大壩裂縫缺陷堵漏加固施工技術(shù)探討

李 斌

（安徽省淠史杭灌區(qū)管理總局工程處，安徽 六安 237010）

1 工程概況

佛子嶺水庫(kù)位于淮河支流淠河?xùn)|源東淠河上，在安徽省霍山縣境內(nèi)，是一座以防洪、灌溉為主，結(jié)合發(fā)電、供水、養(yǎng)殖、旅游等綜合利用的Ⅱ等大型水利水電樞紐工程。佛子嶺水庫(kù)工程于1952年1月開(kāi)工興建，1954年11月竣工，主要建筑物有攔河壩、溢洪道、泄洪及發(fā)電引水鋼管、電站廠房等。水庫(kù)壩址控制流域面積1840km2，總庫(kù)容4.91億m3，其中調(diào)洪庫(kù)容1.56億m3，興利庫(kù)容3.67億m3，死庫(kù)容0.29億m3。設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)100年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)5000年一遇。經(jīng)過(guò)半個(gè)世紀(jì)的運(yùn)行，佛子嶺水庫(kù)大壩3#、4#、21#拱出現(xiàn)裂縫滲漏、結(jié)構(gòu)破壞，其中3#拱圈施工縫滲漏、拱冠出現(xiàn)縱向裂縫并滲漏，4#拱圈出現(xiàn)較長(zhǎng)叉縫并滲漏，21#拱圈施工縫滲漏、施工縫與變形縫交界位置出現(xiàn)叉縫并滲漏，需要維修。

2 滲漏成因分析

（1）佛子嶺水庫(kù)大壩是新中國(guó)成立后國(guó)內(nèi)第一座自主設(shè)計(jì)施工的大壩，建成年代久遠(yuǎn)，部分施工縫開(kāi)裂，施工縫內(nèi)止水措施已遭破壞失效，產(chǎn)生滲漏。（2）壩體高、體量大，拱圈部分位置應(yīng)力集中并產(chǎn)生裂縫，形成竄水通道，從而出現(xiàn)滲漏。

3 治理方案

由于3#、4#、21#拱圈施工縫張開(kāi)未破壞拱圈的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，為封堵滲漏水、恢復(fù)拱圈結(jié)構(gòu)的完整性，采用化學(xué)灌漿封堵并進(jìn)行裂縫封閉處理。而3#拱冠縱縫以及4#、21#拱圈叉縫不僅存在滲漏水現(xiàn)象，同時(shí)由于裂縫的存在破壞了拱圈結(jié)構(gòu)，除采取灌漿封堵及裂縫封閉處理措施以外，還應(yīng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固。通過(guò)勘察現(xiàn)場(chǎng)、查閱大壩結(jié)構(gòu)圖，遵循設(shè)計(jì)要求，同時(shí)對(duì)多種材料進(jìn)行比選后，施工單位采用比利時(shí)先進(jìn)堵漏加固材料及工藝對(duì)大壩進(jìn)行裂縫滲漏水治理和結(jié)構(gòu)加固、補(bǔ)強(qiáng)。

3.1 拱圈施工縫、拱圈叉縫滲漏水封堵及封閉處理

針對(duì)水利工程的特殊性及汛期高水壓的實(shí)際情況，根據(jù)施工單位以往治理眾多類似工程的經(jīng)驗(yàn)，如采用目前國(guó)產(chǎn)的傳統(tǒng)堵漏材料及常規(guī)方式，難以根治。施工單位采用比利時(shí)DE NEEF?的Hydro Active? Cut AF、Denepox 40和深層注漿工藝，對(duì)拱圈施工縫、拱圈叉縫進(jìn)行化學(xué)灌漿治理。施工單位引進(jìn)的比利時(shí)先進(jìn)堵漏材料Hydro Active? Cut AF是新一代的單組分硬質(zhì)聚氨酯注漿液，具有優(yōu)異的防水和止水性能。漿液遇水后發(fā)生反應(yīng)，迅速膨脹并固化成高強(qiáng)度硬質(zhì)閉孔固結(jié)體。其20倍的膨脹倍率，極大地改善了固化后的閉孔結(jié)構(gòu)和閉孔性，具有優(yōu)異的機(jī)械性能和耐久性，且低黏度、可灌性好，有較好的憎水性，不會(huì)被水稀釋或發(fā)生流失，可以用于處理高靜水壓、高流速情況下的滲漏。其不含鄰苯二甲酸鹽，不易燃、不含溶劑，固化后能夠耐大部分有機(jī)溶劑，耐受弱酸、耐堿、耐微生物侵蝕，并且具備德國(guó)KTW飲用水認(rèn)證。Denepox 40超低黏度雙組分環(huán)氧樹(shù)脂注漿液具備對(duì)濕度不敏感、在潮濕環(huán)境中固化、高強(qiáng)度的優(yōu)異特性，超低的黏度確保其能夠滲透至細(xì)微裂縫深處，且具有優(yōu)異的黏結(jié)力（超過(guò)混凝土的內(nèi)聚力）。不僅環(huán)保、使用壽命長(zhǎng)，而且固化后不受腐蝕性環(huán)境的影響。

具體處理方案：（1）基面打磨處理，確定滲漏水裂縫的準(zhǔn)確位置和長(zhǎng)度，繪制裂縫分布圖。（2）沿施工冷縫或滲漏水裂縫表面延伸打磨50cm寬，裂縫兩側(cè)打第一排斜注漿孔，深度約為所在位置混凝土拱體厚度的2/3，孔徑為14mm，孔距以實(shí)際施工中的漿液可灌性確定，一般為200～500mm。進(jìn)行第一期化學(xué)灌漿，灌漿材料為Hydro Active? Cut AF，對(duì)裂縫滲漏水從根本上予以有效封堵。（3）裂縫滲漏水封堵后打第二排斜孔，深度約為所在位置混凝土拱體厚度的1/3，孔徑為14mm，孔距以實(shí)際施工中的漿液可灌性確定，一般為200～500mm。進(jìn)行第二期化學(xué)灌漿，灌漿材料為Denepox 40，對(duì)細(xì)微裂縫予以封閉和加固。（4）化學(xué)灌漿結(jié)束后，沿施工冷縫或滲漏水裂縫背水面開(kāi)槽，槽尺寸為3cm×2cm，槽內(nèi)先刷界面劑，界面劑表干后涂刷一遍SK手刮聚脲，SK手刮聚脲表干后對(duì)槽內(nèi)嵌填高彈性聚脲砂漿。（5）混凝土冷縫表面涂刷SK手刮聚脲，聚脲中問(wèn)復(fù)合一層25cm寬的胎基布，SK手刮聚脲厚度為4mm，寬度為40cm。

SK手刮聚脲為單組分材料，具有如下特點(diǎn)：（1）材料為脂肪族，耐老化性能好，不變色；（2）抗沖磨性能好、耐老化；（3）強(qiáng)度高、柔性好，與基礎(chǔ)混凝土黏接強(qiáng)度大于2.5MPa；（4）分層施工，可以保證涂層厚度的均勻性；（5）無(wú)毒、可用于飲用水建筑物；（6）由于不含催化劑，分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，具有優(yōu)異的耐水、耐化學(xué)腐蝕及耐老化等性能，在水、酸、堿、油等介質(zhì)中長(zhǎng)期浸泡，性能不會(huì)降低；（7）局部缺陷修補(bǔ)使用同一種材料，不需要專門(mén)的施工設(shè)備，施工方便。

高彈性聚脲砂漿用于混凝土薄層抗沖磨修補(bǔ)及嵌填伸縮縫，這種高彈性砂漿材料最大的特點(diǎn)是有極佳的彈性，彈性模量為16～50MPa，比普通砂漿低1000倍左右，其最大拉伸率在10%～25%（根據(jù)配比不同而異），壓縮40%后可以完全恢復(fù)，是一般混凝土的幾百倍，因此具有良好的抗裂性和變形性。這一特點(diǎn)使充填伸縮縫時(shí)可以抵抗1.5MPa以上的外水壓力。

裂縫灌漿施工示意圖如圖1所示。

圖1 裂縫處理化學(xué)灌漿示意圖

3.2 拱冠縱縫及拱圈叉縫的加固處理

3#、21#拱拱冠縱縫結(jié)構(gòu)加固范圍示意圖分別如圖2、圖3所示。針對(duì)3#拱冠縱縫及21#拱圈叉縫，因其結(jié)構(gòu)完整性已被破壞，對(duì)大壩結(jié)構(gòu)安全造成危害。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，碳纖維片材厚度取0.25mm，加固范圍于裂縫兩側(cè)寬度不小于1000mm，單層碳纖維布的單位面積碳纖維質(zhì)量不宜低于150g/m2，也不宜高于450g/m2。該次加固處理采用2層高強(qiáng)Ⅰ級(jí)碳纖維布進(jìn)行加固修繕。高強(qiáng)Ⅰ級(jí)碳纖維布技術(shù)性能指標(biāo)如圖4所示。

圖2 3#拱拱冠縱縫結(jié)構(gòu)加固范圍示意圖（單位：mm）

圖3 21#拱拱圈叉縫結(jié)構(gòu)加固范圍示意圖（單位：mm）

圖4 碳纖維布抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值

具體處理方案：（1）基層處理。清除被加固結(jié)構(gòu)表面的剝落、疏松、蜂窩、腐蝕等劣化混凝土，露出混凝土結(jié)構(gòu)層，并用修復(fù)材料將表面修復(fù)平整；將被粘貼的混凝土表面打磨平整，除去表面浮漿、油污等雜質(zhì)，直至完全露出混凝土結(jié)構(gòu)新面；轉(zhuǎn)角粘貼處進(jìn)行導(dǎo)角處理并打磨成圓弧狀，圓弧半徑不小于20mm；混凝土表面清理干凈并保持干燥。（2）涂刷底層樹(shù)脂。采用滾筒刷將底層樹(shù)脂均勻涂抹于混凝土表面。在找平材料表面底層樹(shù)脂指觸干燥后，盡快進(jìn)行下一工序的施工。（3）找平處理。配制找平材料，用找平材料將混凝土表面凹陷部位填補(bǔ)平整，不應(yīng)有棱角。轉(zhuǎn)角處采用找平材料修理成為光滑的圓弧，半徑不小于20mm。在找平材料表面指觸干燥后，盡快進(jìn)行下一工序的施工。（4）粘貼碳纖維布。按設(shè)計(jì)要求的尺寸裁剪；按規(guī)定配制浸漬樹(shù)脂，并均勻涂抹于粘貼部位；將碳纖維布用手輕壓貼于需粘貼的位置，采用專用的滾筒順纖維方向多次滾壓，擠除氣泡，使浸漬樹(shù)脂充分浸透碳纖維布，滾壓時(shí)不損傷碳纖維布；第二層碳纖維布粘貼時(shí)重復(fù)上述步驟，并在最后一層碳纖維布的表面均勻涂抹浸漬樹(shù)脂。（5）表面防護(hù)。碳纖維布的表面均勻噴撒石英砂，確保防護(hù)材料與碳纖維布材之間可靠黏結(jié)。最后，涂刷一層添加防水聚合物的抗裂砂漿作為保護(hù)層。

4 結(jié)束語(yǔ)

佛子嶺水庫(kù)大壩通過(guò)化學(xué)灌漿、結(jié)構(gòu)加固對(duì)拱圈施工縫進(jìn)行處理后，防滲效果明顯，大壩安全狀況明顯改善，施工效果受到參建各方的肯定。新時(shí)期，大壩安全管理的要求較高，相關(guān)人員必須加強(qiáng)對(duì)我國(guó)老舊的中小型水庫(kù)大壩除險(xiǎn)加固，推進(jìn)新時(shí)期水利改革發(fā)展，確保水庫(kù)大壩安全運(yùn)行，充分發(fā)揮工程效益，使水庫(kù)大壩安全管理朝著規(guī)范化、制度化、科學(xué)化、現(xiàn)代化方向發(fā)展。