化學(xué)灌漿在滿天星電站拱壩伸縮縫補(bǔ)強(qiáng)加固中的應(yīng)用

（湖南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究總院長沙市410007）

化學(xué)灌漿在滿天星電站拱壩伸縮縫補(bǔ)強(qiáng)加固中的應(yīng)用

尹幫達(dá)

（湖南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究總院長沙市410007）

滿天星水電站拱壩HF1、HF5、HF93條伸縮縫經(jīng)內(nèi)部觀測(cè)儀器監(jiān)測(cè)反映有張開現(xiàn)象，且3條伸縮縫下游均由不同程度的滲漏現(xiàn)象，研究決定采用化學(xué)灌漿進(jìn)行修補(bǔ)加固處理。用具有良好韌性的灌漿材料，采用深淺孔相結(jié)合的灌漿方法對(duì)伸縮縫進(jìn)行化學(xué)灌漿處理，達(dá)到了防滲補(bǔ)強(qiáng)和恢復(fù)建筑物整體性的目的。

環(huán)氧樹脂化學(xué)灌漿伸縮縫滿天星水電站

1 工程概況

滿天星水電站位于湖南汝城縣耒水上游支流浙水上，電站以發(fā)電為主，為引水式高水頭電站，樞紐工程攔河壩為混凝土六圓心雙曲薄拱壩，最大壩高65m（壩底高程510.00m～512.00m，壩頂高程575.00m），拱冠梁底厚9.5m，厚高比0.146，壩頂寬2.5m，壩頂最大弧長189.2m，設(shè)有3個(gè)泄洪中孔和1個(gè)方形放空底孔，為我國已建的最薄雙曲拱壩之一。

滿天星電站拱壩從右至左共分9條豎向縫（HF1～HF9）。在施工期陸續(xù)進(jìn)行水泥封拱灌漿，運(yùn)行多年來一直正常。但自2012年以來，經(jīng)內(nèi)部觀測(cè)資料發(fā)現(xiàn)，局部封縫出現(xiàn)持續(xù)張開現(xiàn)象，為保證大壩安全運(yùn)行，需進(jìn)行封縫補(bǔ)強(qiáng)灌漿。

2 裂縫特征及危害

2.1 裂縫檢查

裂縫檢查采用以下幾種方式：

（1）采用測(cè)縫計(jì)定期觀測(cè)裂縫的張開度隨時(shí)間和氣溫的變化規(guī)律。

（2）讀數(shù)顯微鏡核實(shí)裂縫的寬度。

（3）鉆斜孔壓水法檢查裂縫深度。

（4）觀測(cè)法檢查裂縫的長度。

2.2 裂縫特征

通過對(duì)裂縫的觀察及量測(cè)，總結(jié)滿天星拱壩裂縫的分布特征如下：

（1）裂縫為施工伸縮縫，伸縮縫隨時(shí)間和溫度變化而發(fā)生輕微變化，并且有持續(xù)張開現(xiàn)象，尤其是HF1、HF5、HF9三條伸縮縫張開明顯。

（2）HF1、HF9伸縮縫裂縫上下端點(diǎn)在（575～563）m高程之間，HF5伸縮縫裂縫上下端點(diǎn)在（575～552）m高程之間。

（3）▽550高程在低溫期接縫有張開現(xiàn)象，年變幅在（0.14～1.72）mm之間；▽570年變幅在（0.44～ 1.99）mm之間。

（4）高程越高，接縫的年變幅和年變化量越大，上游略大于下游，左岸略大于右岸。

（5）縫內(nèi)有少量鈣化物及積水。

2.3 裂縫危害

通過現(xiàn)場(chǎng)及現(xiàn)有資料分析[1]：拱壩壩體伸縮縫的持續(xù)張開現(xiàn)象是由諸多原因造成，主要原因是氣候溫度變化以及時(shí)間的推移，混凝土收縮，致伸縮縫進(jìn)一步拉開，同時(shí)縫內(nèi)止水老化導(dǎo)致壩體滲漏。伸縮縫的張開導(dǎo)致壩體滲漏，同時(shí)水體壓力的擴(kuò)大會(huì)加劇壩體伸縮縫的張開而成為危害性的裂縫。

3 施工技術(shù)方法

3.1 灌漿材料選擇

本次化學(xué)灌漿采用環(huán)氧樹脂為灌漿主劑，環(huán)氧灌漿材料粘度低，可灌性好，抗壓強(qiáng)度高達(dá)40MPa以上，與混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度高，一般都大于混凝土本身的抗拉強(qiáng)度，對(duì)潮濕面的親和力好[2]，其主要性能指標(biāo)則見表1。

表1 環(huán)氧漿材主要性能指標(biāo)

環(huán)氧灌漿材料是由主劑（環(huán)氧樹脂）和副劑（固化劑）發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)而形成不溶的具有三向網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高聚物，而副劑的添加比例和種類直接影響灌漿材料的強(qiáng)度、凝結(jié)時(shí)間和柔韌性，本次灌漿針對(duì)封縫處理和深層裂縫灌漿的需要采用兩種副劑以滿足實(shí)際施工需要。

3.2 工藝流程

布設(shè)灌漿盒和灌漿孔→鑿縫鉆孔→沖洗與檢查→埋灌漿管及灌漿盒→封縫待凝→配漿及灌漿→灌漿后質(zhì)量檢查。

3.2.1 布孔

根據(jù)裂縫性狀和分布特點(diǎn)，對(duì)3條裂縫（HF1、HF5、HF9）上下游面采用表面騎縫灌漿和內(nèi)部鉆孔（深淺孔）灌漿相結(jié)合處理方法進(jìn)行灌漿處理。具體布設(shè)如下：

根據(jù)裂縫表面張開度，在3條伸縮裂縫上下游表面較寬處布設(shè)灌漿盒，每1.6m左右布設(shè)1個(gè)灌漿盒。

在裂縫上下游兩側(cè)均布設(shè)淺、深兩排灌漿孔。淺孔孔間距1.6m且沿裂縫交錯(cuò)布設(shè)，深孔孔間距也為1.6m且沿裂縫交錯(cuò)布設(shè)，淺孔和深孔之間間距為0.8m。灌漿盒與灌漿孔的布置見圖1。

3.2.2 鉆孔及鑿縫

用鉆頭為Φ42的風(fēng)鉆鉆孔，鉆進(jìn)角度均為60°，淺孔孔口離裂縫距離均為0.6m，孔深均為1.2m；深孔孔口離裂縫距離均為0.8m，孔深為1.6m。鉆孔示意圖詳見圖2。每條伸縮縫上下游沿裂縫鑿一條寬、深約（2～4）cm的“U”型槽，同時(shí)預(yù)留埋設(shè)灌漿盒的部位。

圖1 灌漿盒及灌漿孔布設(shè)縱面示意圖

圖2 裂縫鉆孔示意圖

3.2.3 鉆孔沖洗、裂隙沖洗和壓水試驗(yàn)

鉆孔結(jié)束后，用高壓風(fēng)將鉆孔及“U”形槽沖洗干凈，吹凈孔內(nèi)（槽內(nèi)）粉末，然后再清水清洗直至清水流出，確保進(jìn)漿孔、回漿孔穿過裂縫縫面。在確定裂縫縫面通暢之后，用高壓風(fēng)將積水沖干。

3.2.4 埋灌漿管和灌漿盒

鉆孔結(jié)束后，用高壓風(fēng)將鉆孔及鉆孔周圍吹洗干凈，灌漿盒底座涂上環(huán)氧基液，在伸縮縫上對(duì)應(yīng)位置埋設(shè)灌漿盒，再用環(huán)氧砂漿將灌漿盒貼牢。灌漿孔上布設(shè)的進(jìn)漿管和排氣管一并用環(huán)氧砂漿封牢。

3.2.5 封縫待凝

由于伸縮縫均為豎向裂縫，坡度大、裂縫長，因此合理的封縫方法對(duì)封縫尤為重要，施工中發(fā)現(xiàn)柔韌性比較大的固化劑即使調(diào)整固化劑加入比例也難以封縫，凝結(jié)時(shí)間長，最終采用柔性材料進(jìn)行封縫處理。

3.2.6 配漿灌漿

拱壩壩體厚，裂縫深，為保證漿液能充滿整個(gè)壩體，因此采用深淺孔相結(jié)合的方式進(jìn)行灌漿，同時(shí)考慮漿液在壩體內(nèi)的流動(dòng)性，需要適當(dāng)?shù)难娱L其固結(jié)時(shí)間，因此采用韌性好的固化劑，根據(jù)灌漿當(dāng)天的天氣溫度加入比例為40%～50%。影響化學(xué)灌漿效果主要因素之一是裂縫內(nèi)的空氣和積水無法排除，導(dǎo)致灌漿不徹底，效果差。本次灌漿的灌漿孔埋設(shè)進(jìn)漿管和排氣管，在施工現(xiàn)場(chǎng)配置漿液，灌漿時(shí)利用漿液的密度比水大的特性，灌漿時(shí)慢慢的把裂縫及孔內(nèi)的空氣及積水排出，然后封住排氣管，用灌漿泵按自下而上的原則逐孔逐盒進(jìn)行灌漿，灌漿壓力一般不超過0.3MPa。

4 處理結(jié)果統(tǒng)計(jì)及灌漿后效果分析

滿天星水電站拱壩伸縮縫灌漿處理完成的工程量詳見表2。

表2 大壩化學(xué)灌漿處理情況

滿天星水電站拱壩伸縮縫灌漿處理完成后試驗(yàn)結(jié)果的詳見表3。

上述結(jié)果表明，伸縮縫經(jīng)化學(xué)灌漿處理后，3條伸縮縫的壓水試驗(yàn)結(jié)果表明其處理效果良好，試段幾乎不滲水，達(dá)到了很好補(bǔ)強(qiáng)防滲堵漏的目的。

表3 大壩化學(xué)灌漿單位透水率試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

5 結(jié)語

先后對(duì)滿天星水電站大壩HF1、HF5、HF9伸縮縫進(jìn)行了環(huán)氧樹脂化學(xué)灌漿處理。采用復(fù)合固化劑和不同的固化劑摻量，灌漿時(shí)深淺孔及灌漿盒相結(jié)合，灌漿管和排氣管的配合利用，有效阻止了庫水進(jìn)入裂縫，取得了很好的灌漿效果。上游灌漿時(shí)在下游裂縫中可以觀察到漿液，進(jìn)一步說明施工工藝完善，漿液充分貫穿整個(gè)壩體。固化后的化學(xué)材料具有很好的韌性和強(qiáng)度，滿足了壩體伸縮縫隨季節(jié)變化的需要，為壩體在不同的氣候環(huán)境下提供足夠的安全保障。

[1]陳安新.混凝土滲漏水裂縫化學(xué)灌漿處理與探討[J].水利發(fā)電，2007，6（33），45－48.

[2]馬哲，龐浩，等.化學(xué)灌漿材料的研究進(jìn)展綜述[J].廣州化學(xué)，2014，39（1），9－13.

2017－02－09）

尹幫達(dá)（1987-），男，碩士研究生，助理工程師，主要從事化學(xué)灌漿施工及水利工程質(zhì)量檢測(cè)工作，手機(jī)：14726970049。