大壩砼面板裂縫處理應用與研究

李文鵬，李連喜，張增濤

（新疆水利水電勘測設計研究院勘測總隊，新疆昌吉 831100）

大壩砼面板裂縫處理應用與研究

李文鵬，李連喜，張增濤

（新疆水利水電勘測設計研究院勘測總隊，新疆昌吉 831100）

混凝土結構的裂縫是不可避免的，產生裂縫的原因錯綜復雜，形式多樣。大壩砼面板的裂縫直接影響到面板的耐久性和使用壽命，進行適當處理十分必要。介紹了某工程砼面板裂縫的分布及其特點，初步分析了形成裂縫的原因；參考類似工程的經驗，提出了兩類裂縫的不同處理標準；介紹了裂縫處理的4種主要材料的性能指標和適用范圍；闡述了2類裂縫處理的施工工藝、質量控制及效果檢測。

面板裂縫；裂縫特點；裂縫處理；表面封閉；化學灌漿

1 工程概況

水庫位于新疆北部阿勒泰以南37 km處的紅墩鄉柯文布哈村，交通便利。于1979年建成投入運行，正常蓄水位661.6 m。主壩壩頂長476.49 m，壩頂高程667.84 m，最大壩高10.74 m。水庫樞紐由主壩（砂礫石堆石面板壩）、左副壩及右副壩（均質土壩）、灌溉引水系統、發電引水系統等組成。水庫總庫容2.2億m3，調節庫容1.2億m3，灌溉面積2.67萬hm2，工程規模為Ⅱ等大（2）型工程，主要建筑物按2級設計，次要建筑物按3級設計，臨時建筑物按4級設計。地震設防烈度6度。由于水庫建筑物存在一系列質量問題，同時考慮與上游克孜加爾水庫聯合運行，2002年對水庫進行了除險加固，將原來為均質土壩（主壩）拆除重建為砂礫石堆石面板壩；改建了發電引水系統的閘井，新建了灌溉引水系統。除險加固總體項目于2002年7月開始實施，2003年下半年基本實施完成，面板裂縫處理的實施時間為2003年9月至11月。

2 砼面板裂縫分布及其特點

水庫所在區域屬溫帶大陸性氣候，降水稀少，蒸發強烈，晝夜溫差大，空氣干燥，極端最高氣溫40.6℃，多年平均蒸發量2 124.6 mm，瞬時最大風速39.7 m／s。這些惡劣的氣候特點對砼面板防裂極為不利，砼面板的防裂問題受到各方的重視。為減少面板裂縫，采取了各種手段：①采用“雙摻”（摻粉煤灰、摻微礦粉）砼配合比，降低水泥的水化熱；②減少基礎約束；③改善砼澆筑工藝；④延長養護時間等。盡管在施工中做了大量的努力，但砼面板仍產生了不同程度的裂縫。采用20倍刻度放大鏡作為檢查工具，對面板裂縫的分布、寬度、延伸長度等進行了檢測［1］。裂縫調查結果見表1。

檢查范圍內共有裂縫252條，裂縫總長度1 046.1 m，其中裂縫延伸長度大于6.0 m的50條，裂縫寬度大于0.25 mm的37條。經統計分析，面板裂縫特點如下：①短細裂縫發生率高，裂縫平均寬度≤0.25 mm的有215條，占總數的85.3%；②面板裂縫在Ⅱ序板上比較集中，Ⅱ序板裂縫171條，裂縫長度724.9 m，占裂縫總長度的69.3%。

經現場觀察檢查，多方咨詢，認為裂縫產生的主要原因為溫度、收縮及基礎約束等綜合因素，排除了壩體變形的因素。

表1 主壩Ⅰ和Ⅱ序面板砼裂縫調查結果Table1 Inspection results of concrete cracks on 1st and 2nd panels in themain dam

3 砼面板裂縫處理標準

針對面板裂縫調查情況，參考以往類似工程處理的經驗，提出砼面板裂縫處理標準：①縫寬≤0.25mm的裂縫為微細裂縫，雖然不會產生大量滲漏，但對面板的耐久性有較大危害，因裂縫細微灌漿的可灌性較差，故對其只進行表面封閉處理。表面封閉共有3層結構，第1層為SXF-202雙組份聚硫密封膠，主要起到防滲作用，具有低模量、高柔性，能承受連續和明顯的循環位移，適應溫度范圍廣等優點；第2層為HKG-2低粘度環氧，主要起到補強防滲作用；第3層為HK-961環氧增厚涂料，主要起到表面封閉作用，具有良好的抗沖性。②縫寬＞0.25 mm的裂縫為規模較大的裂縫，如不及時處理，將引起庫水或雨雪水從裂縫中滲入，導致面板中的鋼筋銹蝕加劇，加快混凝土表面的碳化，降低面板的耐久性與使用壽命，甚至危及工程的安全。對該類裂縫的處理應比較慎重，采取先灌漿后進行表面封閉的方式進行處理，徹底消除混凝土裂縫的隱患。灌漿采用LW和HW水溶性聚氨酯化學灌漿，其可灌性好，可對微細混凝土裂縫進行充填，達到防滲補強的目的。表面封閉處理的結構及采用的材料與微細裂縫（縫寬≤0.25 mm）處理相同。

4 砼面板裂縫處理材料

裂縫處理材料采用國家電力公司華東勘測設計研究院大壩安全工程公司研制的防水處理材料：SXF-202雙組份聚硫密封膠、HK-G-2低粘度環氧、HK-961環氧增厚涂料、LW及HW水溶性聚氨酯等。

4.1 SXF-202雙組份聚硫密封膠

SXF-202雙組份聚硫密封膠是用液態聚硫橡膠為基礎，科學配制而成的雙組份溫室硫化密封膠，是一種新型的防水、防油、防滲漏、防腐蝕密封材料，能承受連續和明顯的循環位移，對大多數基材具有優越的粘結性能，垂直面施工和頂面施膠不流淌，適用于各種伸縮縫、沉降縫等縫隙的防滲漏嵌縫密封。其主要性能指標見表2，本項目采用低模量聚硫密封膠。

表2 SXF-202雙組份聚硫密封膠性能指標Table2 Performance indexes of SXF-202 dual release polysulfide sealant

4.2 HK-G-2低粘度環氧

HK-G-2系列環氧灌漿材料具有良好的親水性，起始粘度小、可灌性好、強度高、凝固時間可調、雙組份、操作方便，可以對微細的混凝土和巖基裂縫進行灌漿處理，達到防滲補強加固之目的。廣泛應用于水工建筑的基礎和壩體裂縫的補強加固，高速公路、橋梁、橋墩、地鐵、隧道、渡槽、渠道及民用建筑中的各種混凝土缺陷及裂縫的防水補強處理。其主要性能指標見表3。

表3 HK-G-2低粘度環氧材料性能指標Table3 Performance indexes of HK-G-2 low-viscosity epoxy material

4.3 HK-961環氧增厚涂料

HK-961環氧增厚涂料是一種性能優越的保護涂料，適用于砼、金屬、塑料、瓷磚及木材的粘結和防水處理，砼裂縫處理及水上或水下金屬結構的防腐蝕處理。具有以下特點：①施工方法簡便，不需繁雜配制，只需將兩組份按比例混合均勻即可涂刷；②固份含量高，減少了普通溶劑型涂料中大量溶劑或稀釋劑的揮發引起的對人體和施工環境的污染；③與砼、金屬等基材粘結強度高；④抗滲、抗拉、抗沖、抗彎等多種性能突出，耐久性好；⑤一次涂膜厚度可達300μm以上，大大節約涂刷次數和時間；⑥在立面和頂面施工時，加厚涂刷液不會垂掛，保證了立面和頂面的厚度和涂刷質量。其主要力學性能指標見表4。

表4 HK-961增厚環氧涂料主要性能指標Table4 Major performances of HK-961 thickened epoxy coatings

4.4 LW和HW水溶性聚氨酯化學灌漿材料

LW和HW水溶性聚氨酯化學灌漿材料是一種親水性材料，遇水后可以分散、乳化進而固化，具有漿液粘度低，與水有較好的親和力，在潮濕砼表面亦能達到一定的粘結強度，是一種快速高效的防滲堵漏補強加固化學灌漿材料。具有以下特點：①具有良好的親水性能，水既是稀釋劑，又是固化劑；②施工工藝簡便，漿液無需繁雜配制；③粘度低，可灌性好，可在潮濕或涌水情況下灌漿，對水質的適應性較強，在海水和pH值為3～13的水中均能固化；④固化體經急性毒性試驗屬實際無毒性；⑤LW與HW水溶性聚氨酯化學灌漿材料可任意比例混合使用，以配制不同強度和不同水膨脹倍數的材料。主要性能指標見表5。

表5 LW和HW水溶性聚氨酯化學灌漿材料性能指標Table5 Performance indexes of LW and HW water-soluble polyurethane chem ical grouting

5 砼面板裂縫處理施工工藝

裂縫修補的方法很多，大體上有表面處理法、灌漿注入法和機械加固法3大類。在灌漿注入法中目前樹脂灌漿法應用很普遍［2］。化學灌漿（Chemical Grouting）是將一定的化學材料（無機或有機材料）配制成真溶液，用化學灌漿泵等壓送設備將其灌入地層或縫隙內，使其滲透、擴散、膠凝或固化，以增加地層強度，降低地層滲透性，防止地層變形和進行砼建筑物裂縫修補的一項基礎加固、防滲堵漏和砼缺陷補強技術［3］。

5.1 縫寬≤0.25 mm裂縫處理施工工藝

縫寬≤0.25 mm裂縫處理的施工工藝為：基面處理→涂刷聚硫→涂刷HK-G-2→涂刷HK-961環氧增厚涂料。

（1）基面處理。對裂縫兩側砼表面用打磨機磨刷，并用鋼絲刷進行清理，處理寬度為兩側各150 mm，并用水對裂縫表面進行清洗，要求沖洗后的表面無浮塵、無雜質。

（2）涂刷雙組份聚硫。基面要保持干燥，對于潮濕表面可采用噴燈將基底表面烘干。待砼表面干燥后，涂刷聚硫一遍，涂刷寬度為兩側各150 mm，即不能漏刷（露白），又不能涂刷過厚。

（3）涂刷HK-G-2低粘度環氧。待聚硫固化后涂刷HK-G-2低粘度環氧，要求HK-G-2滲入砼表面，與砼表面充分粘結。

（4）涂刷HK-961環氧增厚涂料。用HK-961環氧增厚涂料（包括基液）在清洗過的裂縫兩側各150 mm范圍內涂刷縫面2遍，要求涂刷厚而均勻。整道工序完成后，涂層厚度1 mm左右。

5.2 縫寬＞0.25 mm裂縫處理施工工藝

縫寬＞0.25 mm裂縫處理的施工工藝為：基面清理→埋設灌漿盒→封縫→灌注水溶性聚氨酯→表面封閉。

（1）基面處理。與縫寬≤0.25 mm裂縫處理工藝（表面封閉處理）相同。

（2）埋設灌漿盒。待砼表面干燥后，間隔500 mm左右粘貼灌漿盒，將HK-961環氧增厚涂料涂在灌漿盒的底座底面，粘貼到裂縫砼表面，再用HK-961涂刷整條縫面2遍，涂刷時要求均勻不漏刷。灌漿盒布置見圖1。

圖1 裂縫處理灌漿盒布置示意Fig.1 Arrangement of a grout box used for crack treatment

（3）封縫。用鋼絲刷清理縫面，在縫面及灌漿盒周圍均勻地涂刷約10 mm寬的HK-961環氧增厚涂料進行封堵，以保證灌漿時不漏漿。

（4）灌注水溶性聚氨酯。灌漿前先壓注丙酮，試驗壓力控制在0.3 MPa以內，以檢查、了解裂縫的通暢情況和確定吃漿量。配置漿液體積比：LW∶HW＝30∶70，根據縫隙大小適量加入稀釋劑，加固化劑，加催化劑，按次序加入后分別攪勻。灌漿：水平縫按順序逐個灌漿，坡面斜縫自下而上灌漿，灌注漿液從第1個灌漿盒開始，當漿液連續從裂縫處或相鄰盒位冒出時，立即停止轉入第2個灌漿盒繼續灌注，依次向前進行。灌漿壓力0.5 MPa，3 min不進漿即可結束灌漿。為使裂縫完全被漿液灌滿，漿液在裂縫處未完全愈合的應進行第2次注漿，第2次注漿與第1次注漿應有一定的時間間隔，但必須在漿液凝固前完成。

（5）表面封閉。漿液完全固化后拆除灌漿盒，然后按縫寬≤0.25 mm裂縫處理工藝進行表面封閉。

6 砼面板裂縫處理質量控制及效果檢測

6.1 質量控制

質量是保證面板裂縫處理效果的關鍵，從“事前、事中、事后”3個環節進行控制把關。事前進行工藝方案的合理設計；明確關鍵工序，設定重點預控裂縫；對參與人員進行技術培訓，關鍵崗位定專人負責。事中把好原材料檢驗合格準入；工序實行自檢、互檢及交接檢，認證合格后方可轉入下一工序；異常部位及時分析原因，研究采取應對措施。事后進行檢查對照，正確檢查評價施工質量，認真總結經驗教訓。

6.2 效果檢測

灌漿結束后對灌漿進行騎縫鉆孔檢查，共布置10個檢查孔，并對檢查孔進行壓水試驗。共取芯樣6個，芯樣裂縫均被漿液充填。10個檢查孔全部進行了壓水試驗，壓水試驗壓力為0.45 MPa。從壓水試驗情況來看，在規定壓力下持續2 min時間壓力基本不下降，縫面未出現滲水現象。經檢查分析灌漿資料，并經質量檢查證實，面板裂縫處理質量良好，滿足設計要求，達到了防滲、補強的目的，提高了面板的安全性、整體性及耐久性。

7 結 語

混凝土強度理論研究成果及大量的工程實踐證明，混凝土結構的裂縫是不可避免的。建筑物產生裂縫的原因錯綜復雜，其裂縫的形式也是多樣的。造成混凝土非結構性裂縫的原因通常有：塑性裂縫、收縮裂縫、溫度裂縫、地基不均勻裂縫等［4］。控制和減少混凝土結構物產生裂縫，對裂縫采取針對性的處理措施，保證建筑物結構安全和滿足使用功能顯得非常重要，尤其是水庫大壩面板裂縫的控制和處理更為人們廣泛關注。本項目面板裂縫雖然比較嚴重，但砼拌合物質量良好，砼強度滿足設計要求，裂縫成因經分析為溫度、干縮等綜合因素形成，不是壩體變形所致。裂縫處理后經鉆孔取芯、壓水試驗等方式檢驗，施工質量良好，達到了預期效果。該項目實施完成后，建設單位、設計單位、監理單位及施工單位現場進行了全面檢查，檢查了施工資料和現場，認為裂縫處理符合設計要求，達到了預期目的。項目結束后經過近6年的運行，所處理的裂縫無異常；通過觀測孔數據證實，壩體滲漏無異常，說明面板混凝土裂縫處理是成功的。

［1］ 劉文清，李耀華，王 力，等.面板施工技術-最新水利水電工程一級施工實用技術與管理［M］.長春：吉林人民出版社，2001.（LIU Wen-qing，LI Yao-hua，WANG Li，et al.Panel Construction Technology the Latest Construction of Water Conservancy and Hydropower Projects a Practical Technology and Management［M］.Jilin：Jilin People’s Publishing House，2001.（in Chinese））

［2］ 傅 溫，王宏彬.裂縫灌漿修補技術-混凝土工程新技術［M］.北京：中國建材工業出版社，1994.（FUWen，WANG Hong-bin.Repair Cracks in Grouting Technology New Technologies of ConcreteWork［M］.Beijing：China Building Industry Press，1994.（in Chinese））

［3］ 宋彥忠.化學灌漿在某水庫涵洞砼缺陷處理中的應用［J］.農業科技與信息，2009，（11）：42－43.（SONG Yan-zhong.Chemical grouting concrete culvert in a reservoir defective processing applications［J］.Agricultural Science and Technology and Information，2009，（11）：42－43.（in Chinese））

［4］ 鋼筋混凝土結構事故分析與加固［M］.北京：中國建筑工業出版社，1999.（Accident Analysis and Reinforcement of Reinforced Concrete Structures［M］.Beijing：China Construction Industry Press，1999.（in Chinese） ）

（編輯：王 慰）

Processing of Cracks on Concrete Dam

LIWen-peng，LILian-xi，ZHANG Zeng-tao
（Water Resources and Hydropower Survey and Design Institute of Xinjiang Corps Investigation，Xinjiang Weiwuer-nation Autonomous Region，Changji 831100，China）

Cracks in concrete structures are unavoidable，the reasons occurring cracks are complex，and their forms aremultiplex.Because cracks in the dam concrete panelswould directly affect the durability and service life of the

panel，appropriate treatment is necessary.The paper introduces the distribution and characteristics of cracks on the concrete panels of some project，gives a preliminary analysis on the formation of cracks；it refers the experience of similar projects，proposes different treatment standards of two types of cracks；and it describes the performance indexes and their application scopes of fourmajormaterials used in concrete crack treatment，and represents the construction processes，quality controls and effectiveness detection of two types of cracks.

panel cracks；fracture characteristic；crack treatment；surface sealing；chemical grouting

TV543.2

A

1001－5485（2010）09－0070－04

2010-02-09；

2010-07-29

李文鵬（1963-），男，河南清豐縣人，高級工程師，國家注冊二級建造師（水利水電工程），主要從事水利水電工程勘察、巖土工程施工等，（電話）099-48326025，13909946366（電子信箱）KCZD＠sohu.com。