西南地區(qū)某水庫碾壓混凝土拱壩裂縫處理研究

楊利 況淵 陳毅峰 中國電建集團貴陽勘測設(shè)計研究院有限公司

1.工程概況

工程位于貴州省黔西南州，工程任務(wù)是以城鄉(xiāng)供水為主，結(jié)合灌溉，兼顧發(fā)電等綜合利用。水庫庫容約1.3×108m3工程為II等大（2）型工程，攔河大壩為碾壓混凝土雙曲拱壩，最大壩高90m，壩頂寬6m，壩底寬18.5m，厚高比0.206，壩身共布置7條誘導(dǎo)縫，其中6條誘導(dǎo)縫由壩基延伸至壩頂、1條短誘導(dǎo)縫（Z1誘導(dǎo)縫），泄洪系統(tǒng)采取壩身泄洪，設(shè)置有2個溢流表孔+1個泄流兼沖沙底孔。

2.裂縫形成原因探討

2018年12月12日，2019年1月2日分別在大壩左、右岸發(fā)現(xiàn)兩條裂縫，其中裂縫A（左岸裂縫）從壩頂沿垂直方向延伸至壩基，深約24m，壩頂處裂隙寬度2～3mm，拱肩槽處裂隙寬度1～2mm；裂縫B（右岸裂縫）從壩頂沿垂直方向延伸至壩基，深約48m，壩頂處裂隙寬度3～5mm，拱肩槽處裂隙寬度2～3mm，如圖1所示。

圖1 大壩上游面誘導(dǎo)縫及裂縫圖

大壩左、右岸裂縫出現(xiàn)時大壩壩身碾壓混凝土已完成澆筑，左、右岸裂縫出現(xiàn)位置離壩身最近的導(dǎo)縫在壩頂處約為5.45m與7.81m，大壩出現(xiàn)裂縫時候此兩條誘導(dǎo)縫已出現(xiàn)了小幅度的張開，裂縫出現(xiàn)后，結(jié)合對誘導(dǎo)縫開度監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，裂縫最近處的誘導(dǎo)縫張開趨勢趨于穩(wěn)定。

裂縫的出現(xiàn)原因主要是由于裂縫出現(xiàn)前工程區(qū)出現(xiàn)了2次大幅度的降溫，外界氣溫低至0℃以下，接近該地區(qū)極端最低氣溫-4.7℃，混凝土內(nèi)外溫差急劇加大，溫度應(yīng)力上升過快導(dǎo)致了誘導(dǎo)縫張開的同時壩體出現(xiàn)兩條貫穿性的裂縫。

3.處理方案

由于裂縫出現(xiàn)時間位于大壩蓄水前，需快速有效地對裂縫進行處理，處理方案主要如下：

3.1 縫面處理

（1）沿左、右岸裂縫大壩上、下游面出露處（壩肩處）鑿刻梯形槽（上、下游面沿裂縫鑿刻至裂縫終止后，沿壩肩基巖延深50cm），槽上口寬8cm，下口寬5cm，深度5cm，采用高壓水將槽內(nèi)沖洗干凈。裂縫灌漿完成后在上游面沿裂縫走向打磨寬25cm，涂刷寬20cm、2 mm厚的SK手刮聚脲（內(nèi)復(fù)合一層胎基布）。SK手刮聚脲涂層與壩體混凝土底材的粘結(jié)面采用BE14專用界面劑。

（2）沿左、右岸裂縫大壩下游面出露處、壩頂出露處梯形刻槽內(nèi)布設(shè)騎縫灌漿孔，鉆孔孔徑為φ32mm，鉆孔深度為20cm，間距0.8m，將灌漿排氣管埋入環(huán)氧砂漿，外露引出并做好標記，設(shè)開關(guān)閥。

（3）對縫面嵌槽用毛刷均勻的涂抹一層環(huán)氧基液或粘結(jié)劑。環(huán)氧基液涂刷完30分鐘后分兩層進行環(huán)氧砂漿回填。環(huán)氧砂漿抗拉強度≥9MPa。

（4）采用潔凈空氣對裂縫與預(yù)埋管間的暢通情況和裂縫口是否密封及管路安裝的牢固性、可靠性等進行檢查。試氣壓力先小后大，控制在0.2～0.3MPa之間。試氣時吹盡縫內(nèi)積水，使裂縫面保持干凈、干燥狀。

（5）對縫面進行通風(fēng)和排水處理后，在壩頂埋設(shè)灌漿管、排氣管，引至壩后，后期采用M30水泥漿回填。

（6）SK手刮聚脲主要技術(shù)指標：拉伸強度＞15MPa；扯斷伸長率＞280%；附著力（潮濕面）＞2MPa；顏色為淺灰色。

3.2 裂縫灌漿

（1）在大壩上游面、下游面設(shè)置灌漿斜孔。灌漿斜孔須穿過左、右岸裂縫位置1.0m以上。

（2）斜孔逐孔壓水，確保斜孔與縫面連通。

（3）采用潔凈空氣對裂縫與預(yù)埋管間的暢通情況和裂縫口是否密封及管路安裝的牢固性、可靠性等進行檢查。試氣壓力先小后大，控制在0.2～0.3MPa之間。試氣時吹盡縫內(nèi)積水，使裂縫面保持干凈、干燥狀。

（4）化學(xué)灌漿采用自下而上，由深孔到淺孔，先斜孔后騎縫孔的原則，當在斜孔出現(xiàn)串漿時采取并灌，出現(xiàn)多孔時關(guān)閉閘閥。斜孔灌漿壓力按進漿管管口壓力0.3～0.5MPa控制，排氣管管口回漿壓力不宜大于0.3MPa；騎縫孔灌漿壓力0.3MPa。灌漿壓力應(yīng)先小后大，進漿宜緩慢，不應(yīng)急促；灌漿壓力從0.1MPa開始，采用分級升壓方式，分級升壓速度為0.1MPa/30min～60min。

（5）化學(xué)灌漿材料采用環(huán)氧樹脂，其技術(shù)指標應(yīng)滿足下列要求：

膠凝時間（h）：8～36h；粘接抗拉強度/MPa（齡期2個月）：＞3.0MPa；純聚合體的抗壓強度/MPa（齡期1個月）：＞40MPa。

3.3 質(zhì)量檢查

裂縫處理完成、化學(xué)灌漿漿液達到設(shè)計齡期后開展質(zhì)量檢查，質(zhì)量檢查以檢查孔壓水試驗、芯樣分析（充填、粘結(jié)情況）為主，結(jié)合鉆孔、灌漿記錄等綜合評定。裂縫應(yīng)在大壩下游壩面按高程、深度布設(shè)壓水試驗、取芯，其他裂縫可以灌漿記錄分析評定，壓水檢查孔及鉆孔取芯檢查孔均用M30水泥砂漿灌漿封孔。

4.運行期監(jiān)測

裂縫處理時在左右岸裂縫上、下游處處分別埋設(shè)了2只與4只測縫計，共計6只，本工程已于2019年5月蓄水，目前已蓄水一年有余。

結(jié)合現(xiàn)場裂縫監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，近3個月來裂縫開合度變化量在-0.09mm～0.00m（蓄水后受上游水推力作用，上游面裂縫開合度均呈縮小趨勢），裂縫開合度監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示裂縫變化已趨于穩(wěn)定。

5.結(jié)束語

碾壓混凝土拱壩受原材料、溫控措施、施工方式、與外界條件等情況的影響，容易出現(xiàn)混凝土面層裂縫甚至是貫穿性裂縫，為保證碾壓混凝土拱壩蓄水后的受力情況良好，需在蓄水前對出現(xiàn)的裂縫與進行灌漿處理。對于同等工程的碾壓混凝土拱壩裂縫處理推薦采用以下方式：

（1）對于出現(xiàn)的貫穿性裂縫可采用化學(xué)灌漿，灌漿材料采用環(huán)氧樹脂，粘接抗拉強度（齡期2個月）＞3.0Mpa，純聚合體的抗壓強度/MPa（齡期1個月）＞40MPa。灌漿壓力控制在0.2～0.5MPa之間。

（2）灌漿孔可結(jié)合拱壩結(jié)構(gòu)布置，采取上下游打斜孔+壩內(nèi)廊道綜合布置形式。

（3）可在裂縫距大壩上下游20cm處分別布設(shè)側(cè)縫計，高程方向上可采取15m范圍內(nèi)布設(shè)一組，運行期監(jiān)測裂縫變化情況。

（4）裂縫灌漿完成后可在上游面沿裂縫走向增設(shè)SK手刮聚脲（內(nèi)復(fù)合一層胎基布）。SK手刮聚脲涂層與壩體混凝土底材的粘結(jié)面采用BE14專用界面劑。