高碾壓混凝土拱壩裂縫成因分析及處理

邵紅艷

(貴州省水利水電勘測設計研究院有限公司，貴州 貴陽 550002)

某中型水庫工程大壩為C20碾壓混凝土雙曲拱壩，大壩壩頂高程為746.00m，建基面高程為658.00m，最大壩高為88m，壩頂總長234.58m，壩頂寬6m，壩底寬20m。大壩左右兩岸為非溢流壩段，河床段為溢流壩。壩體均采用90 d齡期C20碾壓混凝土，根據不同高程，壩體上游面二級配碾壓抗滲混凝土厚度為2、3和4m，二級配抗滲碾壓混凝土與壩體三級配碾壓混凝土同倉上升碾壓。大壩壩身共設置 4條誘導縫，分別在壩0+029.19、壩0+079.57、壩0+164.42、壩0+211.84處，將壩體分為5個壩段，壩段長度為22.74～84.85m 不等。

大壩碾壓混凝土于2014年12月25日開始澆筑，2016年11月25日澆筑完成。其間在2015年汛期來臨前大壩澆筑到EL680m高程，6—9月(汛期高溫季節)大壩碾壓混凝土未施工，2015年6月8日集中降水，洪水翻壩；2016年 高溫季節(6—9月)大壩施工未停止，現場采取了一些溫控措施，大壩上升至EL715m高程，該年洪水未超過圍堰。在大壩蓄水前2016年11月對大壩上游面進行檢查處理時，發現大壩上游面有多條豎向裂縫，裂縫主要集中在溢流壩段中下部(EL668～EL698mm)，最長裂縫長25.5m，最短裂縫長1.6mm，裂縫寬度為0.3～1.5mm。

1 裂縫成因情況分析

根據裂縫調查情況及現場施工進程，對裂縫位置進行分析，裂縫產生的主要原因有以下幾點。

(1)2015年遭遇大洪水，由于導流洞泄流能力有限，大壩擋水并壩體過流，因新澆壩體混凝土強度未達到設計值，壩體混凝土內部溫度較高，與過壩水溫產生較大溫差，使混凝土表面急劇收縮，混凝土表面張力變化加大，洪水消退后，荷載釋放，壩體中部受力較大部位的拉應力造成裂縫。

(2)大壩中部壩段較長，內外溫差大，且現場溫控措施處理不到位，在混凝土表面引起較大的溫度拉應力，超過混凝土抗裂能力，導致大壩中部壩段位置產生裂縫。

2 裂縫處理原則

根據DL/T 5251—2010《水工混凝土建筑物缺陷檢測和評估技術規程》，結合水庫混凝土實際情況，將裂縫分類標準按照表1執行。

表1 混凝土裂縫分類表

根據檢查發現的裂縫分布特點，提出以下相關處理措施。

(1)裂縫需動態監測，宜根據裂縫發展進程或成為靜止裂縫后，選擇合適時機進行處理。

(2)先對裂縫進行處理，然后對可能存在裂縫或出現裂縫的上游壩面迎水面涂刷環氧涂料，進行加強防滲處理。

(3)裂縫灌漿的處理施工宜在5～25°C環境條件下進行。

(4)垂直裂縫和傾斜裂縫灌漿應從深到淺、自下而上進行；接近水平狀裂縫灌漿可從底端或吸漿量大的孔開始。

3 裂縫處理措施及方案

3.1 A、B類裂縫處理

(1)對A類不作處理。

(2)對B類裂縫，采用填充法進行處理。

①沿縫刻U型槽，深約5cm、寬約8cm，將槽面清洗干凈并干燥后，先涂刷環氧基液，再用環氧砂漿進行回填處理，如圖1所示。

圖1 B類裂縫處理示意圖

②環氧砂漿材料物理力學性能指標應符合DL/T 5193—2004《環氧樹脂砂漿技術規程》中相關規定。

3.2 C、D類裂縫處理

對C、D類裂縫采用化學灌漿進行處理。化學灌漿是快速高效的防滲堵漏技術，從20世紀70年代開始，在水利水電大壩基礎和混凝土缺陷處理、大壩滲水等領域得到廣泛采用。DL/T 5406—2010《水工建筑物化學灌漿施工規范》的頒布，為規范水利工程化學灌漿施工行為，保證裂縫處理的質量提供了重要技術支撐。所以根據裂縫特性合理選用灌漿材料和施工技術，對于處理好混凝土缺陷、保證混凝土結構穩定安全是非常重要的。

3.2.1灌漿材料選擇

較廣泛使用的化學灌漿材料有聚氨脂灌漿材料、環氧樹脂灌漿材料、丙烯酸鹽灌漿材料、水玻璃灌漿材料等，結合本工程特點，環氧樹脂是使用最為廣泛的化學物質之一，具有強度高、收縮小、粘結力強、耐老化性能好、凝固時間可調等特點，最早被用于混凝土結構裂縫修補，所以該工程采用環氧樹脂灌漿材料。

3.2.2C、D類裂縫處理方案

化學灌漿采用深斜孔、淺斜孔結合騎縫孔的工藝；化學灌漿順序由低高程到高高程；先進行斜孔灌漿，后進行騎縫孔灌漿。

(1)縫面清理

將裂縫兩側各10cm寬的混凝土表面浮渣及油污等打磨清除干凈，而后用高壓水沖洗縫面，觀察縫口狀況。經過處理的縫面必須堅固、平整、干凈、不松脫、不起砂、不脫層，裂縫表面張開無阻塞物。待縫面干燥，必要時采用碘鎢燈人工烤干，再進行貼嘴、刮環氧膠泥封縫施工。裂縫寬度較大時，采用B類裂縫填充法處理后刮環氧膠泥封縫。

(2)布孔、鉆孔

灌漿孔采用騎縫孔和斜孔相結合的方式布設。

騎縫孔作為灌漿過程中的排氣、排水孔，也可作為補充灌漿孔。騎縫孔自縫端開始布孔，布孔間距為30～50cm，沿裂縫中心布置孔位，垂直鉆孔；孔徑為27mm，孔深不大于50mm。

裂縫化灌騎縫孔和斜孔布孔如圖2所示。

圖2 騎縫孔、斜孔布孔示意圖(單位：cm)

(3)安裝灌漿嘴、灌漿管，封縫

騎縫孔安裝灌漿嘴，斜孔安裝進漿管、回漿管，封閉裂縫。

(4)壓風檢查

埋設灌漿嘴、封縫完成后按照灌漿順序給每個化灌孔進行壓風檢查，風壓為0.2～0.3MPa，壓風時可適當加壓試漏。

(5)化學灌漿

化學灌漿應遵循“低壓、慢灌”的原則，以使受灌體充填飽滿，裂縫粘接良好。

化學灌漿以最低高程的斜孔作為起灌孔，當鄰近騎縫孔返出濃漿時扎閉灌漿嘴，當其他斜孔返出濃漿時關閉。灌漿壓力宜為0.2～0.5MPa，具體灌漿壓力根據現場灌漿試驗確定，灌漿壓力從 0.1MPa 開始，根據注入量的大小，可適當降低或提高灌漿壓力，最大灌漿壓力不宜超過0.6MPa，防止對混凝土造成損害。灌漿壓力應先小后大，采用分級升壓方式，升級壓力為0.1MPa/(30～60min)。

灌漿結束封孔時的吸漿量應小于0.02L/5min。每條裂縫的串通孔及每個單孔都達到結束標準時，本條裂縫灌漿結束。

灌漿結束后，應進行孔口封堵閉漿，直到化灌材料達到初凝時間。

4 裂縫處理質量檢查

裂縫處理完成、化學灌漿漿液達到設計齡期后開展化學灌漿質量檢查。檢查孔的布孔位置應具有代表性，應選在串通性較好、灌漿不正常以及灌漿質量可能有問題的部位，檢查孔必須穿過裂縫。檢查孔孔數不少于灌漿斜孔孔數的 10%，每條縫至少布置1個檢查孔。

根據檢查標準采用壓水實驗檢查，壓水實驗采用單點法壓水，壓力取最大灌漿壓力值的80%，壓水壓力最大不超過0.3MPa。壓水結束標準：在穩定壓力下，每3～5min測讀一次壓力注入量，連續四次讀數中最大值與最小值之差小于0.01mL/min時，本孔段壓水結束，取最終值為計算值，計算透水率。合格標準：壓水檢查透水率均小于0.1Lu。

5 大壩上游迎水面防滲涂層

在對大壩混凝土裂縫進行處理后，考慮到大壩蓄水后下部檢修較為困難，結合目前大壩上游裂縫主要集中在EL696m以下，對大壩上游迎水面EL696m以下采用環氧涂料進行大壩上游迎水面防滲處理。

5.1 防滲涂層材料

上游迎水壩面防滲涂層應符合JC/T 2217—2014《環氧樹脂防水涂料》相關規定，具體性能指標應滿足相關要求。

5.2 涂層厚度

涂刷厚度不小于2.0mm。

5.3 施工工藝

基面打磨清洗→環氧砂漿修補→環氧涂層第一遍批刮→待凝→環氧涂層第二遍批刮→環氧涂層收面處理→養護→質量檢查與驗收。

基面清理：采用磨機或沖毛機除去基層表面上的浮灰、水泥浮漿、返霜、油脂和污垢等。混凝土表面的脫模劑應予以清除，最后用高壓水沖洗施工面。若有較大孔洞或氣泡時應先采用環氧砂漿進行修補處理。 經過處理的基層符合以下要求：基面新鮮、干凈、密實、平整、不松脫、不起砂、不脫層、手摸無灰塵，并符合設計和規范要求。

涂層施工：待基面干燥及環氧砂漿凝固后，將涂層材料批刮于混凝土表面，涂刷施工應用力均勻一致。涂層施工從一側向另一側，保證涂層的厚度均勻和表面平整。涂料攪拌均勻，隨拌隨涂，拌好的涂料全部在 30min 內用完。底層材料涂刷量滿足混凝土吸收量。

待底層涂層初凝后，再進行第二遍涂層批刮，施工沿垂直于底層向上游進行，保證涂層的厚度均勻和表面平整并無遺漏點，涂層厚度控制在2～3mm之間。

養護：面層施工完畢后 7 d內做好保護措施，涂層未受到外界破壞。

6 結論

大體積碾壓混凝土在施工過程中，氣候條件、施工工藝、溫控措施不到位、混凝土養護不善等因素都容易造成混凝土產生裂縫，由于汛期洪水翻壩，本工程內外混凝土產生較大溫差，且壩段較長，洪水消退后，壩體中部拉應力較大處產生裂縫。經過對裂縫采取專項處理，根據裂縫的成因、裂縫分布特點、裂縫性狀數據等情況，采取不同的處理措施后，達到預期防滲加固修復處理效果。裂縫處理后水庫已蓄水，目前運行正常。