楊房溝水電站大壩混凝土裂縫化學(xué)灌漿處理施工

王元鵬 劉濤

摘要：為了處理楊房溝水電站拱壩上游壩面出現(xiàn)的局部裂縫，保持其混凝土的耐久性并達(dá)到補(bǔ)強(qiáng)、抑裂、防滲等目的，通過試驗論證并結(jié)合刻槽、鉆孔、埋管、封縫、化學(xué)灌漿、防滲蓋片封閉等方法進(jìn)行了裂縫處理。灌漿檢查成果表明：裂縫處理效果滿足規(guī)范及設(shè)計要求，處理方法合理。經(jīng)過2個洪水期后混凝土裂縫未滲水且未二次張開及擴(kuò)展，拱壩混凝土裂縫處理整體效果良好。該裂縫處理技術(shù)可供類似工程借鑒。

關(guān)鍵詞：混凝土裂縫； 化學(xué)灌漿； 防滲蓋片； 楊房溝水電站； 雅礱江

中圖法分類號：TV543.2;TV64

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2023.S2.008

文章編號：1006-0081（2023）S2-0027-05

0 引 言

高拱壩大體積混凝土裂縫處理技術(shù)是水利水電工程專家、學(xué)者研究的重要課題。楊培洲等［1］采用鉆孔法環(huán)氧樹脂灌漿工藝，選在冬季低溫時進(jìn)行高寒高海拔地區(qū)大型水工隧洞混凝土裂縫處理施工。梁皓［2］通過化學(xué)灌漿進(jìn)行水電站混凝土裂縫修復(fù)，達(dá)到補(bǔ)強(qiáng)、抑裂和提高流道混凝土抗沖磨、防滲耐久性能的目的。徐凱［3］對沿河縣甘溪水庫工程大壩裂縫進(jìn)行處理，采用潔凈空氣對裂縫與預(yù)埋管間的暢通情況和裂縫口密封情況及管路安裝的牢固性、可靠性等進(jìn)行檢查。本文基于中國首個采用EPC模式建設(shè)的百萬千瓦級水電站裂縫處理施工實踐，采用化學(xué)灌漿及防滲蓋片處理技術(shù)進(jìn)行裂縫處理，以期為同類工程裂縫處理提供借鑒。

1 工程概況

楊房溝水電站是四川雅礱江中游河段一庫七級開發(fā)的第六級，工程規(guī)模為大（1）型。工程樞紐主要建筑物由擋水建筑物、泄洪消能建筑物及引水發(fā)電系統(tǒng)等組成。擋水建筑物采用混凝土雙曲拱壩，壩高155 m，泄洪消能建筑物為壩身表、中孔+壩后水墊塘及二道壩［4］，泄洪建筑物布置在壩身，消能建筑物布置在壩后；地下廠房采用首部開發(fā)方式，尾水洞布置在楊房溝溝口上游。電站總裝機(jī)容量1 500 MW，安裝4臺375 MW的混流式水輪發(fā)電機(jī)組［5］。2020年12月19日，對拱壩基礎(chǔ)強(qiáng)約束區(qū)范圍上游壩面高程2 005 m以下進(jìn)行裂縫檢查：右岸11號壩段發(fā)現(xiàn)1條裂縫，12號、13號壩段分別發(fā)現(xiàn)1條、3條裂縫，右岸其他壩段及左岸壩段未發(fā)現(xiàn)裂縫。

2 裂縫分布、產(chǎn)狀及成因分析

（1） 裂縫分布。大壩基礎(chǔ)強(qiáng)約束區(qū)范圍上游壩面5條混凝土裂縫分布位置示意見圖1。

（2） 裂縫產(chǎn)狀。上游壩面裂縫主要產(chǎn)狀統(tǒng)計見表1。

（3） 裂縫成因分析。寒潮影響、晝夜溫差較大，混凝土表面拉應(yīng)力增大，在空庫情況下，壩體下游壩面拉應(yīng)力區(qū)疊加，貼角部位結(jié)構(gòu)突變應(yīng)力集中，局部保溫失效等多種因素疊加作用，造成了裂縫的產(chǎn)生。

3 灌漿材料及性能

采用環(huán)氧樹脂作為裂縫灌漿材料，材料性能檢測指標(biāo)均滿足JC/T 1041-2007《混凝土裂縫用環(huán)氧樹脂灌漿材料》、DL/T 5193-2004《環(huán)氧樹脂砂漿技術(shù)規(guī)程》要求，詳見表2。

4 裂縫處理方法

4.1 裂縫刻槽

沿混凝土裂縫走向在混凝土表面刻一外窄內(nèi)寬的燕尾槽，表面寬7 cm、內(nèi)部寬10 cm、深度5 cm。用高壓水將槽面沖洗干凈，吹干槽內(nèi)后用毛刷均勻地涂抹一層環(huán)氧基液。環(huán)氧基液涂刷完畢30 min 后進(jìn)行預(yù)縮砂漿嵌填，嵌填完成后表面涂刷HK增強(qiáng)型涂層?？滩刍靥钍疽庖妶D2。

4.2 裂縫鉆孔

（1） 11-1號裂縫為分布在F11橫縫左岸側(cè)約50 cm的豎向裂縫，長度約2 m，高程約1 974～1 976 m，寬度約0.02 mm，深度小于25 cm，采取應(yīng)力釋放孔+橫縫F11縫面局部封灌+刻槽回填+化學(xué)灌漿+防滲蓋片封閉的綜合處理措施。

施工時，共在11-1號裂縫兩端鉆設(shè)應(yīng)力釋放孔2個，孔深20 cm，鉆孔角度為沿裂縫縫面延伸方向；灌漿孔+騎縫孔7個，孔深20 cm，鉆孔角度為距離裂縫20 cm，45°向裂縫傾斜，埋設(shè)Φ10 mm灌漿管，騎縫孔在刻槽回填時埋設(shè)灌漿管；排氣孔4個，孔徑均為Φ14 mm，鉆孔角度為距離裂縫20 cm，45°向裂縫傾斜。11-1號裂縫施工鉆孔布置見圖3。

同時，對其附近的11號橫縫采取了聚氨酯灌漿處理措施，處理范圍為沿橫縫方向?qū)?yīng)11-1號裂縫位置向上、下各延伸1.0 m。先在底部端頭鉆設(shè)一個Φ14 mm阻斷孔，孔深20 cm，并用棉紗混合堵漏王對鉆孔進(jìn)行封堵；使用手持式切割機(jī)對縫面進(jìn)行清理，然后用風(fēng)將縫面吹凈，使用環(huán)氧膠泥對橫縫表面進(jìn)行封堵，同時埋設(shè)Φ14 mm灌漿管。強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計要求后進(jìn)行聚氨酯化學(xué)灌漿。

（2） 12-1號裂縫為分布在12號壩段基礎(chǔ)強(qiáng)約束區(qū)的豎向裂縫，長度約5 m，高程約1 973～1 978 m，寬度約0.03～0.40 mm，深度小于50 cm。對該裂縫采取應(yīng)力釋放孔+刻槽回填+化學(xué)灌漿+防滲蓋片封閉的綜合處理措施。

施工時，共在12-1號裂縫兩端鉆設(shè)應(yīng)力釋放孔2個，孔深20 cm，鉆孔角度為沿裂縫縫面延伸方向；灌漿孔+騎縫孔14個，孔深20 cm，鉆孔角度為距離裂縫20 cm，45°向裂縫傾斜，埋設(shè)Φ10 mm灌漿管，騎縫孔在刻槽回填時埋設(shè)灌漿管；排氣孔10個，孔徑均為Φ14 mm，鉆孔角度為距離裂縫20 cm，45°向裂縫傾斜。12-1號裂縫施工鉆孔布置見圖4。

（3） 13-1、13-2、13-3號裂縫為分布在13號壩段基礎(chǔ)強(qiáng)約束區(qū)中部的豎向裂縫，分布高程約1 984～1 996 m，長度分別約6 m、3 m、3 m，寬度約0.03 mm，深度小于50 cm。對上述3條裂縫采取應(yīng)力釋放孔+刻槽回填+化學(xué)灌漿+防滲蓋片封閉的綜合處理措施。① 在13-1號裂縫兩端鉆設(shè)應(yīng)力釋放孔2個，孔深20 cm，鉆孔角度為沿裂縫縫面延伸方向；騎縫兼灌漿孔16個，孔深20 cm，在刻槽回填時埋設(shè)Φ10 mm灌漿管。② 在13-2號裂縫兩端鉆設(shè)應(yīng)力釋放孔2個，孔深20 cm，鉆孔角度為沿裂縫縫面延伸方向；騎縫兼灌漿孔6個，孔深20 cm，在刻槽回填時埋設(shè)Φ10 mm灌漿管。③ 在13-3號裂縫兩端鉆設(shè)應(yīng)力釋放孔2個，孔深20 cm，鉆孔角度為沿裂縫縫面延伸方向；騎縫兼灌漿孔4個，孔深20 cm，在刻槽回填時埋設(shè)Φ10 mm灌漿管。13-1、13-2、13-3號裂縫施工鉆孔布置見圖5。

4.3 預(yù)灌性壓水檢查

灌漿管全部安裝結(jié)束后，采用自下而上的方式對各灌漿孔進(jìn)行壓水檢查。具體操作要求如下。

① 壓水壓力為0.1 MPa。

② 從最低高程裂縫灌漿孔開始壓水，其余灌漿孔閥門全部打開。待上部各灌漿孔出水后，按出水先后順序依次關(guān)閉管口閥門，同時保持底部灌漿孔持續(xù)進(jìn)水，直至頂部裂縫灌漿孔出水。

③ 當(dāng)出現(xiàn)某一裂縫灌漿孔全部未出水時，則改從臨近灌漿孔進(jìn)行壓水，其余裂縫灌漿孔閥門全部打開。若不出水，依次改換灌漿孔直至全部灌漿孔均壓水；若仍不出水，則可判定此處裂縫灌漿孔間距偏大或灌漿孔未鉆遇裂縫（斜孔），在其中間加密灌漿孔或調(diào)整鉆孔角度（斜孔）并配合通水檢查，再次加密直至各灌漿孔與縫面全部暢通或最小孔距為20 cm為止。

4.4 試氣檢查

灌漿管埋設(shè)、通水檢查完成封閉后，根據(jù)JC/T 1041-2007《混凝土裂縫用環(huán)氧樹脂灌漿材料》要求，采用空氣壓縮機(jī)對裂縫與預(yù)埋管間的暢通情況和裂縫口的密封性及管路安裝的牢固性、可靠性等進(jìn)行試氣檢查。試氣壓力先小后大，控制不超過0.1 MPa。試氣時吹盡縫內(nèi)的積水，使裂縫面保持干凈、干燥狀態(tài)，然后關(guān)閉除進(jìn)氣管以外的其余灌漿管，用肥皂水或洗滌劑水滿刷封閉裂縫表面，如有漏氣，則需重新封閉漏氣部位。

4.5 化學(xué)灌漿

4.5.1 橫縫F11縫面局部聚氨酯封灌

在橫縫F11高程1 973～1 977 m采用水溶性聚氨酯將上游壩面與橫縫F11第一道止水之間的縫面進(jìn)行灌封。

施工時共埋設(shè)灌漿管4孔，化學(xué)灌漿時，先從底部孔進(jìn)漿施灌，待中間孔串漿后，封閉被串孔，直至頂部沿縫面串出聚氨酯漿液后，即停止灌漿，關(guān)閉進(jìn)漿閥門，完成灌漿施工。

4.5.2 裂縫灌漿

（1） 裂縫化學(xué)灌漿配漿。灌漿材料采用PSI-501低黏度改性環(huán)氧樹脂灌漿材料，配比為9∶1（質(zhì)量比）。① 化學(xué)灌漿漿液配制時，由配漿人員在現(xiàn)場根據(jù)規(guī)定比例配置A、B兩組份材料。② 由專人按量進(jìn)行漿液配制，遵循少配、勤配的原則。③ 固化劑（B組份）的加入應(yīng)慢速、自落式成線狀加入A液，邊加入邊攪拌，攪拌時間以固化劑加完后約3 min 為宜。每次配漿量應(yīng)與進(jìn)漿速率相應(yīng)，否則配制漿液放置時間過長，容易造成黏度增大、灌注困難，進(jìn)而影響灌漿質(zhì)量。④ 每配置一次化學(xué)漿液均應(yīng)詳細(xì)記錄。

（2） 化學(xué)灌漿施工。① 按自低高程孔至高高程孔的順序施灌，施工過程遵循“低壓力、長時間、慢速率”的原則。先將其余灌漿孔閥門全部打開，從最低高程進(jìn)漿管進(jìn)漿，待其上部灌漿孔排出漿液后，關(guān)閉該進(jìn)漿管，逐級升壓。待頂層灌漿孔排漿后，進(jìn)行屏漿與閉漿。② 進(jìn)漿管管口壓力為0.10～0.15 MPa，在灌漿過程中，由監(jiān)測人員安裝監(jiān)測儀器對縫面張開情況進(jìn)行監(jiān)控，裂縫張開度為0.002～0.013 mm。

③ 在設(shè)計壓力下，當(dāng)漿液注入量小于0.01 L/min后，繼續(xù)保持設(shè)計壓力屏漿15 min后結(jié)束灌漿。灌漿結(jié)束后進(jìn)行閉漿，直至漿液完全失去流動性。

④ 當(dāng)灌漿結(jié)束、漿液終凝后，即可沿混凝土表面切除灌漿嘴，同時清理已固化的外溢漿液。

4.6 表面處理

化學(xué)灌漿完成后，對刻槽部位混凝土表面進(jìn)行打磨，在表面垂直涂刷兩道環(huán)氧膠泥，其中11-1號裂縫涂刷范圍為裂縫左岸側(cè)25 cm至橫縫F11右岸側(cè)25 cm，上下端部以外各25 cm，其余裂縫涂刷范圍為裂縫兩側(cè)及上下端部以外各25 cm。

4.7 防滲蓋片封閉

先將防滲蓋片鋪設(shè)范圍的壩體表面打磨平整，清理干凈后，涂刷2道SR配套底膠，將SR防滲蓋片黏貼好，采用6 mm厚鍍鋅扁鋼和膨脹螺栓進(jìn)行周邊加固，然后采用封邊劑對四周進(jìn)行封邊。對于需搭接的部位，搭接長度為25 cm，在搭接段SR蓋片上先刷SR配套底膠，再進(jìn)行搭接黏貼，見圖6。

5 化學(xué)灌漿成果分析

5.1 預(yù)灌性壓水檢查

預(yù)灌性壓水壓力為0.1 MPa，從最低高程裂縫灌漿孔開始通水，其余灌漿孔閥門全部打開。待上部各灌漿孔出水后，按出水先后順序依次關(guān)閉各裂縫灌漿孔閥門，同時保持底部灌漿孔持續(xù)進(jìn)水，直至

頂部裂縫灌漿孔出水。12-1號裂縫各灌漿孔均出水，縫面暢通。11-1、13-1、13-2、13-3號裂縫各孔均未出水，縫面閉合。

5.2 試氣檢查

試氣壓力為0.08 MPa。試氣時吹盡縫內(nèi)的積水，使裂縫面保持干凈、干燥狀態(tài)，然后堵塞除進(jìn)氣管以外的其余灌漿管，用肥皂水滿刷封閉裂縫表面，重新封閉漏氣部位。

5.3 灌漿串孔情況

上游壩面化學(xué)灌漿施工于2020年12月26～27日進(jìn)行。施工過程中，11-1、13-1、13-2、13-3號裂縫均無串孔，表明裂縫縫面未張開，各灌漿孔串通性差；12-1號裂縫在灌注12-1-5孔時串漿至12-1-6孔，12-1-7孔串漿至12-1-8孔，12-1-9孔串漿至12-1-10孔，表明裂縫縫面張開，各灌漿孔串通性好。

5.4 灌漿成果

上游壩面5條裂縫化學(xué)灌漿累計耗漿（含外漏、廢棄、設(shè)備清洗）47.432 kg，純灌注量為19.467 kg，各縫單位耗漿量0.053～8.388 kg/m2，平均單耗4.421 kg/m2。各裂縫灌漿成果見表3。

根據(jù)裂縫長度、寬度、深度計算縫容，與化學(xué)漿液灌入體積對比，11-1、13-1、13-2、13-3號裂縫漿液灌入量與縫容相近，12-1號裂縫漿液灌入量遠(yuǎn)大于計算縫容，原因可能為裂縫寬度、深度不規(guī)則，導(dǎo)致計算縫容不準(zhǔn)確。裂縫計算縫容與灌入漿液體積對比見表4。

5.5 裂縫處理成果

化學(xué)灌漿施工中，11-1、13-1、13-2、13-3號裂縫均無串孔現(xiàn)象，但有少量漿液灌入，分析其原因為局部縫面填充或混凝土浸滲耗漿，說明上述裂縫張開度極小，不具可灌性或裂縫為淺層裂縫；12-1號裂縫耗漿量較大，且灌漿時發(fā)生串孔現(xiàn)象，這與其縫面寬度較大的情況相符。對灌漿施工記錄成果資料的分析結(jié)果表明，大壩壩面裂縫化學(xué)灌漿質(zhì)量合格。

5.6 裂縫檢查成果

灌漿完成后，通過鉆孔、壓水試驗檢查，結(jié)果表明：裂縫面閉合，縫面化學(xué)漿液結(jié)石充填飽滿、密實，壓水試驗透水率均為0，灌漿效果滿足要求。

5.7 裂縫灌漿效果

混凝土裂縫已按設(shè)計要求進(jìn)行了處理并通過了驗收，各單元質(zhì)量驗收合格，施工材料質(zhì)量全部合格，裂縫處理效果滿足規(guī)范及設(shè)計要求。

6 結(jié) 語

本文通過調(diào)查研究、試驗論證及現(xiàn)場施工實踐，驗證了采用化學(xué)灌漿及防滲蓋片的混凝土裂縫處理技術(shù)可以達(dá)到補(bǔ)強(qiáng)、抑裂、防滲的目的。經(jīng)過兩個洪水期的驗證，混凝土裂縫未滲水，且未進(jìn)一步變化及擴(kuò)展。由于國內(nèi)采用EPC模式建設(shè)的百萬千瓦級水電站高拱壩較少，采用裂縫化學(xué)灌漿+防滲蓋片處理技術(shù)的經(jīng)驗也較少，本文研究成果可為同類工程裂縫處理提供借鑒。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 楊培洲，董小虎，孫起軍.高海拔寒冷地區(qū)大型水工隧洞混凝土裂縫處理［J］.水利水電快報，2022，43（增2）：27-31.

［2］ 梁皓.化學(xué)灌漿在水電站混凝土裂縫修復(fù)中的應(yīng)用［J］.云南水力發(fā)電，2022，38（2）：143-146.

［3］ 徐凱.沿河縣甘溪水庫工程大壩裂縫處理方案淺談［J］.內(nèi)蒙古水利，2021（1）：51-52.

［4］ 王國力.楊房溝水電站尾水洞施工支洞布置優(yōu)化［J］.四川水利，2017，38（5）：43-44，52.

［5］ 劉濤.楊房溝水電站壩肩高陡邊坡支護(hù)設(shè)計與施工［J］.建筑技術(shù)開發(fā)，2021，48（19）：160-162.