某水庫(kù)砌石重力壩裂縫成因分析及處理方案

劉慎凱

（貴州中水建設(shè)管理股份有限公司 貴陽(yáng) 550003）

1 工程概況

某水庫(kù)校核水位812.46m，正常蓄水位810.00m，總庫(kù)容114萬(wàn)m3，工程規(guī)模為小（1）型，工程等別為Ⅳ等。擋水建筑物為砌石重力壩，大壩軸線長(zhǎng)129.50m，最大壩高29.6m，壩頂寬度4.0m，最大壩底寬度25.55m。壩頂高程813.30m，上游壩面793.70m高程以上鉛直，793.70m高程以下坡比為1：0.2；下游壩面809.8m高程以上鉛直，809.8m高程以下坡比為1：0.75。壩體材料采用C10細(xì)石混凝土砌毛石，上游壩面設(shè)置厚0.6m的C15細(xì)石混凝土砌C15混凝土預(yù)制塊+1.0m厚的C20混凝土防滲心墻，防滲心墻抗?jié)B等級(jí)W6。下游面采用0.6m厚的C15細(xì)石混凝土預(yù)制塊護(hù)面。大壩共設(shè)置5條橫縫，將壩體分為6個(gè)壩段，從右至左各壩段長(zhǎng)度為27m、30m、30.1m、15m、15m、12.4m。

2 裂縫分布情況

2017年6月至7月右岸第一個(gè)壩段開(kāi)始砌筑，2017年8月上旬砌筑完成。2017年8月底，現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)大壩右岸第一個(gè)壩段出現(xiàn)裂縫，至2018年1月底裂縫發(fā)展基本穩(wěn)定，裂縫位于第一個(gè)壩段中部0+014.10m位置，裂縫由上游壩面和下游壩面分別貫通至大壩壩基高程804.70m，縫寬1～3mm，縫面與壩軸線大致呈垂直方向發(fā)育。

3 裂縫成因分析

3.1 大壩分縫

大壩分縫長(zhǎng)度為27m，分縫長(zhǎng)度符合《砌石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 25—2006）第5.5節(jié)橫縫間距宜為20～40m的規(guī)定，因此排除了壩體分縫長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致壩體出現(xiàn)裂縫的可能。

3.2 大壩應(yīng)力復(fù)核計(jì)算

3.2.1 荷載組合

應(yīng)力計(jì)算的荷載組合分基本組合和特殊組合兩種，本工程考慮以下三種荷載組合情況。

基本組合1：自重+正常蓄水位+揚(yáng)壓力+泥沙壓力+浪壓力。

基本組合2：自重+設(shè)計(jì)洪水位及相應(yīng)下游水位+揚(yáng)壓力+泥沙壓力+浪壓力+動(dòng)水壓力。

特殊組合1：自重+校核洪水位及相應(yīng)下游水位+揚(yáng)壓力+泥沙壓力+浪壓力+動(dòng)水壓力。

3.2.2 壩體應(yīng)力計(jì)算

壩體應(yīng)力計(jì)算采用材料力學(xué)法計(jì)算，根據(jù)《砌石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 25—2006）的規(guī)定，在各種荷載組合下，壩基面最小垂直正應(yīng)力應(yīng)為壓應(yīng)力，壩體最大主壓應(yīng)力小于砌石體容許壓應(yīng)力，壩體內(nèi)一般不得出現(xiàn)拉應(yīng)力。計(jì)算公式如下：

式中：σy——壩踵、壩趾垂直應(yīng)力，Mpa；

∑W——作用于計(jì)算截面以上全部荷載的鉛直分力的總和，kN；

∑M——作用于計(jì)算截面以上全部荷載對(duì)截面垂直水流流向形心軸的力矩總和，kN·m；

B—計(jì)算截面的長(zhǎng)度，m。

3.2.3 計(jì)算結(jié)論

大壩樁號(hào)0+014.10縱剖面位置應(yīng)力計(jì)算結(jié)果如表1所示。

表1

查《砌石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 25—2006）表A.0.7可知：本工程砌石體采用C10細(xì)石混凝土砌毛石，基本荷載組合工況下毛石砌石體容許壓應(yīng)力值為2.9MPa，特殊荷載組合工況下毛石砌石體容許壓應(yīng)力值為3.3Mpa；地基容許承載力2.0～2.5MPa。由上表計(jì)算成果可知應(yīng)力計(jì)算成果和地基承載力滿足規(guī)范要求。故可排除因壩體應(yīng)力不滿足要求導(dǎo)致壩體出現(xiàn)裂縫的可能。

3.3 施工工藝

從區(qū)域壩體砌筑的時(shí)間分析，砌筑時(shí)6-7月屬于一年中氣溫較高的時(shí)段，且現(xiàn)場(chǎng)未有效利用上午或夜間等氣溫相對(duì)較低的時(shí)段砌筑，也未采取其它有效措施控制入倉(cāng)溫度，混凝土入倉(cāng)溫度過(guò)高易導(dǎo)致壩體后期出現(xiàn)溫度裂縫。同時(shí)，大壩為細(xì)石混凝土砌毛石重力壩，出現(xiàn)裂縫的壩體底部寬度7.8m，頂部寬度4.0m，由于靠近壩頂施工倉(cāng)面變窄，毛石用量減少，細(xì)石混凝土用量增加，壩體內(nèi)部混凝土水化熱過(guò)高導(dǎo)致后期出現(xiàn)溫度裂縫。

經(jīng)綜合分析，大壩壩體裂縫為壩體內(nèi)部溫度應(yīng)力釋放產(chǎn)生，且在同一部位出現(xiàn)上游壩面、壩頂、下游壩面貫穿性裂縫。

4 裂縫處理

為保證大壩工程安全，防止工程蓄水后從裂縫處產(chǎn)生滲漏，需要對(duì)大壩0+014.10m處裂縫進(jìn)行處理，采用上游面預(yù)制塊沿裂縫刻槽+柔性填料封閉+壩體灌漿方式。

4.1 裂縫填料

采用聚硫密封膠、聚合物水泥砂漿、環(huán)氧基液對(duì)上游裂縫進(jìn)行處理，壩體段采用鉆孔灌注水泥漿處理。聚硫密封膠，具有良好的耐油、耐水、耐大氣老化、耐紫外線、耐酸堿、耐高溫120℃、耐低溫-40℃（低溫柔曲性良好）、耐沖擊、無(wú)毒、無(wú)污染、屬低模量高伸長(zhǎng)、非下垂型密封材料。適用于土木工程混凝土結(jié)構(gòu)的變形縫密封，使變形縫具有熱脹冷縮、變形移位同步協(xié)調(diào)的作用。聚合物水泥砂漿是通過(guò)向水泥砂漿摻加聚合物乳膠改性而制成的一類(lèi)為有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合材料，能承受較大振動(dòng)、反復(fù)凍融循環(huán)、溫濕度強(qiáng)烈變化等作用，耐久性?xún)?yōu)良，抗壓強(qiáng)度高，極限拉伸率高，與老混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度高。

4.2 灌漿孔布置

根據(jù)裂縫的發(fā)育位置，在壩頂共設(shè)置3個(gè)灌漿孔，距離壩頂上游面1.1m的裂縫位置（防滲墻中部）設(shè)置1#灌漿孔，鉆孔垂直布置，孔深9.6m，深入基巖1.0m；距離壩頂上游面2.8m的位置設(shè)置2#灌漿孔，鉆孔垂直布置，孔深9.6m，深入基巖1.0m；壩頂中部距離裂縫1.5m的位置設(shè)置3#灌漿孔，鉆孔向下游傾斜布置，傾角20°，鉆孔深度11m，深入基巖1.0m。

4.3 施工次序

施工順序：上游壩面預(yù)制塊沿裂縫鑿槽→密封界面處理→SGJL-851聚硫密封膠施工→聚合物水泥砂漿施工→環(huán)氧基液涂刷→壩體灌漿。

4.4 施工技術(shù)要求

4.4.1 上游縫面處理

首先沿上游壩面預(yù)制塊裂縫面鑿成寬30～50mm，深30～50mm的“U”型小槽。采用手提式砂輪機(jī)或鋼刷對(duì)小槽表面進(jìn)行處理，確保粘接界面干燥、清潔、無(wú)油污和粉塵，并表露出堅(jiān)硬的結(jié)構(gòu)層，涂刷底涂料，然后手工涂膠一層并反復(fù)擠壓后才可用注膠槍注射涂膠，涂膠過(guò)程中要注意從一個(gè)方向進(jìn)行，并保證膠層密實(shí)，避免出現(xiàn)氣泡和缺膠現(xiàn)象。待聚硫密封膠完全硫化后（7-14h）進(jìn)行聚合物水泥砂漿施工，最后在聚合物水泥砂漿上涂刷環(huán)氧基液，鑿槽密封結(jié)束。

4.4.2 鉆孔灌漿施工

鑿槽密封結(jié)束后，根據(jù)灌漿孔布置位置進(jìn)行鉆孔，鉆孔鉆進(jìn)結(jié)束之后要求進(jìn)行沖洗，沖洗水壓采用80%的灌漿壓力（灌漿壓力0.3MPa），直至回水澄清無(wú)巖粉為止。灌漿采用一次性灌漿法，灌漿壓力為0.3MPa，水泥采用P.O.42.5水泥，所用水泥細(xì)度的要求為通過(guò)80um方孔篩的篩余量不宜大于 5%，漿液水灰比采用 3：1、1：1、0.5：1 三個(gè)比級(jí)，逐漸變濃，當(dāng)注入率不大于1L/min時(shí)，繼續(xù)灌注30min，灌漿結(jié)束。

5 結(jié)束語(yǔ)

2019年4月，施工現(xiàn)場(chǎng)按照方案處理完畢后水庫(kù)開(kāi)始蓄水，現(xiàn)水庫(kù)已蓄水至正常蓄水位810.00m高程，經(jīng)過(guò)近3個(gè)月的觀察，裂縫未出現(xiàn)滲漏情況，處理效果較好。大壩出現(xiàn)裂縫的主要原因是高溫季節(jié)施工未采取溫控措施所致，告誡相關(guān)施工單位在進(jìn)行大體積混凝土工程施工時(shí)一定要按照設(shè)計(jì)和規(guī)程規(guī)范采取溫度控制措施，防止出現(xiàn)溫度裂縫。