紅魚洞水庫大壩心墻基座混凝土開裂縫處理技術

王中良

(四川省紅魚洞水庫建設管理局，四川 南江 636600)

1 工程概況

四川省南江縣紅魚洞水庫是以農業灌溉、防洪、城鄉生活及工業用水等綜合利用的大型水利工程。水庫壩址位于南江縣橋亭鄉境內的南江紅魚洞河段，為“十三五”期間“172”重大水利建設工程。水庫樞紐由攔河大壩、左岸泄洪隧洞(兼導流洞)、右岸溢洪道、右岸灌溉取水口及引水隧洞等水工建筑物組合。大壩正常蓄水位EL.650.00m高程，設計洪水位EL.650.50m高程，校核洪水位EL.652.11m高程，壩頂高程EL.652.80m，心墻基礎最低高程EL.548.00m，最大壩高104.80m，壩頂寬10.00m，壩頂全長290.00m，最大壩底寬420.80m，總庫容1.67億m3。

紅魚洞大壩為碾壓瀝青混凝土心墻壩，心墻混凝土基座高2m、寬6～10m的薄而長的混凝土板狀結構，同時作為帷幕灌漿壓重。心墻基座澆筑時，首先澆筑C25常態混凝土，長度為12m(垂直水流方向)，相鄰常態混凝土澆筑塊預留2m寬槽，待常態混凝土澆筑28～42d后，預留槽內再澆筑C30UEA膨脹混凝土，形成完整的心墻基座。

2 裂縫排查情況

施工過程中發現樁號壩0+217.90，高程EL.581.40m沿基座常態混凝土與膨脹混凝土結合縫面張開，是貫通縫。后續施工中又發現壩0+102.344附近，沿基座常態混凝土與膨脹混凝土倉的縫面張開，并上下貫通，逐對基座混凝土進行了缺陷普查，發現幾乎每個膨脹混凝土倉段的兩端都存在著或多或少的開縫情況。對基座混凝土進行了缺陷普查，發現裂縫情況見表1。

表1 心墻基座膨脹混凝土和常態混凝土交界面裂縫統計表

普查發現心墻基座混凝土分倉縫縫面張開分布具有規律性，即常態混凝土與膨脹帶混凝土結合面；因齒槽心墻常態混凝土與膨脹帶混凝土結合面是薄弱面，且心墻基座混凝土寬高比較大，混凝土澆筑后達到最高溫度后降溫時受基巖強約束力、混凝土內外溫差、地基構造面裂障卸荷等作用，以及縫面鑿毛處理不到位和膨脹系數的設計參數等影響，造成分倉的結合面張開，未達到設計預期效果，初步預判為膨脹帶與常態混凝土縫面為貫通性張開縫，鑒于瀝青心墻為大壩防體，心墻基座混凝土裂縫滲水，直接影響瀝青混凝土心墻大壩的安全運行。

3 裂縫及無止水分倉縫處理

3.1 處理技術方案

對于常態混凝土與膨脹混凝土縫面及現場實際情況，采取以“防滲為主、補強為輔”的修補方案，采取的處理方案為內部填充+表面封閉，充填材料采用遇水膨脹、且具有較好粘接性能的聚氨酯灌漿材料;表面封閉采用能夠很好適應變形、強度高的SK單組份手刮聚脲復合胎基布材料。

對于順軸線發現的裂縫(無明顯滲水)采取以“補強為主、防滲為輔”的修補方案，采取的處理方案為內部填充、表面封閉，充填材料采用粘接強度、物理力學強度較高，粘度低、滲透擴散能力強、耐久性好的環氧樹脂灌漿材料充填，對恢復混凝土的整體性起到修復作用，表面封閉采用能夠很好適應變形、強度高的SK單組份手刮聚脲復合胎基布材料。

對于無止水分倉縫(常態混凝土與膨脹混凝土)縫面化學灌漿處理采用遇水膨脹且具有一定強度的聚氨酯灌漿材料。HW灌漿材料強度高、但膨脹量小，LW灌漿材料強度低，但遇水膨脹止水效果好，根據現場縫內漏水情況采用HW∶LW=7∶3(體積比)的漿液進行灌注；混凝土裂縫(無明顯滲水)采用粘接幅度、物理力學強度較高，粘度低、滲誘擴散能力強、耐久性好的環氧樹脂灌漿材料充填。

為避免蓄水后，溫度降低引起的縫面進一步張開，對上游面和水平面裂縫表面采用柔性防滲材料封閉，確保在高水頭下不會出現滲漏現象。

聚氨酯灌漿材料擬選用水溶性聚氨酯灌漿料，其遇水膨脹，有堵水功效。它具有粘度低，可灌性好，與混凝土粘接強度高，收縮性小等特點。其性能見表2。

表2 水溶性聚氨酯灌漿材料性能

通過在帷幕區騎縫設置遇水膨脹止水棒，再對縫面內部采用遇水膨脹且具有一定強度的聚氨酯材料進行化學灌漿；最后沿縫面涂刷SK單組份手刮聚脲，總體形成內部充填，表面封閉的防滲結構體，起到防滲以及運行期縫面張開時阻斷滲水的作用。其厚度可以通過面積和用料量來控制，保證聚脲厚度不小于4mm。聚脲主要技術指標見表3。

表3 SK單組分手刮聚脲物理力學性能

裂縫處混凝土面涂刷聚脲按圖1所示處理，邊沿涂刷聚脲與混凝土平滑過渡。要求涂刷聚脲無流淌鼓包現象。

圖1 裂縫處混凝土面涂刷聚脲示意圖

在帷幕區的混凝土縫面打孔，孔內填充遇水膨脹的止水條，如圖2所示，在孔內填充膨脹止水條(板)，為了將孔內滲入的積水排出，用膨脹止水條(板)纏繞在一根φ25mm鋼管下部，高度大于30cm，插入孔內，與基巖緊密相接，孔內積水通過鋼管排出，再將膨脹止水條分層搗入孔內，保證充填密實；孔內膨脹止水條填充完畢后將鋼管內充填砂漿封閉；膨脹止水條充填至距孔口10cm處，將剩余10cm孔壁涂刷一層SK單組分聚脲，再高彈性砂漿回填至基座水平面。

圖2 遇水膨脹的止水條安裝示意圖

3.2 施工方法

3.2.1縫面布置灌漿孔

沿縫走向左右側50cm各設置一排灌漿孔，孔間距1.0～2.0m，孔深分別為1.2、1.8m交錯布置，對已做表面刻槽封閉的縫面，上下游再各增加3個排氣孔，對沒有進行表面封閉的縫面，不再進行表面封閉；在原鉆好的灌漿口的基礎上，補打14mm的灌漿孔，孔間距可根據裂縫的開度控制在30-50cm左右，孔深應在0.5m左右，灌漿孔必須與混凝土裂縫相交。

在基座混凝土上游端的頂部鉆2m深、直徑150mm的騎縫孔，孔內填充防滲性能優異、與混凝土基面粘結強度好的水工改性瀝青灌縫膠材料止水棒，再對縫面內部采用環氧化灌材料進行充填并等強檢查；最后對臨時封閉砂漿進行切割鑿除，沿縫走向表面擴大刻槽填充GB柔性填料(以更好適應變形)，6mm厚三元乙丙橡膠板蓋板壓條封閉處理，總體形成內部充填+表面封閉的防滲結構體，起到防滲和保護心墻的作用。但在完成7個單元150mm騎鋒孔鉆孔后的驗收過程中發現，河床段已造孔完成的孔內滲水嚴重，利用強排等措施均無法處理孔內滲水:根據基座前期河床段澆筑時基礎驗收地質資料反應，河床段存在3股泉水，使造孔完成后，孔內存在反壓水，難以保證改性瀝青施工。逐改變止水棒設置位置，避開地下反壓水，使止水棒起到止水作用。

3.2.2膨脹止水棒施工

對原裂縫處理方案進行調整，對無止水分倉縫縫面在化學灌漿前齒槽帷幕灌漿輻射區域，即瀝青心墻底部上游側，距基座中心銅止水片80cm處騎縫鉆入巖深度0.2m、直徑150mm的止水孔，孔內填充遇水膨脹止水條。

采用XY-2B地質鉆機在心墻基座帷幕灌漿輻射區內，即瀝青心墻底部基座上游側，距銅止水片80cm處上游側騎縫取芯鉆孔，從基座頂部采用地質鉆機鉆孔，要求入巖20cm、孔徑150mm。鉆孔后采用大流量進行沖洗，沖洗完成后盡量抽干孔內積水，在孔內填充膨脹止水條(板)，為了將孔內滲入的積水排出，用膨脹止水條(板)纏繞在一根25mm鋼管下部，高度大于30cm，插入孔內，與基巖緊密相接，孔內積水通過鋼管排出，再將膨脹止水條分層搗入孔內，保證充填密實；孔內膨脹止水條填充完畢后將鋼管內充填砂漿封閉；膨脹止水條充填至距孔口10cm處，將剩余10cm孔壁涂刷一層SK單組分聚脲，再將高彈性砂漿回填至基座水平面。

膨脹止水條(板)遇水膨脹，有很好的止水性能，見表4。

表4 膨脹止水條(板)的性能指標

3.2.3縫面灌漿及質量檢查

(1)灌漿材料及配比

化學灌漿材料采用遇水膨脹且具有一定強度的水溶性聚氨酯材料。HW灌漿材料強度高、但膨脹量小，LW灌漿材料強度低，但遇水膨脹止水效果好；故使用LW和LW混合漿液，漿液配比按照HW∶LW=7∶3 (體積比);灌漿調配采用電子秤稱量，人工輔助攪拌棒攪拌均勻。

配漿應少量多次，每次配漿量要與進漿速度相應，否則容易造成配制漿液停放時間長，粘度增大，灌注困難，影響灌漿質量。

漿液配制、灌漿過程中，漿液不得因粘度增大而隨意摻加稀釋劑。

當進行化學灌漿時，每隔一段時間利用電子秤對灌漿桶里面的化學漿液進行稱量，根據時間段內漿液質量的減少記錄注入量。灌漿過程采用人工對灌漿過程(主要是灌漿壓力及注入率)進行手工記錄。灌漿過程中對配制好的化學漿液進行測溫，一旦發現溫度有較大提升的立即采取流動水降溫等措施，整個灌漿過程保持漿溫在5℃～45℃之間。

(2)灌漿順序

由于縫面有滲水及縫面本身比較細微，采用敞口進行灌漿，用漿液替代縫內的水及孔隙，灌漿壓力逐步升高，并控制進漿速度，灌漿按由鉆孔深度由深至淺的順序進行灌漿，即先對深孔進行灌注，待相鄰排氣孔或者縫面排出濃漿時，再灌注下一個灌漿孔，依次類推，直至最后一孔灌漿結束。灌漿時也可采取并聯灌漿法，依次推進進行灌漿。

(3)灌漿壓力

化學灌漿壓力根據現場進漿量及縫寬進行控制，灌漿壓力控制在1.5～8MPa。

(4)灌漿結束標準

設計灌注壓力下，縫面或者排氣孔出濃漿作為灌漿結束標準。

(5)特殊情況處理

灌漿中斷：灌漿工作應連續進行，因故中斷應盡快恢復灌漿，恢復灌漿時間較長時宜采用新鮮漿液進行灌注。若有其他中斷灌漿特殊情況，應及時報告監理、設計。

大耗量控制：根據現場實際情況及巖基滲水情況，灌漿材料改為遇水膨脹的聚氨酯材料進行灌漿，聚氨酯灌漿材料有很好的止水效果，當灌漿壓力沒有明顯的變化，縫內吃漿量過大，可采取間歇待凝的灌漿工藝進行控制，直至縫面或者掛氣孔出濃漿。

3.2.4表面打磨清理

灌后取芯檢查孔采用水泥砂漿封填，切除表面裸露灌漿管，清除縫面漿液，采用角磨機進行縫面打磨處理，打磨掉縫面混凝土漿及松散混凝土，用高壓風清理掉表面灰塵，清理寬度50cm。

3.2.5涂刷專用底涂及SK單組份手刮聚脲

縫面清理干凈且晾干后，首先在結構縫或者裂縫部位做5cm空格層，再涂刷BE14專用界面劑，界面劑涂刷寬度控制50cm，待界面劑表干后直接刮涂SK單組份手刮聚脲并復合兩層胎基布，SK單組份手刮聚脲涂刷寬度40cm。其厚度可以通過面積和用料量來控制，保證聚脲厚度不小于4mm。聚脲與混凝土搭邊之間的收邊按圖1所示處理，邊沿涂刷聚脲與混凝土平滑過渡。要求涂刷聚脈無流淌鼓包現象。

3.3 裂縫處理效果

在灌漿完成后14d后，對灌漿質量進行檢查，對經過裂縫處理后的部位進行了壓水試驗，壓水試驗壓力為1MPa，持續施加5min的壓力，最終試驗結果透水率為0.2Lu，說明裂縫處理的效果較好，達到方案所預期的要求。

4 結語

裂縫是混凝土結構中常見的質量通病，其處理技術也是倍受關注的難題。裂縫處理是要恢復建筑結構的整體性，限制裂縫擴展，滿足建筑結構強度、防滲、耐久性和建筑物安全運行的要求。實踐證明，本工程采用的裂縫和無止水分倉縫處理施工技術是行之有效的，可為類似工程施工提供參考和借鑒。