朱莊水庫大壩混凝土裂縫修補

田獻(xiàn)文

（邢臺市朱莊水庫管理處，河北 邢臺 054000）

大壩出現(xiàn)裂縫的原因，一般情況是在施工期間環(huán)境溫差、溫控措施、約束條件、間歇施工、間斷保護(hù)、保護(hù)條件、空庫施工、水泥用量及骨料性質(zhì)等所造成［1］。大壩裂縫的存在能夠引起壩體混凝土的碳化、鋼筋銹蝕，降低混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性和使用壽命，隨著裂縫的擴(kuò)展、連通，將大大降低壩體的抗?jié)B能力，進(jìn)而影響大壩的穩(wěn)定性。國內(nèi)外由于大壩裂縫而失事或影響運行、影響效益發(fā)揮的實例很多，如美國的德沃歇克重力壩、法國的托拉拱壩、我國的陳村重力拱壩、潘家口寬縫重力壩等，都因大壩裂縫的出現(xiàn)給工程帶來了嚴(yán)重影響。

朱莊水庫大壩為漿砌石重力壩，施工期曾對混凝土裂縫進(jìn)行了修補。經(jīng)過多年的運行，一些沒有處理的混凝土裂縫有惡化趨勢，壩體不同部位的混凝土又相繼出現(xiàn)了一些新的裂縫，需通過裂縫修補滿足工程安全運行的要求。

1 工程概況

朱莊水庫坐落在海河流域子牙河水系滏陽河流域沙河干流上，壩址位于邢臺沙河市綦村鎮(zhèn)朱莊村西，距邢臺市約35km，是一座以防洪、供水、灌溉為主，發(fā)電為輔的綜合利用的大（2）型水利樞紐工程。水庫控制流域面積1220km2，總庫容4.162億m3，防洪庫容1.452億m3，興利庫容2.285億m3，死庫容0.343億m3。水庫于1971年10月動工興建，1976年開始攔洪蓄水，1978年完成主體工程建設(shè)，1985年4月竣工驗收。

朱莊水庫樞紐工程由非溢流壩、溢流壩、泄洪底孔、放水洞、發(fā)電洞、電站及南、北干渠渠首建筑物等組成。大壩為漿砌石重力壩，壩頂高程261.68m，全長544m，最大壩高95m。溢流壩布置在河床段，全長111m，分八、九、十共3個壩段，溢流堰6孔，單孔凈寬14m，堰頂高程為243.0m。泄洪底孔布設(shè)在溢流壩八、九、十壩段的3個中墩內(nèi)，3孔，進(jìn)口底高程210.0m，為進(jìn)口設(shè)有壓短管的無壓洞結(jié)構(gòu)型式。

朱莊水庫自1976年攔洪蓄水以來，發(fā)揮了巨大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益，前后經(jīng)歷了1982，1996，2000，2016年特大洪水的考驗，起到了攔洪消峰作用，保護(hù)了水庫下游128萬人口、7.8萬hm2耕地及京廣鐵路、107國道、京深高速公路等重要工程設(shè)施的防洪安全。

2 大壩混凝土裂縫情況

根據(jù)SL601—2013《混凝土壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》，水庫管理人員對大壩上下游壩面、泄洪底孔及廊道等部位進(jìn)行例行巡查時發(fā)現(xiàn)，大壩上游面、泄洪底孔、廊道等部位有多處裂縫，底孔、廊道內(nèi)裂縫處伴有白色析出物和滲水現(xiàn)象。根據(jù)巡查時發(fā)現(xiàn)的大壩裂縫情況，委托有關(guān)檢測單位對裂縫進(jìn)行了詳查、統(tǒng)計和分析。

上游壩面共查出裂縫22條，絕大部分為垂直裂縫，裂縫寬度均大于0.2mm，大于0.3mm的有13條，約占壩面裂縫總數(shù)的60%，部分裂縫深度超過了0.6m［2］。

底孔邊墻和拱頂共查出23條裂縫，裂縫寬度均大于0.2mm，大于0.4mm的有16條，約占底孔裂縫的70%，特別是九壩段、十壩段底孔拱頂?shù)牧芽p較為嚴(yán)重，裂縫寬度達(dá)1mm，有白色析出物和滲水現(xiàn)象。

壩體廊道內(nèi)以前處理過的裂縫效果較好，附近較為干燥，新發(fā)現(xiàn)的或未處理過的裂縫滲水明顯，部分裂縫還有白色析出物凝結(jié)、固化在墻壁上。樁號下0+30排水廊道及灌漿廊道所處位置常年低于庫水位，裂縫比兩層觀測廊道分布較多，產(chǎn)生的白色析出物也較多。下0+30排水廊道及灌漿廊道共查出50條裂縫，占廊道裂縫總數(shù)的82%，長度超過10m的裂縫占總數(shù)的16%。

大壩裂縫及滲水、析出物情況統(tǒng)計如表1、表2。

表1 泄洪底孔、壩面裂縫統(tǒng)計

表2 壩體廊道裂縫統(tǒng)計

3 混凝土裂縫修補方案及材料選擇

混凝土裂縫修補的方法有很多，歸納起來主要有充填法、注入法和表面覆蓋法等［3］。充填法適合于修補較寬的裂縫（一般寬度大于0.5mm），充填修補材料有水泥砂漿、預(yù)縮水泥砂漿、丙乳砂漿、BAC砂漿、環(huán)氧砂漿和彈性環(huán)氧砂漿等。注入法又分為壓力注入法（灌漿法）和真空吸入法，壓力灌漿適用于較深較細(xì)裂縫，而真空吸入法則是利用真空泵使縫內(nèi)形成真空，將漿材吸入縫內(nèi)，適用于各種表面裂縫的修補，灌漿材料有水泥漿材、普通環(huán)氧漿材、彈性環(huán)氧漿材等。表面覆蓋法利用在微細(xì)裂縫（一般寬度小于0.2mm）的表面涂抹，分部分涂覆和全部涂覆兩種，但是修補工作無法深入裂縫內(nèi)部。根據(jù)裂縫的部位和裂縫寬度、深度的不同，本次裂縫修補使用充填法和注入法。

3.1 上游壩面及泄洪底孔

大壩上游壩面混凝土裂縫寬度大于0.3mm的約占壩前裂縫總數(shù)的60%，最大裂縫寬度接近0.7mm；泄洪底孔混凝土裂縫寬度大于0.4mm的約占70%，最大裂縫寬度接近1mm。經(jīng)分析并結(jié)合我省類似工程的經(jīng)驗，對泄洪底孔及上游壩面裂縫采用充填法進(jìn)行修補。

丙乳砂漿（PAEC）是丙烯酸酯共聚乳液水泥砂漿的簡稱，具有基本無毒、施工方便及成本較低等優(yōu)點，與普通水泥砂漿相比具有以下優(yōu)異性能：極限拉伸提高2～3倍，抗拉強度提高1倍，抗拉彈模相應(yīng)減小，收縮小，抗老化能力強等，國內(nèi)外已廣泛用作混凝土修補、防水、防腐及黏結(jié)材料，是比較理想的裂縫修補材料，因此本次在這兩個部位采用丙乳砂漿作為充填材料。

3.2 廊道

廊道混凝土裂縫主要集中在水頭高、長期處于水下部分的灌漿廊道和排水廊道，裂縫危害性大，1998年水庫管理處曾對部分滲漏裂縫進(jìn)行過化學(xué)灌漿處理，效果較好，因此廊道裂縫的修補采用注入法，灌漿材料選用丙烯酰胺類。

4 混凝土裂縫修補工藝

4.1 充填法

首先騎縫開鑿U形槽，頂寬10cm，底寬5cm，槽深5cm；然后用壓縮空氣清掃槽內(nèi)殘碴，再涂刷界面處理劑（丙乳漿液）；嵌入充填材料（丙乳砂漿），要求表面處理平整、光滑，滿足混凝土曲線及平整度。裂縫處理如圖1、圖2。

圖1 大壩上游壩面裂縫處理示意圖

圖2 廊道裂縫處理示意圖

4.2 注入法

（1）鑿槽：首先對裂縫的寬度與深度進(jìn)行測量，然后將裂縫開鑿成U型槽，槽深3～5cm，槽寬以將松散漏水的混凝土清除為原則，寬度3cm。

（2）清縫：將糟內(nèi)的殘渣清除干凈，并使用氧乙炔氣烘干，嚴(yán)禁縫槽內(nèi)有水或殘碴。

（3）布孔埋管：在裂縫兩側(cè)布置注漿孔，注漿孔位置預(yù)埋一定長度的注漿管，注漿孔的數(shù)量按裂縫越寬間距越大的原則布置，每條縫不得少于兩個注漿孔。

（4）封縫：埋好注漿管后，用水泥水玻璃混合漿液浸縫，然后再用混凝土砂漿將裂縫封頂抹平。

（5）灌漿：灌漿前按工程需要將灌漿材料的黏度、固結(jié)體硬度及固化間的指標(biāo)通過試驗調(diào)整到最佳。為了提高裂縫灌漿的質(zhì)量，采用真空灌漿技術(shù)，在裂縫的一端用真空泵對裂縫抽真空，使裂縫內(nèi)產(chǎn)生0.1MPa的真空度，然后用注漿泵將灌漿材料從裂縫的另一端灌入。該工藝的技術(shù)優(yōu)點是可以提高裂縫灌漿的飽滿度、密實度和耐久度［4］。

（6）封孔：灌漿達(dá)到要求后，切除高出混凝土表面的注漿管，并進(jìn)行表面修整處理。

5 結(jié)語

朱莊水庫大壩混凝土裂縫修補工作于2011年完成，經(jīng)過近10年的運行，裂縫修補達(dá)到了預(yù)期效果，泄洪底孔及各廊道內(nèi)的滲水情況明顯改善，滿足了工程安全運行的要求。