高碾壓混凝土拱壩裂縫成因分析及處理

邵紅艷

(貴州省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550002)

某中型水庫(kù)工程大壩為C20碾壓混凝土雙曲拱壩，大壩壩頂高程為746.00m，建基面高程為658.00m，最大壩高為88m，壩頂總長(zhǎng)234.58m，壩頂寬6m，壩底寬20m。大壩左右兩岸為非溢流壩段，河床段為溢流壩。壩體均采用90 d齡期C20碾壓混凝土，根據(jù)不同高程，壩體上游面二級(jí)配碾壓抗?jié)B混凝土厚度為2、3和4m，二級(jí)配抗?jié)B碾壓混凝土與壩體三級(jí)配碾壓混凝土同倉(cāng)上升碾壓。大壩壩身共設(shè)置 4條誘導(dǎo)縫，分別在壩0+029.19、壩0+079.57、壩0+164.42、壩0+211.84處，將壩體分為5個(gè)壩段，壩段長(zhǎng)度為22.74～84.85m 不等。

大壩碾壓混凝土于2014年12月25日開始澆筑，2016年11月25日澆筑完成。其間在2015年汛期來(lái)臨前大壩澆筑到EL680m高程，6—9月(汛期高溫季節(jié))大壩碾壓混凝土未施工，2015年6月8日集中降水，洪水翻壩；2016年 高溫季節(jié)(6—9月)大壩施工未停止，現(xiàn)場(chǎng)采取了一些溫控措施，大壩上升至EL715m高程，該年洪水未超過(guò)圍堰。在大壩蓄水前2016年11月對(duì)大壩上游面進(jìn)行檢查處理時(shí)，發(fā)現(xiàn)大壩上游面有多條豎向裂縫，裂縫主要集中在溢流壩段中下部(EL668～EL698mm)，最長(zhǎng)裂縫長(zhǎng)25.5m，最短裂縫長(zhǎng)1.6mm，裂縫寬度為0.3～1.5mm。

1 裂縫成因情況分析

根據(jù)裂縫調(diào)查情況及現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)程，對(duì)裂縫位置進(jìn)行分析，裂縫產(chǎn)生的主要原因有以下幾點(diǎn)。

(1)2015年遭遇大洪水，由于導(dǎo)流洞泄流能力有限，大壩擋水并壩體過(guò)流，因新澆壩體混凝土強(qiáng)度未達(dá)到設(shè)計(jì)值，壩體混凝土內(nèi)部溫度較高，與過(guò)壩水溫產(chǎn)生較大溫差，使混凝土表面急劇收縮，混凝土表面張力變化加大，洪水消退后，荷載釋放，壩體中部受力較大部位的拉應(yīng)力造成裂縫。

(2)大壩中部壩段較長(zhǎng)，內(nèi)外溫差大，且現(xiàn)場(chǎng)溫控措施處理不到位，在混凝土表面引起較大的溫度拉應(yīng)力，超過(guò)混凝土抗裂能力，導(dǎo)致大壩中部壩段位置產(chǎn)生裂縫。

2 裂縫處理原則

根據(jù)DL/T 5251—2010《水工混凝土建筑物缺陷檢測(cè)和評(píng)估技術(shù)規(guī)程》，結(jié)合水庫(kù)混凝土實(shí)際情況，將裂縫分類標(biāo)準(zhǔn)按照表1執(zhí)行。

表1 混凝土裂縫分類表

根據(jù)檢查發(fā)現(xiàn)的裂縫分布特點(diǎn)，提出以下相關(guān)處理措施。

(1)裂縫需動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，宜根據(jù)裂縫發(fā)展進(jìn)程或成為靜止裂縫后，選擇合適時(shí)機(jī)進(jìn)行處理。

(2)先對(duì)裂縫進(jìn)行處理，然后對(duì)可能存在裂縫或出現(xiàn)裂縫的上游壩面迎水面涂刷環(huán)氧涂料，進(jìn)行加強(qiáng)防滲處理。

(3)裂縫灌漿的處理施工宜在5～25°C環(huán)境條件下進(jìn)行。

(4)垂直裂縫和傾斜裂縫灌漿應(yīng)從深到淺、自下而上進(jìn)行；接近水平狀裂縫灌漿可從底端或吸漿量大的孔開始。

3 裂縫處理措施及方案

3.1 A、B類裂縫處理

(1)對(duì)A類不作處理。

(2)對(duì)B類裂縫，采用填充法進(jìn)行處理。

①沿縫刻U型槽，深約5cm、寬約8cm，將槽面清洗干凈并干燥后，先涂刷環(huán)氧基液，再用環(huán)氧砂漿進(jìn)行回填處理，如圖1所示。

圖1 B類裂縫處理示意圖

②環(huán)氧砂漿材料物理力學(xué)性能指標(biāo)應(yīng)符合DL/T 5193—2004《環(huán)氧樹脂砂漿技術(shù)規(guī)程》中相關(guān)規(guī)定。

3.2 C、D類裂縫處理

對(duì)C、D類裂縫采用化學(xué)灌漿進(jìn)行處理?；瘜W(xué)灌漿是快速高效的防滲堵漏技術(shù)，從20世紀(jì)70年代開始，在水利水電大壩基礎(chǔ)和混凝土缺陷處理、大壩滲水等領(lǐng)域得到廣泛采用。DL/T 5406—2010《水工建筑物化學(xué)灌漿施工規(guī)范》的頒布，為規(guī)范水利工程化學(xué)灌漿施工行為，保證裂縫處理的質(zhì)量提供了重要技術(shù)支撐。所以根據(jù)裂縫特性合理選用灌漿材料和施工技術(shù)，對(duì)于處理好混凝土缺陷、保證混凝土結(jié)構(gòu)穩(wěn)定安全是非常重要的。

3.2.1灌漿材料選擇

較廣泛使用的化學(xué)灌漿材料有聚氨脂灌漿材料、環(huán)氧樹脂灌漿材料、丙烯酸鹽灌漿材料、水玻璃灌漿材料等，結(jié)合本工程特點(diǎn)，環(huán)氧樹脂是使用最為廣泛的化學(xué)物質(zhì)之一，具有強(qiáng)度高、收縮小、粘結(jié)力強(qiáng)、耐老化性能好、凝固時(shí)間可調(diào)等特點(diǎn)，最早被用于混凝土結(jié)構(gòu)裂縫修補(bǔ)，所以該工程采用環(huán)氧樹脂灌漿材料。

3.2.2C、D類裂縫處理方案

化學(xué)灌漿采用深斜孔、淺斜孔結(jié)合騎縫孔的工藝；化學(xué)灌漿順序由低高程到高高程；先進(jìn)行斜孔灌漿，后進(jìn)行騎縫孔灌漿。

(1)縫面清理

將裂縫兩側(cè)各10cm寬的混凝土表面浮渣及油污等打磨清除干凈，而后用高壓水沖洗縫面，觀察縫口狀況。經(jīng)過(guò)處理的縫面必須堅(jiān)固、平整、干凈、不松脫、不起砂、不脫層，裂縫表面張開無(wú)阻塞物。待縫面干燥，必要時(shí)采用碘鎢燈人工烤干，再進(jìn)行貼嘴、刮環(huán)氧膠泥封縫施工。裂縫寬度較大時(shí)，采用B類裂縫填充法處理后刮環(huán)氧膠泥封縫。

(2)布孔、鉆孔

灌漿孔采用騎縫孔和斜孔相結(jié)合的方式布設(shè)。

騎縫孔作為灌漿過(guò)程中的排氣、排水孔，也可作為補(bǔ)充灌漿孔。騎縫孔自縫端開始布孔，布孔間距為30～50cm，沿裂縫中心布置孔位，垂直鉆孔；孔徑為27mm，孔深不大于50mm。

裂縫化灌騎縫孔和斜孔布孔如圖2所示。

圖2 騎縫孔、斜孔布孔示意圖(單位：cm)

(3)安裝灌漿嘴、灌漿管，封縫

騎縫孔安裝灌漿嘴，斜孔安裝進(jìn)漿管、回漿管，封閉裂縫。

(4)壓風(fēng)檢查

埋設(shè)灌漿嘴、封縫完成后按照灌漿順序給每個(gè)化灌孔進(jìn)行壓風(fēng)檢查，風(fēng)壓為0.2～0.3MPa，壓風(fēng)時(shí)可適當(dāng)加壓試漏。

(5)化學(xué)灌漿

化學(xué)灌漿應(yīng)遵循“低壓、慢灌”的原則，以使受灌體充填飽滿，裂縫粘接良好。

化學(xué)灌漿以最低高程的斜孔作為起灌孔，當(dāng)鄰近騎縫孔返出濃漿時(shí)扎閉灌漿嘴，當(dāng)其他斜孔返出濃漿時(shí)關(guān)閉。灌漿壓力宜為0.2～0.5MPa，具體灌漿壓力根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)灌漿試驗(yàn)確定，灌漿壓力從 0.1MPa 開始，根據(jù)注入量的大小，可適當(dāng)降低或提高灌漿壓力，最大灌漿壓力不宜超過(guò)0.6MPa，防止對(duì)混凝土造成損害。灌漿壓力應(yīng)先小后大，采用分級(jí)升壓方式，升級(jí)壓力為0.1MPa/(30～60min)。

灌漿結(jié)束封孔時(shí)的吸漿量應(yīng)小于0.02L/5min。每條裂縫的串通孔及每個(gè)單孔都達(dá)到結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，本條裂縫灌漿結(jié)束。

灌漿結(jié)束后，應(yīng)進(jìn)行孔口封堵閉漿，直到化灌材料達(dá)到初凝時(shí)間。

4 裂縫處理質(zhì)量檢查

裂縫處理完成、化學(xué)灌漿漿液達(dá)到設(shè)計(jì)齡期后開展化學(xué)灌漿質(zhì)量檢查。檢查孔的布孔位置應(yīng)具有代表性，應(yīng)選在串通性較好、灌漿不正常以及灌漿質(zhì)量可能有問(wèn)題的部位，檢查孔必須穿過(guò)裂縫。檢查孔孔數(shù)不少于灌漿斜孔孔數(shù)的 10%，每條縫至少布置1個(gè)檢查孔。

根據(jù)檢查標(biāo)準(zhǔn)采用壓水實(shí)驗(yàn)檢查，壓水實(shí)驗(yàn)采用單點(diǎn)法壓水，壓力取最大灌漿壓力值的80%，壓水壓力最大不超過(guò)0.3MPa。壓水結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：在穩(wěn)定壓力下，每3～5min測(cè)讀一次壓力注入量，連續(xù)四次讀數(shù)中最大值與最小值之差小于0.01mL/min時(shí)，本孔段壓水結(jié)束，取最終值為計(jì)算值，計(jì)算透水率。合格標(biāo)準(zhǔn)：壓水檢查透水率均小于0.1Lu。

5 大壩上游迎水面防滲涂層

在對(duì)大壩混凝土裂縫進(jìn)行處理后，考慮到大壩蓄水后下部檢修較為困難，結(jié)合目前大壩上游裂縫主要集中在EL696m以下，對(duì)大壩上游迎水面EL696m以下采用環(huán)氧涂料進(jìn)行大壩上游迎水面防滲處理。

5.1 防滲涂層材料

上游迎水壩面防滲涂層應(yīng)符合JC/T 2217—2014《環(huán)氧樹脂防水涂料》相關(guān)規(guī)定，具體性能指標(biāo)應(yīng)滿足相關(guān)要求。

5.2 涂層厚度

涂刷厚度不小于2.0mm。

5.3 施工工藝

基面打磨清洗→環(huán)氧砂漿修補(bǔ)→環(huán)氧涂層第一遍批刮→待凝→環(huán)氧涂層第二遍批刮→環(huán)氧涂層收面處理→養(yǎng)護(hù)→質(zhì)量檢查與驗(yàn)收。

基面清理：采用磨機(jī)或沖毛機(jī)除去基層表面上的浮灰、水泥浮漿、返霜、油脂和污垢等?；炷帘砻娴拿撃?yīng)予以清除，最后用高壓水沖洗施工面。若有較大孔洞或氣泡時(shí)應(yīng)先采用環(huán)氧砂漿進(jìn)行修補(bǔ)處理。 經(jīng)過(guò)處理的基層符合以下要求：基面新鮮、干凈、密實(shí)、平整、不松脫、不起砂、不脫層、手摸無(wú)灰塵，并符合設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。

涂層施工：待基面干燥及環(huán)氧砂漿凝固后，將涂層材料批刮于混凝土表面，涂刷施工應(yīng)用力均勻一致。涂層施工從一側(cè)向另一側(cè)，保證涂層的厚度均勻和表面平整。涂料攪拌均勻，隨拌隨涂，拌好的涂料全部在 30min 內(nèi)用完。底層材料涂刷量滿足混凝土吸收量。

待底層涂層初凝后，再進(jìn)行第二遍涂層批刮，施工沿垂直于底層向上游進(jìn)行，保證涂層的厚度均勻和表面平整并無(wú)遺漏點(diǎn)，涂層厚度控制在2～3mm之間。

養(yǎng)護(hù)：面層施工完畢后 7 d內(nèi)做好保護(hù)措施，涂層未受到外界破壞。

6 結(jié)論

大體積碾壓混凝土在施工過(guò)程中，氣候條件、施工工藝、溫控措施不到位、混凝土養(yǎng)護(hù)不善等因素都容易造成混凝土產(chǎn)生裂縫，由于汛期洪水翻壩，本工程內(nèi)外混凝土產(chǎn)生較大溫差，且壩段較長(zhǎng)，洪水消退后，壩體中部拉應(yīng)力較大處產(chǎn)生裂縫。經(jīng)過(guò)對(duì)裂縫采取專項(xiàng)處理，根據(jù)裂縫的成因、裂縫分布特點(diǎn)、裂縫性狀數(shù)據(jù)等情況，采取不同的處理措施后，達(dá)到預(yù)期防滲加固修復(fù)處理效果。裂縫處理后水庫(kù)已蓄水，目前運(yùn)行正常。