石家河電站大壩沖沙閘裂縫處理技術(shù)淺析

陳恩劍

（常德市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院　常德市　415000）

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石家河電站大壩沖沙閘裂縫處理技術(shù)淺析

陳恩劍

（常德市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院常德市415000）

【摘要】結(jié)合石家河電站大壩沖沙閘裂縫處理工程實(shí)踐，文章分析了裂縫產(chǎn)生的原因，闡述了水利工程中混凝土建筑物的裂縫處理方法等。

【關(guān)鍵詞】石家河電站水工建筑物混凝土裂縫處理

1　工程概況

石家河電站位于湖南省石門(mén)縣壺瓶山鎮(zhèn)，電站裝機(jī)3 200 kW，電站大壩為混凝土重力壩，大壩建基面高程為236.5m，坐落于微風(fēng)化基巖面上，最大壩高22m，大壩沖沙閘布置在大壩右岸壩基處，沖砂閘設(shè)計(jì)凈空尺寸為2.0m×2.0m，沖砂閘底板高程243.0m，其底板混凝土厚度為6.5m，沖沙閘自混凝土澆筑開(kāi)始，在閘底板出現(xiàn)了不同程度的裂縫，裂縫平面分布簡(jiǎn)圖如附圖所示。

附圖　沖沙閘底板裂縫平面分布簡(jiǎn)圖

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)沖沙閘底板出現(xiàn)的裂縫進(jìn)行的聲波檢測(cè)資料分析可知，其底板左側(cè)裂縫下方（2.7～3.1）m深度段發(fā)育有閉合性裂縫，底板右側(cè)裂縫下方（1.0～2.3）m深度發(fā)育有閉合性裂縫。

2　原因分析

根據(jù)以往工程實(shí)例及經(jīng)驗(yàn)可知，導(dǎo)致水工建筑物混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫的原因主要有以下9種：①混凝土在硬化的過(guò)程中，由于干縮引起的體積變形受到約束而產(chǎn)生的裂縫；②混凝土加水拌合后，水泥中的堿性物質(zhì)與活性骨料的活性氧化硅等起反應(yīng)，使體積增大，產(chǎn)生裂縫；③大體積混凝土水化時(shí)產(chǎn)生大量的水化熱得不到散發(fā)，導(dǎo)致混凝土內(nèi)外溫差過(guò)大，使混凝土的變形超過(guò)極限而引起裂縫；④在厚度較大的構(gòu)件中，由于混凝土的塑性塌落引起裂縫；⑤當(dāng)有約束時(shí)，混凝土熱脹冷縮產(chǎn)生的體積脹縮，因?yàn)榧s束力的限制，在內(nèi)部產(chǎn)生的溫度應(yīng)力超過(guò)了混凝土抗拉強(qiáng)度，從而產(chǎn)生溫度裂縫；⑥當(dāng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)出現(xiàn)不均勻沉降，也有可能產(chǎn)生裂縫；⑦當(dāng)鋼筋混凝土處于不利環(huán)境中時(shí)，鋼筋保護(hù)層厚度不夠，導(dǎo)致鋼筋氧化膨脹對(duì)混凝土擠壓產(chǎn)生裂縫；⑧混凝土表面蒸發(fā)過(guò)快，造成混凝土內(nèi)部水化熱過(guò)高，在混凝土澆筑數(shù)小時(shí)后仍處于塑性狀態(tài)，產(chǎn)生塑性收縮裂縫；⑨施工材料質(zhì)量及過(guò)程中混凝土的養(yǎng)護(hù)不到位也可能使混凝土產(chǎn)生裂縫。

本次對(duì)沖沙閘底板裂縫成因進(jìn)行了多方面的分析，初步得出產(chǎn)生裂縫的主要原因如下：

（1）沖沙閘混凝土的骨料采用人工骨料。由于對(duì)棒磨系統(tǒng)的管理運(yùn)行不善，導(dǎo)致人工砂的細(xì)度模數(shù)為3.3，較規(guī)范相比偏高。而且骨料的堆放也不規(guī)范，基本為露天堆放，導(dǎo)致骨料的含水率及泥量都嚴(yán)重超標(biāo)。

（2）工程混凝土中水泥采用普通硅酸鹽水泥，其初期發(fā)熱量較高。水泥出廠后直接運(yùn)用到施工現(xiàn)場(chǎng)，導(dǎo)致水泥的入灌溫度過(guò)高，不符合規(guī)范規(guī)定要求。

（3）根據(jù)《水工混凝土施工規(guī)范》規(guī)定，混凝土澆筑完畢后，應(yīng)及時(shí)灑水養(yǎng)護(hù)?，F(xiàn)場(chǎng)澆筑后混凝土倉(cāng)面未得到及時(shí)有效的保護(hù)，從而導(dǎo)致混凝土由于干縮、內(nèi)外溫差大等原因產(chǎn)生裂縫。

3　混凝土裂縫的處理措施

常用的混凝土裂縫處理方法主要有以下三種：

（1）表面處理。采用的處理方法有：①表面粘補(bǔ)，即用膠粘劑把橡皮或其他材料粘帖在混凝土裂縫部位，達(dá)到封閉裂縫、防滲堵漏的目的；②表面涂抹，即水泥漿、水泥砂漿、防水快凝砂漿、環(huán)氧基液及環(huán)氧砂漿等涂抹在混凝土裂縫部位表面，表面涂抹處理只能用于非流水表面的堵縫截漏。表面粘補(bǔ)主要用于修理對(duì)水工建筑物結(jié)構(gòu)強(qiáng)度沒(méi)有影響的裂縫，尤其用于修補(bǔ)伸縮縫及溫度縫上。

（2）鑿槽補(bǔ)強(qiáng)加固處理。①鑿槽嵌補(bǔ)，即沿混凝土裂縫鑿一深槽，槽內(nèi)嵌填防水材料，如環(huán)氧砂漿、瀝青油膏、干硬性砂漿、聚氯乙烯膠泥、預(yù)縮砂漿等，以防止內(nèi)水外滲或外水內(nèi)滲，該種處理方法主要用于對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度沒(méi)有影響的裂縫；②噴漿修補(bǔ)，即在裂縫部位進(jìn)行鑿毛處理后噴射一層密實(shí)且高強(qiáng)度的水泥砂漿保護(hù)層，達(dá)到封閉裂縫、防滲堵漏、提高混凝土表面抗沖耐蝕能力，根據(jù)裂縫部位、性質(zhì)和修理要求等，可采用無(wú)筋素噴漿、掛網(wǎng)噴漿、掛網(wǎng)噴漿與鑿槽嵌補(bǔ)相結(jié)合的方法。

（3）內(nèi)部灌漿處理。一般采用鉆孔灌漿方法。對(duì)于淺縫和某些僅需防滲堵漏的裂縫可采用騎縫灌漿方法。灌漿材料常用水泥和化學(xué)材料，視裂縫的性質(zhì)、開(kāi)度和施工條件等具體情況而定。對(duì)于開(kāi)度大于0.3mm的裂縫，一般采用水泥灌漿；對(duì)于開(kāi)度小于0.3mm的裂縫，宜采用化學(xué)灌漿。

本次根據(jù)該沖沙閘各裂縫的具體情況采取“探測(cè)-分類-處理”的方式：

（1）裂縫性狀統(tǒng)計(jì)。對(duì)已出現(xiàn)的裂縫進(jìn)行系統(tǒng)的檢測(cè)和記錄，為裂縫的分類提供基礎(chǔ)資料。檢測(cè)的內(nèi)容包括裂縫出現(xiàn)的工程部位、數(shù)量、產(chǎn)狀、形狀、縫面狀態(tài)、縫隙狀態(tài)、滲水狀態(tài)等。對(duì)于影響結(jié)構(gòu)整體安全性、強(qiáng)度及防滲性能的裂縫，應(yīng)查明裂縫與時(shí)間、溫度、濕度、受載時(shí)間的變化關(guān)系。

（2）裂縫的分類。依據(jù)探測(cè)的裂縫深度對(duì)裂縫進(jìn)行分類：一類裂縫：表層裂縫，指深度在（0.1～20）cm之間的裂縫；二類裂縫：淺層裂縫，指深度在（20～40）cm之間的裂縫；三類裂縫：深層裂縫，指深度在（40～150）cm之間的裂縫；四類裂縫：貫穿縫，指深度大于150 cm的裂縫，以及混凝土結(jié)構(gòu)被裂縫水平方向或豎直方向貫通的裂縫。

（3）裂縫的處理。依據(jù)出現(xiàn)裂縫的深度，對(duì)裂縫進(jìn)行分類后，針對(duì)不同類型的裂縫進(jìn)行不同的處理方案，分別采用鑿槽填縫、化學(xué)灌漿、鋪設(shè)限裂鋼筋網(wǎng)等措施。其中化學(xué)灌漿措施具體如下：①裂縫封閉：a、過(guò)流面裂縫采用環(huán)氧膠泥封閉：在以裂縫紋路為中心左右10 cm范圍內(nèi)打磨出新鮮的混凝土，采用丙酮清洗干凈之后將順裂縫用環(huán)氧膠泥封閉，讓其自然固化粘結(jié)牢固。b、非過(guò)流面采用開(kāi)槽封閉：順騎裂縫鑿槽10 cm×10 cm，用微膨脹混凝土填槽。②灌漿：順裂縫呈梅花形布置鉆孔，孔間距宜選擇（80～100）cm，自下而上、由低向高，單孔逐一連續(xù)進(jìn)行灌漿。深度在（0～150）cm之間的裂縫灌漿壓力宜采用（0.3～0.6）MPa；深度大于150 cm的裂縫灌漿即為深孔灌漿，灌漿壓力可采用（0.5～1.0）MPa。灌漿材料主要選用潮濕性改性環(huán)氧樹(shù)脂HK-G-2。灌漿排氣孔的選擇一般要大于裂縫的深度尺寸，當(dāng)排氣、水孔冒出濃漿后，即可封閉該排氣水孔，并將正在灌漿的孔與該排氣水孔之間的待灌漿孔全部打開(kāi)，待全部冒濃漿后立即封閉，然后每孔逐一補(bǔ)充灌漿，當(dāng)達(dá)到結(jié)束條件后可視為該段灌漿結(jié)束；然后選擇排氣孔為灌漿孔，選擇合適的孔位作為下一段裂縫灌漿的排氣、水孔，進(jìn)行下一個(gè)階段的灌漿。以此類推，直至該裂縫灌漿結(jié)束。灌漿開(kāi)始時(shí)，需控制壓力和進(jìn)漿速率，逐漸提高灌漿壓力（一般不大于混凝土抗壓強(qiáng)度的8%～10%）至相鄰灌漿孔或縫面冒漿后，保持（30～60）s即可結(jié)束本孔（或該裂縫）灌漿，改灌相鄰灌漿孔（或裂縫）。③灌漿效果檢查及驗(yàn)收：灌漿結(jié)束7 d后在灌漿孔距中間點(diǎn)進(jìn)行鉆孔取芯檢查灌漿效果。隨機(jī)選取混凝土裂縫鉆1～2個(gè)檢查孔，觀察取出的芯樣被漿液充填情況，并進(jìn)行壓水試驗(yàn)。

4　結(jié)　語(yǔ)

水工混凝土建筑物從建設(shè)到使用，涉及設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理等各方面，工程產(chǎn)生裂縫是不可避免的，在一定范圍內(nèi)也是可以接受的。只是要采取有效的措施將其危害程度控制在一定的范圍之內(nèi)，對(duì)水工建筑物安全是不會(huì)產(chǎn)生不良影響的。但在施工中應(yīng)盡量采取有效的措施控制裂縫產(chǎn)生，使結(jié)構(gòu)盡可能不出現(xiàn)裂縫或盡量減少裂縫的數(shù)量和寬度。一旦產(chǎn)生裂縫，應(yīng)先探明原因，再采取合理的處理措施，以確保水工混凝土建筑物的安全性和耐久性。

參考文獻(xiàn)

［1］《水利水電工程施工手冊(cè)》編委會(huì).《水利水電施工手冊(cè)》第三卷混凝土工程［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2002.

［2］SL 677-2014.水工混凝土施工規(guī)范［S］.北京：中國(guó)水利水電出版社，2014.

作者簡(jiǎn)介：陳恩劍（1981-），男，大學(xué)本科，工程師，從事水利水電工程設(shè)計(jì)工作。

收稿日期：（2016-03-17）