白沙水庫溢洪道堰體裂縫分析及處理

李秋光，張元甲，羅艷麗，金新鋒

（1.河南省白沙水庫運行中心，河南 許昌 461000；2.河南恒禹水利工程有限公司，河南 信陽464000；3.虞城縣水利局，河南 虞城 476300）

0 引言

白沙水庫位于淮河流域潁河上游，是一座以防洪為主，兼顧灌溉、工業供水、旅游等綜合利用的大（2）型水利樞紐工程。白沙水庫溢洪道于1953 年8 月建成，2003 年除險加固時改造修筑，2006 年建成投用。溢洪道堰頂高程為222.00 m，設五孔9.50 m×12.00 m（高×寬）弧形鋼閘門，最大泄洪能力為5 922 m3/s。2021 年7 月20 日河南北部發生特大暴雨，白沙水庫作為重要的防洪水庫，溢洪道于2021年7月經歷了自建成以來第一次泄洪，泄洪流量200 m3/s，持續61 h。完成泄洪任務后，在堰體表面發現多處裂縫，并從裂縫中向外滲水。

1 滲水原因分析及危害

白沙水庫溢洪道堰體由一期C15混凝土堰體和二期800 mm厚鋼筋混凝土面層組成，詳見圖1。停止泄洪后，溢洪道堰體滲水情況，詳見圖2。

圖1 溢洪道堰體縱剖面圖

圖2 溢洪道堰體滲水情況圖

現場對裂縫滲流情況進行勘查后發現，滲流清澈不渾濁，無沙石顆粒帶出。隨水庫水位下降，滲流流速降低，滲流量減少，水庫水位降至222 m時所有裂縫均不再滲流。①一期混凝土和二期混凝土中間接縫處存在空腔，庫水位高于接縫面時，受水壓影響，水進入空腔內。②二期混凝土存在貫穿裂縫，水庫、空腔和裂縫之間形成水通道；當庫水位升高超過堰頂高程（222 m）時，水受壓力影響就會從二期混凝土貫穿裂縫處滲出。③裂縫危害：經現場勘查。滲流水體較清，無砂石顆粒帶出，可以判斷堰體混凝土結構性沒有問題。但是，形成的滲流通道內水和空氣會使二期鋼筋混凝土中的鋼筋銹蝕，且裂縫沿橫斷面方向發展，不予處理的話會出現鋼筋斷裂，二期鋼筋混凝土面層結構完整性受損繼而影響到整個溢洪道的安全。

2 處理方案

處理的中心思想為“堵住進口、封住出口”，要想做到這一點兒，需要從下面兩個方面入手。①空腔處理：采用純水泥漿鉆孔灌漿處理，利用水泥漿填充空腔，堵住滲水進水通道。②裂縫處理：對裂縫進行處理，密封后向縫內灌入環氧樹脂溶液，堵住出水通道。③處理過程：秉承著先處理空腔，后處理裂縫的原則；先用分子相對較大的水泥漿，經鉆孔灌注處理空腔，再用分子較小的環氧樹脂溶液經注漿孔灌注處理裂縫。因為空腔空間較大，先利用水泥漿將大空間填充密實，再用環氧樹脂溶液填充水泥漿進入不了的小縫隙，最終達到處理效果。具體過程如下：

3.1 空腔處理過程

3.1.1 布孔

先放樣布孔，布置3排孔，排距1.50 m，孔距1.50 m，注漿孔直徑5 cm，孔深2 m，鉆孔按梅花形布設。布設時必須避開止水。

3.1.2 制漿

漿液采用P.042.5 普通硅酸鹽水泥制漿，水灰比0.40～0.60。

制漿前先對制漿桶容積進行校核，校核容量為100 L，在40 和60 L 位置做好標記。先向桶內加入60 L 的水，然后加入100 kg 的水泥，用手鉆機快速攪拌，攪拌時長2-3 min，漿液均勻無大顆粒狀。制備的漿液性能指標為：流動度不大于17s，初凝時間大于或等于30 min，終凝時間不大于400 min，泌水率不大于0.40%。

3.1.3 灌漿

正式灌漿前做灌漿試驗，經灌漿試驗確定灌漿壓力采用0.30～0.60 MPa。固定好灌漿口，灌漿口周邊與混凝土接縫處采用環氧膠泥進行封堵，防止漏漿。灌漿口由下向上依次安裝泄壓閥、壓力表、進漿閥。

正式灌漿時，關閉泄壓閥，打開進漿閥，先向孔內灌入清水，當灌注壓力達到0.60 MPa 時穩壓5 min。然后打開泄壓閥排出管道內清水，向孔內灌入水灰比0.60的水泥漿，當泄壓口流出漿液與灌入漿液基本一致時關閉泄壓閥，增加灌漿壓力至0.30 MPa，穩壓5 min，根據吃漿量調整灌入漿液水灰比和灌漿壓力，不再吃漿時延續灌漿10 min后停止灌漿。灌漿完成后，待孔口漿液固化，清除多余水，待干凈、干燥后用環氧膠泥進行封孔。

排序按照先下游排孔，再上游排孔，最后中間排孔進行。孔序分兩序。

3.1.4 檢驗根據《水工建筑物水泥灌漿施工技術規范》要求，考慮到溢洪道為主要建筑物不適宜采用取芯檢查的方法，故而采用檢查孔注漿（單孔）的方法對灌漿效果進行檢驗。在三排注漿孔中間打檢查孔，向孔內注入水灰比為2的水泥漿，壓力0.60 MPa，初始十分鐘內注入漿液量不大于10 L為合格。經檢查，注入漿液量由左至右分別為7.40、6.80、5.30、7.80、6.40 L。檢驗結果均合格。

3.2 裂縫處理過程

3.2.1 裂縫檢測

在庫水位下降至具備施工條件時，組織專業人員利用RSM-SY7基樁多跨孔超聲波自動循環儀、ZBL-F120裂縫寬度觀測儀、HC-GY61T一體式鋼筋掃描儀對溢洪道裂縫的深度和寬度進行檢測。共計檢測裂縫93條，均為貫穿裂縫，分布在五孔堰體上。裂縫寬度0.20～1.50 mm。

3.2.2 裂縫處理

經檢測結果確定，二期混凝土存在至少93 條貫穿裂縫。由于檢測儀器可探測深度問題，為達到預期防治效果，故所有裂縫均按完全貫穿縫處理。①延裂縫發展方向用合金片切割成“V”形槽，再用空壓機接高壓氣槍將槽內浮渣清出，然后用脫氧棉蘸丙酮在槽內反復擦拭直至干凈無粉塵，將調配好的環氧樹脂膠泥用刮刀將“V”形槽刮填密實，待膠泥固化后，將裂縫表面打磨平整。②依次使用50、80、100 cm長鉆頭延裂縫兩側呈30°斜角向裂縫方向斜向下鉆孔，確保孔道與裂縫相交。采用空壓機接高壓氣槍將孔內灰塵清出，在孔口粘貼灌漿片。③對注膠孔進行密封性檢查，利用空壓機加壓，達到灌漿壓力后壓力穩定，視為密封性合格即可灌漿。灌漿按照從下向上，從裂縫一端向另一端依次灌注。灌漿壓力0.20～0.50 MPa，由小至大依次加壓，灌漿至下一個灌漿咀穩定出漿時關閉進漿閥。如果灌漿壓力持續增加至0.50 MPa 吃漿量極少或者不進漿時，認為該注漿孔沒有和裂縫相交，應重新研判裂縫方向，重新打孔重復上述操作，直至可以正常灌漿。灌注結構膠采用環氧樹脂膠泥現場配置，隨配隨用，配置超過2 h未使用的結構膠做無公害處理不再使用。注膠完成后，拆除灌漿垢并用環氧樹脂膠泥密封后打磨光滑。④利用RSM-SY7基樁多跨孔超聲波自動循環儀，對裂縫處理前后波速進行對比。處理前波速在1 667～3 448 m/s，處理后每條裂縫處的平均波速在3 626～3 876 m/s，無裂縫混凝土波速為3 876 m/s。通過對比，處理后的波速明顯比處理前的波速增大，并且處理后的波速接近無裂縫混凝土的波速，說明裂縫處理的效果明顯，混凝土裂縫已處理修復，達到合格標準。

4 結語

通過簡要分析白沙水庫溢洪道堰體裂縫形成的原因和裂縫所帶來的危害，并結合工程實際闡述溢洪道堰體裂縫的處理過程，經過一系列的處理，白沙水庫溢洪道堰體恢復了結構整體性，達到了較好的防滲效果。