化學灌漿在滿天星電站拱壩伸縮縫補強加固中的應用

（湖南省水利水電勘測設計研究總院長沙市410007）

化學灌漿在滿天星電站拱壩伸縮縫補強加固中的應用

尹幫達

（湖南省水利水電勘測設計研究總院長沙市410007）

滿天星水電站拱壩HF1、HF5、HF93條伸縮縫經內部觀測儀器監測反映有張開現象，且3條伸縮縫下游均由不同程度的滲漏現象，研究決定采用化學灌漿進行修補加固處理。用具有良好韌性的灌漿材料，采用深淺孔相結合的灌漿方法對伸縮縫進行化學灌漿處理，達到了防滲補強和恢復建筑物整體性的目的。

環氧樹脂化學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，設有3個泄洪中孔和1個方形放空底孔，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）。在施工期陸續進行水泥封拱灌漿，運行多年來一直正常。但自2012年以來，經內部觀測資料發現，局部封縫出現持續張開現象，為保證大壩安全運行，需進行封縫補強灌漿。

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）采用測縫計定期觀測裂縫的張開度隨時間和氣溫的變化規律。

（2）讀數顯微鏡核實裂縫的寬度。

（3）鉆斜孔壓水法檢查裂縫深度。

（4）觀測法檢查裂縫的長度。

2.2 裂縫特征

通過對裂縫的觀察及量測，總結滿天星拱壩裂縫的分布特征如下：

（1）裂縫為施工伸縮縫，伸縮縫隨時間和溫度變化而發生輕微變化，并且有持續張開現象，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在（575～563）m高程之間，HF5伸縮縫裂縫上下端點在（575～552）m高程之間。

（3）▽550高程在低溫期接縫有張開現象，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）縫內有少量鈣化物及積水。

2.3 裂縫危害

通過現場及現有資料分析[1]：拱壩壩體伸縮縫的持續張開現象是由諸多原因造成，主要原因是氣候溫度變化以及時間的推移，混凝土收縮，致伸縮縫進一步拉開，同時縫內止水老化導致壩體滲漏。伸縮縫的張開導致壩體滲漏，同時水體壓力的擴大會加劇壩體伸縮縫的張開而成為危害性的裂縫。

3 施工技術方法

3.1 灌漿材料選擇

本次化學灌漿采用環氧樹脂為灌漿主劑，環氧灌漿材料粘度低，可灌性好，抗壓強度高達40MPa以上，與混凝土的粘結強度高，一般都大于混凝土本身的抗拉強度，對潮濕面的親和力好[2]，其主要性能指標則見表1。

表1 環氧漿材主要性能指標

環氧灌漿材料是由主劑（環氧樹脂）和副劑（固化劑）發生交聯反應而形成不溶的具有三向網狀結構的高聚物，而副劑的添加比例和種類直接影響灌漿材料的強度、凝結時間和柔韌性，本次灌漿針對封縫處理和深層裂縫灌漿的需要采用兩種副劑以滿足實際施工需要。

3.2 工藝流程

布設灌漿盒和灌漿孔→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→灌漿后質量檢查。

3.2.1 布孔

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

根據裂縫表面張開度，在3條伸縮裂縫上下游表面較寬處布設灌漿盒，每1.6m左右布設1個灌漿盒。

在裂縫上下游兩側均布設淺、深兩排灌漿孔。淺孔孔間距1.6m且沿裂縫交錯布設，深孔孔間距也為1.6m且沿裂縫交錯布設，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的風鉆鉆孔，鉆進角度均為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，同時預留埋設灌漿盒的部位。

圖1 灌漿盒及灌漿孔布設縱面示意圖

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

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

3.2.4 埋灌漿管和灌漿盒

鉆孔結束后，用高壓風將鉆孔及鉆孔周圍吹洗干凈，灌漿盒底座涂上環氧基液，在伸縮縫上對應位置埋設灌漿盒，再用環氧砂漿將灌漿盒貼牢。灌漿孔上布設的進漿管和排氣管一并用環氧砂漿封牢。

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封縫尤為重要，施工中發現柔韌性比較大的固化劑即使調整固化劑加入比例也難以封縫，凝結時間長，最終采用柔性材料進行封縫處理。

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壩體，因此采用深淺孔相結合的方式進行灌漿，同時考慮漿液在壩體內的流動性，需要適當的延長其固結時間，因此采用韌性好的固化劑，根據灌漿當天的天氣溫度加入比例為40%～50%。影響化學灌漿效果主要因素之一是裂縫內的空氣和積水無法排除，導致灌漿不徹底，效果差。本次灌漿的灌漿孔埋設進漿管和排氣管，在施工現場配置漿液，灌漿時利用漿液的密度比水大的特性，灌漿時慢慢的把裂縫及孔內的空氣及積水排出，然后封住排氣管，用灌漿泵按自下而上的原則逐孔逐盒進行灌漿，灌漿壓力一般不超過0.3MPa。

4 處理結果統計及灌漿后效果分析

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結果的詳見表3。

上述結果表明，伸縮縫經化學灌漿處理后，3條伸縮縫的壓水試驗結果表明其處理效果良好，試段幾乎不滲水，達到了很好補強防滲堵漏的目的。

表3 大壩化學灌漿單位透水率試驗結果統計表

5 結語

先后對滿天星水電站大壩HF1、HF5、HF9伸縮縫進行了環氧樹脂化學灌漿處理。采用復合固化劑和不同的固化劑摻量，灌漿時深淺孔及灌漿盒相結合，灌漿管和排氣管的配合利用，有效阻止了庫水進入裂縫，取得了很好的灌漿效果。上游灌漿時在下游裂縫中可以觀察到漿液，進一步說明施工工藝完善，漿液充分貫穿整個壩體。固化后的化學材料具有很好的韌性和強度，滿足了壩體伸縮縫隨季節變化的需要，為壩體在不同的氣候環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灌漿處理與探討[J].水利發電，2007，6（33），45－48.

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

2017－02－09）

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