)強度較高，粘度低、滲誘擴散能力強、耐久性好的環(huán)氧樹脂灌漿材料充填。

為避免蓄水后，溫度降低引起的縫面進(jìn)一步張開，對上游面和水平面裂縫表面采用柔性防滲材料封閉，確保在高水頭下不會出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象。

聚氨酯灌漿材料擬選用水溶性聚氨酯灌漿料，其遇水膨脹，有堵水功效。它具有粘度低，可灌性好，與混凝土粘接強度高，收縮性小等特點。其性能見表2。

表2 水溶性聚氨酯灌漿材料性能

通過在帷幕區(qū)騎縫設(shè)置遇水膨脹止水棒，再對縫面內(nèi)部采用遇水膨脹且具有一定強度的聚氨酯材料進(jìn)行化學(xué)灌漿；最后沿縫面涂刷SK單組份手刮聚脲，總體形成內(nèi)部充填，表面封閉的防滲結(jié)構(gòu)體，起到防滲以及運行期縫面張開時阻斷滲水的作用。其厚度可以通過面積和用料量來控制，保證聚脲厚度不小于4mm。聚脲主要技術(shù)指標(biāo)見表3。

表3 SK單組分手刮聚脲物理力學(xué)性能

裂縫處混凝土面涂刷聚脲按圖1所示處理，邊沿涂刷聚脲與混凝土平滑過渡。要求涂刷聚脲無流淌鼓包現(xiàn)象。

圖1 裂縫處混凝土面涂刷聚脲示意圖

在帷幕區(qū)的混凝土縫面打孔，孔內(nèi)填充遇水膨脹的止水條，如圖2所示，在孔內(nèi)填充膨脹止水條(板)，為了將孔內(nèi)滲入的積水排出，用膨脹止水條(板)纏繞在一根φ25mm鋼管下部，高度大于30cm，插入孔內(nèi)，與基巖緊密相接，孔內(nèi)積水通過鋼管排出，再將膨脹止水條分層搗入孔內(nèi)，保證充填密實；孔內(nèi)膨脹止水條填充完畢后將鋼管內(nèi)充填砂漿封閉；膨脹止水條充填至距孔口10cm處，將剩余10cm孔壁涂刷一層SK單組分聚脲，再高彈性砂漿回填至基座水平面。

圖2 遇水膨脹的止水條安裝示意圖

3.2 施工方法

3.2.1縫面布置灌漿孔

沿縫走向左右側(cè)50cm各設(shè)置一排灌漿孔，孔間距1.0～2.0m，孔深分別為1.2、1.8m交錯布置，對已做表面刻槽封閉的縫面，上下游再各增加3個排氣孔，對沒有進(jìn)行表面封閉的縫面，不再進(jìn)行表面封閉；在原鉆好的灌漿口的基礎(chǔ)上，補打14mm的灌漿孔，孔間距可根據(jù)裂縫的開度控制在30-50cm左右，孔深應(yīng)在0.5m左右，灌漿孔必須與混凝土裂縫相交。

在基座混凝土上游端的頂部鉆2m深、直徑150mm的騎縫孔，孔內(nèi)填充防滲性能優(yōu)異、與混凝土基面粘結(jié)強度好的水工改性瀝青灌縫膠材料止水棒，再對縫面內(nèi)部采用環(huán)氧化灌材料進(jìn)行充填并等強檢查；最后對臨時封閉砂漿進(jìn)行切割鑿除，沿縫走向表面擴大刻槽填充GB柔性填料(以更好適應(yīng)變形)，6mm厚三元乙丙橡膠板蓋板壓條封閉處理，總體形成內(nèi)部充填+表面封閉的防滲結(jié)構(gòu)體，起到防滲和保護(hù)心墻的作用。但在完成7個單元150mm騎鋒孔鉆孔后的驗收過程中發(fā)現(xiàn)，河床段已造孔完成的孔內(nèi)滲水嚴(yán)重，利用強排等措施均無法處理孔內(nèi)滲水:根據(jù)基座前期河床段澆筑時基礎(chǔ)驗收地質(zhì)資料反應(yīng)，河床段存在3股泉水，使造孔完成后，孔內(nèi)存在反壓水，難以保證改性瀝青施工。逐改變止水棒設(shè)置位置，避開地下反壓水，使止水棒起到止水作用。

3.2.2膨脹止水棒施工

對原裂縫處理方案進(jìn)行調(diào)整，對無止水分倉縫縫面在化學(xué)灌漿前齒槽帷幕灌漿輻射區(qū)域，即瀝青心墻底部上游側(cè)，距基座中心銅止水片80cm處騎縫鉆入巖深度0.2m、直徑150mm的止水孔，孔內(nèi)填充遇水膨脹止水條。

采用XY-2B地質(zhì)鉆機在心墻基座帷幕灌漿輻射區(qū)內(nèi)，即瀝青心墻底部基座上游側(cè)，距銅止水片80cm處上游側(cè)騎縫取芯鉆孔，從基座頂部采用地質(zhì)鉆機鉆孔，要求入巖20cm、孔徑150mm。鉆孔后采用大流量進(jìn)行沖洗，沖洗完成后盡量抽干孔內(nèi)積水，在孔內(nèi)填充膨脹止水條(板)，為了將孔內(nèi)滲入的積水排出，用膨脹止水條(板)纏繞在一根25mm鋼管下部，高度大于30cm，插入孔內(nèi)，與基巖緊密相接，孔內(nèi)積水通過鋼管排出，再將膨脹止水條分層搗入孔內(nèi)，保證充填密實；孔內(nèi)膨脹止水條填充完畢后將鋼管內(nèi)充填砂漿封閉；膨脹止水條充填至距孔口10cm處，將剩余10cm孔壁涂刷一層SK單組分聚脲，再將高彈性砂漿回填至基座水平面。

膨脹止水條(板)遇水膨脹，有很好的止水性能，見表4。

表4 膨脹止水條(板)的性能指標(biāo)

3.2.3縫面灌漿及質(zhì)量檢查

(1)灌漿材料及配比

化學(xué)灌漿材料采用遇水膨脹且具有一定強度的水溶性聚氨酯材料。HW灌漿材料強度高、但膨脹量小，LW灌漿材料強度低，但遇水膨脹止水效果好；故使用LW和LW混合漿液，漿液配比按照HW∶LW=7∶3 (體積比);灌漿調(diào)配采用電子秤稱量，人工輔助攪拌棒攪拌均勻。

配漿應(yīng)少量多次，每次配漿量要與進(jìn)漿速度相應(yīng)，否則容易造成配制漿液停放時間長，粘度增大，灌注困難，影響灌漿質(zhì)量。

漿液配制、灌漿過程中，漿液不得因粘度增大而隨意摻加稀釋劑。

當(dāng)進(jìn)行化學(xué)灌漿時，每隔一段時間利用電子秤對灌漿桶里面的化學(xué)漿液進(jìn)行稱量，根據(jù)時間段內(nèi)漿液質(zhì)量的減少記錄注入量。灌漿過程采用人工對灌漿過程(主要是灌漿壓力及注入率)進(jìn)行手工記錄。灌漿過程中對配制好的化學(xué)漿液進(jìn)行測溫，一旦發(fā)現(xiàn)溫度有較大提升的立即采取流動水降溫等措施，整個灌漿過程保持漿溫在5℃～45℃之間。

(2)灌漿順序

由于縫面有滲水及縫面本身比較細(xì)微，采用敞口進(jìn)行灌漿，用漿液替代縫內(nèi)的水及孔隙，灌漿壓力逐步升高，并控制進(jìn)漿速度，灌漿按由鉆孔深度由深至淺的順序進(jìn)行灌漿，即先對深孔進(jìn)行灌注，待相鄰排氣孔或者縫面排出濃漿時，再灌注下一個灌漿孔，依次類推，直至最后一孔灌漿結(jié)束。灌漿時也可采取并聯(lián)灌漿法，依次推進(jìn)進(jìn)行灌漿。

(3)灌漿壓力

化學(xué)灌漿壓力根據(jù)現(xiàn)場進(jìn)漿量及縫寬進(jìn)行控制，灌漿壓力控制在1.5～8MPa。

(4)灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

設(shè)計灌注壓力下，縫面或者排氣孔出濃漿作為灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。

(5)特殊情況處理

灌漿中斷：灌漿工作應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，因故中斷應(yīng)盡快恢復(fù)灌漿，恢復(fù)灌漿時間較長時宜采用新鮮漿液進(jìn)行灌注。若有其他中斷灌漿特殊情況，應(yīng)及時報告監(jiān)理、設(shè)計。

大耗量控制：根據(jù)現(xiàn)場實際情況及巖基滲水情況，灌漿材料改為遇水膨脹的聚氨酯材料進(jìn)行灌漿，聚氨酯灌漿材料有很好的止水效果，當(dāng)灌漿壓力沒有明顯的變化，縫內(nèi)吃漿量過大，可采取間歇待凝的灌漿工藝進(jìn)行控制，直至縫面或者掛氣孔出濃漿。

3.2.4表面打磨清理

灌后取芯檢查孔采用水泥砂漿封填，切除表面裸露灌漿管，清除縫面漿液，采用角磨機進(jìn)行縫面打磨處理，打磨掉縫面混凝土漿及松散混凝土，用高壓風(fēng)清理掉表面灰塵，清理寬度50cm。

3.2.5涂刷專用底涂及SK單組份手刮聚脲

縫面清理干凈且晾干后，首先在結(jié)構(gòu)縫或者裂縫部位做5cm空格層，再涂刷BE14專用界面劑，界面劑涂刷寬度控制50cm，待界面劑表干后直接刮涂SK單組份手刮聚脲并復(fù)合兩層胎基布，SK單組份手刮聚脲涂刷寬度40cm。其厚度可以通過面積和用料量來控制，保證聚脲厚度不小于4mm。聚脲與混凝土搭邊之間的收邊按圖1所示處理，邊沿涂刷聚脲與混凝土平滑過渡。要求涂刷聚脈無流淌鼓包現(xiàn)象。

3.3 裂縫處理效果

在灌漿完成后14d后，對灌漿質(zhì)量進(jìn)行檢查，對經(jīng)過裂縫處理后的部位進(jìn)行了壓水試驗，壓水試驗壓力為1MPa，持續(xù)施加5min的壓力，最終試驗結(jié)果透水率為0.2Lu，說明裂縫處理的效果較好，達(dá)到方案所預(yù)期的要求。

4 結(jié)語

裂縫是混凝土結(jié)構(gòu)中常見的質(zhì)量通病，其處理技術(shù)也是倍受關(guān)注的難題。裂縫處理是要恢復(fù)建筑結(jié)構(gòu)的整體性，限制裂縫擴展，滿足建筑結(jié)構(gòu)強度、防滲、耐久性和建筑物安全運行的要求。實踐證明，本工程采用的裂縫和無止水分倉縫處理施工技術(shù)是行之有效的，可為類似工程施工提供參考和借鑒。