水庫面板壩混凝土裂縫處理

董麗杰

（山西澤城西安水電有限公司，山西 晉中 030600）

1 工程概況

山西某水庫主要承擔著地區農田灌溉、城鎮供水、發電、防洪等功能，主要建筑物為鋼混面板堆石壩、引水發電洞和進水塔、沖砂放空洞和泄洪排砂塔及溢洪道、地面發電廠房等。該水庫大壩為混凝土面板堆石壩，壩高最大為146 m，壩頂長度為323.40 m，凈寬67 m。水庫大壩面板和趾板均采用C30鋼混結構，面板分成兩期澆筑，總混凝土澆筑方量21 968 m3。在面板混凝土澆筑施工過程中，先后出現明顯裂縫，經過施工方和監理方的聯合勘察，發現數百條裂縫，具體可以分成面板原施工縫貫穿裂縫、面板表層裂縫和面板深層裂縫三類，具體見表1。結合相關勘察結果，面板混凝土裂縫在初期大多表現為細微裂縫，此后逐漸發展為引發壩體滲漏的嚴重裂縫，引發面板結構下碾壓堆石體損壞的同時，還引發填筑料流失、面板脫空及塌陷，十分不利于大壩安全穩定運行，必須及時修復處理。

表1 水庫面板壩混凝土裂縫統計表

2 處理方案

根據調查發現，該水利樞紐大壩混凝土面板裂縫開度不大且較淺，同一條裂縫內部寬度并不均勻，灌漿補強存在較大難度。所選用的漿液必須將裂縫孔隙充填飽滿，灌注后可短期內凝結固化；在施工聚脲封閉層前，必須將混凝土面板表層的浮土、灰塵和雜物徹底清除，將聚脲層刮涂厚度控制在2 mm，混凝土和封閉層之間的粘結強度不低于2.50 MPa。

結合該水利樞紐工程實際及類似水利工程大壩混凝土裂縫處理實踐經驗，提出“內填外堵”的裂縫處理方案，即混凝土裂縫內部填充或灌漿以堵塞滲漏通道，同時封堵外部裂隙，避免水流進入裂隙。具體而言，對于寬度不足0.20 mm 的裂縫，主要進行涂刷界面劑+涂刷手刮聚脲+鋪設胎基布的處治方案，即將其表面打磨光滑后，直接封閉表面，具體結構詳見圖1。對于寬度在0.20 mm 及以上的分散性裂縫，則采取化學灌漿+基層處治+涂刷界面劑和手刮聚脲的處治方案，即通過化學灌漿技術補強處理后封閉裂縫表面。該水庫面板壩混凝土裂縫處理項目包括裂縫檢查、水泥基界面劑涂刷、手刮聚脲涂刷、裂縫灌漿、封縫試驗、取芯檢查等，工程施工任務主要由中國水電十一局太原科研設計公司負責，補強施工擬開始于2020年6月10日，止于同年7月18日，歷時38 d。

圖1 混凝土裂縫表面封閉示意圖（單位：mm）

3 施工工藝及方法

3.1 施工材料與設備

結合裂縫處理質量要求，選用環氧樹脂砂漿、環氧膠泥、雙組分手刮聚脲等材料進行該水庫面板壩混凝土裂縫處理。①HK-WG-22雙組分環氧灌漿材料強度高、抗腐蝕性能良好，可與混凝土較好粘結，對面板混凝土補強加固效果好，其A、B組分分別為透明液體和棕色液體，抗壓強度、抗拉強度和粘結強度分別在70 MPa、15 MPa 和4 MPa 以上。②應用高滲透改性環氧基層專用界面劑粘結面層混凝土和聚脲涂層，該界面劑屬于固含量為100%的環氧底膠，只需要在完成基面處理后均勻涂刷在混凝土裂縫表面。③雙組分手刮聚脲與基面具有較好附著力，抗沖擊性好，干燥速度快，在使用過程中按照A、B組分1∶1的質量比均勻混合，該材料性能詳見表2。

表2 雙組分手刮聚脲材料性能表

水庫面板壩混凝土裂縫處理設備主要為1 臺CDS-190 型取芯鉆機、2 臺GM-512 型電動灌漿泵、5 臺1000W 電動角磨機、2 臺BS-40S 電 動 沖 擊 鉆、1 臺DM8032 型 清 洗 機、1 臺MAHA130型高壓水槍、1臺0.80 m3/0.8 MPa空壓機。

3.2 寬度不足0.20 mm的裂縫處理

通過角磨機將混凝土裂縫兩側表面打磨，將水泥基表面的棱角徹底清除，并通過高壓水槍將清除后的松散水泥、灰塵、浮渣等吹除，達到裂縫處理所要求的清潔、干燥狀態。通過高強找平SK-6 型環氧膠泥填補打磨處理后的混凝土表面局部孔洞，要求所用環氧膠泥材料與混凝土良好粘結，且不流淌；對于局部較深坑槽也應采用SK-6型環氧膠泥找平，并待填補材料完全固結后通過角磨機打磨平整表面。

完成基層處理后將專用界面劑均勻涂抹在混凝土表面，涂刷過程中必須避免產生氣泡。待所涂界面劑指觸表干（即粘手但不拉絲）后，再刮涂雙組分聚脲，涂刷面積應不超出界面劑涂刷范圍，并保證各層聚脲和胎基布之間良好粘結，手刮聚脲涂抹3～4層且總厚度應達到2 mm。如果在界面劑和手刮聚脲等材料涂刷的過程中遭遇強風和降雨天氣，必須立即暫停施工，并用防水帆布覆蓋已涂刷好的涂層，待惡劣天氣結束后擦干凈涂層上的附著物，并涂刷活化劑后再恢復施工。手刮聚脲涂刷結束后24 h內不得浸水，常溫干燥養護，并保證其表層平整，無流掛。結束手刮聚脲施工后通過超聲測厚儀進行涂層涂刷厚度檢測，確保涂層總厚度不小于2 mm。

3.3 寬度在0.20 mm以上的裂縫處理

對于此類裂縫，先通過鏟刀將裂縫兩側混凝土表面灰塵、析出物等鏟除，再通過電動打磨機磨光，最后用高壓水槍徹底沖洗縫面，達到清潔、干燥狀態。沿著裂縫走向在裂縫寬度較大的位置粘貼灌漿嘴，間距控制在約25 cm，并通過環氧膠泥封閉縫面。24 h后進行試氣檢查，試氣壓力按照0.10 MPa的標準依次增大，最大不超出0.30 MPa。

此后將進氣灌漿嘴以外的灌漿嘴全部堵塞，通過洗滌水滿涂封閉裂縫表面，如果試氣期間無冒泡漏氣，則封閉縫面成功；相反，若出現冒泡漏氣現象，則應對漏氣部位二次封閉，直至滿足封縫要求。在進行縫面封閉檢查的同時，還應檢查灌漿嘴的暢通性，即將進氣嘴以外的其余灌漿嘴全部堵塞，沿著裂縫走向由下至上依次檢查。具體見圖2。

圖2 化學灌漿注漿嘴布置圖

采用電動化灌漿泵由下至上或從裂縫一端向另一端逐孔灌漿，待灌漿孔出漿后封閉，再繼續灌注下一注漿孔。灌漿壓力應從小至大緩慢升壓，最大注漿壓力控制在0.20 MPa以內。灌漿施工期間，如遇灌漿縫面無漿液外溢或壓根不進漿，則應調整孔位后再行灌漿。待灌漿設備顯示器顯示進漿過程停止，且灌漿壓力保持穩定的情況下，繼續灌注30 min 即可結束灌漿。待漿液固化并達到設計強度后，進行裂縫壓水試驗和鉆孔取芯試驗，保證灌漿施工質量。

此后在面板壩混凝土裂縫表面涂刷手刮聚脲的操作與寬度在0.20 mm以下裂縫表面涂刷手刮聚脲的處理完全一致。

4 結論

綜上所述，該水庫面板壩澆筑施工過程中先后出現各種形式的裂縫，結合裂縫病害實際對寬度在0.20 mm以下的裂縫實施手刮聚脲處治，對寬度在0.20 mm以上的裂縫則采用化學灌漿+手刮聚脲的處理方案，處治效果較好。裂縫修復后補強加固材料和原水庫面板壩混凝土結構粘結較好，且抗拉強度滿足設計要求，使面板壩混凝土結構整體強度得以恢復和提升。該水庫面板壩裂縫處理過程嚴格按照修補方案執行和控制，如期完工，保證了大壩提前安全蓄水和水庫經濟效益、社會效益的順利發揮。