吉音水利樞紐大壩面板混凝土防裂措施和裂縫處理

張永偉

新疆維吾爾自治區(qū)水利廳建設(shè)管理與質(zhì)量安全中心 新疆 烏魯木齊 830000

引言

新疆吉音水利樞紐工程位于新疆于田縣克里亞河出山口500m處，是一座具有灌溉，防洪和發(fā)電等綜合利用任務(wù)的水利樞紐工程。工程等別為Ⅱ等，擋水建筑物為混凝土面板堆石壩，為2級建筑物，最大壩高124.5m，壩頂高程2513.00m，壩長489m，壩頂寬10m，上游壩坡1∶1.4，下游平均坡度1∶1.64，工程設(shè)防烈度8度。

新疆吉音水利樞紐工程所處高震區(qū)，自然環(huán)境條件惡劣，具有海拔高，晝夜溫差大、氣候干燥、嚴(yán)寒、大風(fēng)的特點。面板采用C25F200W12聚丙烯纖維鋼筋混凝土，從頂部0.3m厚漸變至底部0.6m厚，受壓區(qū)面板寬12m（29塊），受拉區(qū)面板寬6m（22塊）塊，最大長度139m，混凝土澆筑面積約5萬m2，澆筑方量2萬m3。

1 面板混凝土防裂措施

面板混凝土裂縫產(chǎn)生的原因主要來源于結(jié)構(gòu)荷載、材料性能、溫度應(yīng)力、基礎(chǔ)約束和施工工藝方面等因素。

新疆吉音水利樞紐工程主要通過合理設(shè)置面板區(qū)塊、結(jié)構(gòu)、提高混凝土性能、減小沉降變形、弱化基礎(chǔ)約束、加強(qiáng)澆筑過程控制、科學(xué)養(yǎng)護(hù)等全過程進(jìn)行控制，來提高面板混凝土的防裂能力，減少面板裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展。

施工過程主要采取的措施包括確保大壩填筑壓實質(zhì)量達(dá)到設(shè)計指標(biāo)，并填筑1%壩高的超高量，預(yù)留沉降期不小于6個月，待大壩完成施工期沉降變形和位移后再開始面板施工。在面板下層增加低強(qiáng)度擠壓混凝土，保持厚度足夠，表面平整，避免應(yīng)力集中。在擠壓混凝土表面噴涂乳化瀝青隔離層，避免基礎(chǔ)約束產(chǎn)生拉裂縫[1]。

優(yōu)化配合比設(shè)計，選擇質(zhì)地堅硬、清潔、級配良好，吸水率、含泥量小的骨料，降低骨料對混凝土收縮及抗拉性能的影響；選擇細(xì)度適宜、自干燥能力較低的中熱水泥；一級粉煤灰；使用高效減水劑降低水膠比，防止自收縮產(chǎn)生裂縫。

添加纖維絲較長、韌性好、適應(yīng)性強(qiáng)的聚乙烯醇纖維，提高混凝硬化初期和中期抗拉強(qiáng)度，減少早期裂縫。

根據(jù)原材料含水率變化，及時調(diào)整施工配合比；控制混凝土拌合物質(zhì)量，采用滑模攤鋪混凝土，減少不均勻收縮產(chǎn)生的裂縫。

面板混凝土施工安排在4～6月，平均氣溫在15.5℃左右，氣溫相對適宜。在最后一次表面壓光后，立即覆蓋線毯，并灑水濕潤；面板混凝土養(yǎng)護(hù)90天，減少溫度裂縫和干縮裂縫。

2 面板混凝土裂縫處理

面板混凝土澆筑一年后，裂縫增長速率變緩趨穩(wěn)定。經(jīng)統(tǒng)計需處理的裂縫按照寬度劃分為三類：其中縫寬度≤0.2mm的裂縫為I類裂縫，總長度為909.5米；0.2mm ＜裂縫寬度≤0.5mm的裂縫為II類裂縫，總長度為280米；裂縫寬度＞0.5mm的裂縫為Ⅲ類裂縫，總長度為22.5m[2]。

2.1 主要修補(bǔ)材料

SK手刮聚脲，其涂層與基底混凝土的粘接強(qiáng)度高，具有防滲、抗沖磨及抗紫外線性能。其較大的變形性可以適應(yīng)混凝土的開裂，可在-45℃的低溫保持柔性，能適應(yīng)高寒地區(qū)的低溫環(huán)境。該涂層耐老化性能好，有較長的使用壽命。本次施工采用SK手刮聚脲（防滲型）主要性能見表1[3]。

表1 SK手刮聚脲（防滲型）力學(xué)性能

裂縫灌漿采用SK-E改性環(huán)氧樹脂灌漿材料，其具有黏度低、強(qiáng)度高、表面張力低、滲透性強(qiáng)、流動性好、可灌性好的特點，能夠較好地吸附、滲透并擴(kuò)散到混凝土的微孔中，填充并充滿裂縫，與斷裂的混凝土形成良好的粘接，達(dá)到修補(bǔ)和加固的目的[4]。

表2 SK-E改性環(huán)氧樹脂灌漿材料性能指標(biāo)

2.1 裂縫處理

Ⅰ類裂縫采用表面涂刮SK手刮聚脲并復(fù)合胎基布的方法進(jìn)行表面封閉。首先清除裂縫表面雜物，沿裂縫兩邊進(jìn)行打磨，總寬度為20cm，邊緣部位打磨成倒三角的形式，深度約2mm；清洗打磨的混凝土表面待干燥后，涂刷界面劑；界面劑干燥后，涂刮SK柔性防滲型聚脲對裂縫進(jìn)行表面封閉，涂刷寬度為20cm，涂刷厚度為2mm，中間復(fù)合15cm寬的胎基布[5]。

Ⅱ類裂縫采用內(nèi)部化學(xué)灌漿后表面涂刮SK手刮聚脲并復(fù)合胎基布的方法進(jìn)行處理。沿混凝土裂縫兩側(cè)打斜孔與縫面相交，孔距為20～40cm，孔徑為φ14；灌漿孔鉆好后，用高壓氣吹孔致孔內(nèi)無雜物為止，清洗灌漿孔后安裝上專用的灌漿嘴，并擰緊；采用高壓灌漿技術(shù)灌SK-E型環(huán)氧化學(xué)漿材料，灌漿工作壓力為0.6MPa，采用單孔灌漿或隔孔灌漿，待相鄰灌漿嘴返漿即認(rèn)為該段裂縫已灌滿。直到會將當(dāng)灌漿材料固化后，砸除灌漿嘴，用環(huán)氧膩子封堵灌漿孔。沿裂縫兩邊進(jìn)行打磨，總寬度為20cm，邊緣部位打磨成倒三角的形式，深度約2～3mm；清洗打磨的混凝土表面干燥后，即涂刷界面劑。界面劑指干后，涂刮SK柔性防滲型磨聚脲對裂縫進(jìn)行表面封閉，涂刷厚度為3mm，中間復(fù)合15cm寬的胎基布[6]。

圖1 Ⅱ類混凝土裂縫涂刷SK手刮聚脲、化學(xué)灌漿示意圖

Ⅲ類裂縫采用內(nèi)部化學(xué)灌漿后表面涂刮SK手刮聚脲并復(fù)合胎基布的方法進(jìn)行處理，SK手刮聚脲涂刷寬度為20cm，平均厚度為4mm，復(fù)合胎基布的寬15cm。施工工藝同Ⅱ類裂縫處理工藝。

圖2 手工刮涂聚脲

圖3 壓力灌漿飽滿溢出

3 結(jié)束語

由于面板薄、大、長的自身結(jié)構(gòu)，在基礎(chǔ)變形、底部局部脫空、重力下滑等因素影響下，易產(chǎn)生受拉或剪切裂縫；面板混凝土在溫降收縮、塑性收縮、自收縮、干燥收縮過程中會產(chǎn)生收縮裂縫；在外荷載作用下面板周邊受拉，導(dǎo)致混凝土可能出現(xiàn)受拉裂縫。

面板混凝土產(chǎn)生裂縫后，很難從表象判斷產(chǎn)生原因，只有通過科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆治雠袛?，掌握施工過程中的薄弱環(huán)節(jié)，才能改進(jìn)后期面板質(zhì)量，減少裂縫出現(xiàn)。

對已出現(xiàn)的裂縫，需查清其縫寬、縫深、縫長、高程、位置，選擇優(yōu)質(zhì)材料分類進(jìn)行修補(bǔ)。本案采用的化學(xué)材料施工方便，材料固化后無污染，無毒性，有較好的柔性和耐久性，物理、化學(xué)性質(zhì)都滿足裂縫處理需要，進(jìn)行裂縫修補(bǔ)后，面板混凝土的整體性和耐久性有效提高。

新疆吉音水利樞紐工程大壩面板混凝土拌和過程中，施工區(qū)氣溫24小時內(nèi)溫差可達(dá)20℃；每盤混凝土在低溫條件下，按設(shè)計配合比用水量需減少30kg，同日內(nèi)最高溫條件下，按設(shè)計配合比用水量需增加30kg，才能達(dá)到澆筑要求。所以在混凝土拌制過程中，需要實時監(jiān)控氣溫和水分蒸發(fā)情況，繪制氣溫－用水量曲線圖，解決準(zhǔn)確用水問題，保持拌合物的和易性和坍塌落度穩(wěn)定。

工程已于2016年同年8月蓄水，最高蓄水位達(dá)到設(shè)計水位2509.12m。經(jīng)過五年多的蓄水運行，大壩運行正常，工況良好。