西南地區某水庫碾壓混凝土拱壩裂縫處理研究

楊利 況淵 陳毅峰 中國電建集團貴陽勘測設計研究院有限公司

1.工程概況

工程位于貴州省黔西南州，工程任務是以城鄉供水為主，結合灌溉，兼顧發電等綜合利用。水庫庫容約1.3×108m3工程為II等大（2）型工程，攔河大壩為碾壓混凝土雙曲拱壩，最大壩高90m，壩頂寬6m，壩底寬18.5m，厚高比0.206，壩身共布置7條誘導縫，其中6條誘導縫由壩基延伸至壩頂、1條短誘導縫（Z1誘導縫），泄洪系統采取壩身泄洪，設置有2個溢流表孔+1個泄流兼沖沙底孔。

2.裂縫形成原因探討

2018年12月12日，2019年1月2日分別在大壩左、右岸發現兩條裂縫，其中裂縫A（左岸裂縫）從壩頂沿垂直方向延伸至壩基，深約24m，壩頂處裂隙寬度2～3mm，拱肩槽處裂隙寬度1～2mm；裂縫B（右岸裂縫）從壩頂沿垂直方向延伸至壩基，深約48m，壩頂處裂隙寬度3～5mm，拱肩槽處裂隙寬度2～3mm，如圖1所示。

圖1 大壩上游面誘導縫及裂縫圖

大壩左、右岸裂縫出現時大壩壩身碾壓混凝土已完成澆筑，左、右岸裂縫出現位置離壩身最近的導縫在壩頂處約為5.45m與7.81m，大壩出現裂縫時候此兩條誘導縫已出現了小幅度的張開，裂縫出現后，結合對誘導縫開度監測數據分析，裂縫最近處的誘導縫張開趨勢趨于穩定。

裂縫的出現原因主要是由于裂縫出現前工程區出現了2次大幅度的降溫，外界氣溫低至0℃以下，接近該地區極端最低氣溫-4.7℃，混凝土內外溫差急劇加大，溫度應力上升過快導致了誘導縫張開的同時壩體出現兩條貫穿性的裂縫。

3.處理方案

由于裂縫出現時間位于大壩蓄水前，需快速有效地對裂縫進行處理，處理方案主要如下：

3.1 縫面處理

（1）沿左、右岸裂縫大壩上、下游面出露處（壩肩處）鑿刻梯形槽（上、下游面沿裂縫鑿刻至裂縫終止后，沿壩肩基巖延深50cm），槽上口寬8cm，下口寬5cm，深度5cm，采用高壓水將槽內沖洗干凈。裂縫灌漿完成后在上游面沿裂縫走向打磨寬25cm，涂刷寬20cm、2 mm厚的SK手刮聚脲（內復合一層胎基布）。SK手刮聚脲涂層與壩體混凝土底材的粘結面采用BE14專用界面劑。

（2）沿左、右岸裂縫大壩下游面出露處、壩頂出露處梯形刻槽內布設騎縫灌漿孔，鉆孔孔徑為φ32mm，鉆孔深度為20cm，間距0.8m，將灌漿排氣管埋入環氧砂漿，外露引出并做好標記，設開關閥。

（3）對縫面嵌槽用毛刷均勻的涂抹一層環氧基液或粘結劑。環氧基液涂刷完30分鐘后分兩層進行環氧砂漿回填。環氧砂漿抗拉強度≥9MPa。

（4）采用潔凈空氣對裂縫與預埋管間的暢通情況和裂縫口是否密封及管路安裝的牢固性、可靠性等進行檢查。試氣壓力先小后大，控制在0.2～0.3MPa之間。試氣時吹盡縫內積水，使裂縫面保持干凈、干燥狀。

（5）對縫面進行通風和排水處理后，在壩頂埋設灌漿管、排氣管，引至壩后，后期采用M30水泥漿回填。

（6）SK手刮聚脲主要技術指標：拉伸強度＞15MPa；扯斷伸長率＞280%；附著力（潮濕面）＞2MPa；顏色為淺灰色。

3.2 裂縫灌漿

（1）在大壩上游面、下游面設置灌漿斜孔。灌漿斜孔須穿過左、右岸裂縫位置1.0m以上。

（2）斜孔逐孔壓水，確保斜孔與縫面連通。

（3）采用潔凈空氣對裂縫與預埋管間的暢通情況和裂縫口是否密封及管路安裝的牢固性、可靠性等進行檢查。試氣壓力先小后大，控制在0.2～0.3MPa之間。試氣時吹盡縫內積水，使裂縫面保持干凈、干燥狀。

（4）化學灌漿采用自下而上，由深孔到淺孔，先斜孔后騎縫孔的原則，當在斜孔出現串漿時采取并灌，出現多孔時關閉閘閥。斜孔灌漿壓力按進漿管管口壓力0.3～0.5MPa控制，排氣管管口回漿壓力不宜大于0.3MPa；騎縫孔灌漿壓力0.3MPa。灌漿壓力應先小后大，進漿宜緩慢，不應急促；灌漿壓力從0.1MPa開始，采用分級升壓方式，分級升壓速度為0.1MPa/30min～60min。

（5）化學灌漿材料采用環氧樹脂，其技術指標應滿足下列要求：

膠凝時間（h）：8～36h；粘接抗拉強度/MPa（齡期2個月）：＞3.0MPa；純聚合體的抗壓強度/MPa（齡期1個月）：＞40MPa。

3.3 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質量檢查，質量檢查以檢查孔壓水試驗、芯樣分析（充填、粘結情況）為主，結合鉆孔、灌漿記錄等綜合評定。裂縫應在大壩下游壩面按高程、深度布設壓水試驗、取芯，其他裂縫可以灌漿記錄分析評定，壓水檢查孔及鉆孔取芯檢查孔均用M30水泥砂漿灌漿封孔。

4.運行期監測

裂縫處理時在左右岸裂縫上、下游處處分別埋設了2只與4只測縫計，共計6只，本工程已于2019年5月蓄水，目前已蓄水一年有余。

結合現場裂縫監測數據分析，近3個月來裂縫開合度變化量在-0.09mm～0.00m（蓄水后受上游水推力作用，上游面裂縫開合度均呈縮小趨勢），裂縫開合度監測數據顯示裂縫變化已趨于穩定。

5.結束語

碾壓混凝土拱壩受原材料、溫控措施、施工方式、與外界條件等情況的影響，容易出現混凝土面層裂縫甚至是貫穿性裂縫，為保證碾壓混凝土拱壩蓄水后的受力情況良好，需在蓄水前對出現的裂縫與進行灌漿處理。對于同等工程的碾壓混凝土拱壩裂縫處理推薦采用以下方式：

（1）對于出現的貫穿性裂縫可采用化學灌漿，灌漿材料采用環氧樹脂，粘接抗拉強度（齡期2個月）＞3.0Mpa，純聚合體的抗壓強度/MPa（齡期1個月）＞40MPa。灌漿壓力控制在0.2～0.5MPa之間。

（2）灌漿孔可結合拱壩結構布置，采取上下游打斜孔+壩內廊道綜合布置形式。

（3）可在裂縫距大壩上下游20cm處分別布設側縫計，高程方向上可采取15m范圍內布設一組，運行期監測裂縫變化情況。

（4）裂縫灌漿完成后可在上游面沿裂縫走向增設SK手刮聚脲（內復合一層胎基布）。SK手刮聚脲涂層與壩體混凝土底材的粘結面采用BE14專用界面劑。