化學灌漿在某碾壓混凝土拱壩裂縫處理中的應用

陸文婷，李 碩

（吉林省水利水電勘測設計研究院，吉林 長春 130021）

1 工程概況

某水電站工程位于廣西壯族自治區西北，馱娘江上游，壩址區位于西林縣普合鄉那后村上游2 km左右，距西林縣城23 km。電站裝機容量3.2萬kW。水庫的總庫容為1.33×108m3，水庫正常蓄水位685.00 m，壩型為碾壓混凝土雙曲拱壩，最大壩高77 m。

該工程混凝土拱壩為2級建筑物，設計洪水標準為100年一遇，校核洪水標準為1000年一遇，其相應泄量為1860 m3/s和1320 m3/s，選擇兩個泄洪表孔和一個中孔聯合泄流的方式泄洪。

壩址處，河谷相對狹窄，河谷呈“V”字形，谷底高程616.00～617.00 m，兩岸山脊高程大于750 m，谷底寬37～52 m，河床寬30～40 m，兩岸較對稱。

拱壩壩基與壩肩出露的巖性為三迭系下統的薄層到中厚層砂巖與泥巖，少數為厚層狀。壩基的巖體有63%以上為堅硬的砂巖組成，其單層厚度一般為0.3～0.8 m，最厚2.8 m，最薄 0.1 m；37%左右為泥巖，其一般厚度為0.2～0.5 m，最厚2.3 m，最薄0.05 m。壩基實際開挖揭露的斷層有7條，擠壓破碎帶1條。

擋水建筑物由混凝土拱壩和左右岸推力墩組成。混凝土拱壩壩頂高程687.00 m，防浪墻頂高程為688.20 m。壩頂厚6.70 m，最大壩高77.0 m，壩頂上游弧長271.31 m，最大中心角77.0975°，最小中心角58.6977°，中曲面拱冠處最大曲率半徑169.650 m，最小曲率半徑103.00 m。壩底拱冠處厚18.0 m，左右拱端處厚22.5 m，厚高比0.234。拱冠梁最大倒懸度為0.10，壩身最大倒懸度為0.201。拱壩呈不對稱布置，中心線方位角N14.06°E。

左右岸推力墩壩頂高程687.00 m，底部高程650.00 m，最大壩高37.00 m，按傳力墩設計，拱端推力及水壓力由其自重及岸坡山體維持，從而維持自身及650.00 m高程以上左拱端的穩定，根據穩定計算確定重力壩斷面為：上游為鉛直面，頂部寬 16.0 m，底寬 39.50 m，下游壩坡為 1∶0.50，壩底高程650.00 m，左岸推力墩壩頂長54.00 m（沿壩軸線）；右岸推力墩壩頂長48.74 m（沿壩軸線）。在660.00 m高程以下推力墩沿后坡建基面澆筑形成660.00 m平臺，以增強推力墩與后沿山體的整體穩定性。

2 大壩裂縫分布及形成原因分析

2.1 大壩裂縫分布及型式

2009年11月，大壩在675.0，658.3 m高程多處出現貫通上下游的水平裂縫，縫寬為0.1～0.6 mm，同時在兩側推力墩的下游側651 m高程出現接近對稱的“八”字型裂縫，縫寬約0.5 mm，縫的表面長度有3 m左右，經過鉆孔壓水檢查，該裂縫深度約0.5～1.5 m。

2.2 原因分析

初步分析裂縫的分布及型式，以及裂縫的深度，壩體的水平裂縫和局部滲水點產生的原因：該高程在施工中停歇時間較長，且出現氣溫驟降情況，該層面處理不徹底或碾壓空隙造成；推力墩的下游側的“八”字型為結構裂縫，主要是業主為了放空水庫，庫水宣泄過快，壓應力釋放造成（庫水位由675 m較短的時間內降至635 m）。

3 化學灌漿材料

3.1 化學灌漿的情況

近年來應用最多的化學灌漿材料是水玻璃、聚氨酯和環氧樹脂漿材。環氧樹脂一般粘度都較大，制成化灌漿材一般都要添加有機溶劑，最大的優點是強度高，止水效果好，缺點是氣味大，調節凝膠時間要求高；水玻璃漿材是化學灌漿史上最早使用的化學灌漿漿材，同時也是目前使用最廣泛的化學灌漿漿材之一，該漿材具有無毒、粘度小、可灌性好等優點，外漿材價格較低是個重要因素，該漿材不足處為調節不夠穩定、凝膠強度很低和凝膠穩定性較差，金屬離子易脫溶等，現多半用在臨時或半永久工程中；水溶性聚氨酯漿材可灌性好，止水效果最好，但強度偏低。

3.2 化學灌漿材料的選擇

大壩的水平裂縫貫穿上下游，而且出現結構性的裂縫，要求所灌注的化學材料具有補強結構及防滲雙重功能。因此選擇的化學灌漿材料為環氧樹脂，裂縫處理后既要滿足抗滲要求，又要有很好粘結性能滿足大壩結構要求。化學灌漿材料的各項物理力學指標必須滿足相關規程規范GB/T2567-2569等的要求。

4 化學灌漿施工工藝及控制措施

大壩裂縫處理采用化學灌漿，主要操作步驟：裂縫檢查→造孔→埋嘴→配置漿液→灌漿→檢查

1）裂縫檢查。仔細檢查裂縫，尤其是滲水部位應進行重點檢查，確定裂縫的產狀、特性以及需要進行環氧樹脂化學灌漿部位處理。

2）造孔。為確保裂縫處理質量，在裂縫上下側進行斜孔灌漿，排距0.5 m，孔距1.0 m，孔徑27 mm，孔深4.0 m，傾斜角為8度。造孔后，同樣先用高壓水，壓縮空氣沖洗吹干，再灌漿。

3）埋嘴。首先沿裂縫方向鑿槽(槽深10 cm、外寬10 cm、底寬8 cm，呈倒梯形)，鑿槽后，先清理槽內石屑，用高壓水，壓縮空氣沖洗吹干，然后埋灌漿管（可用紫銅管），埋管間距1.0 m。為防漏漿采用M25高強環氧砂漿回填，并在表面用5 mm厚環氧膠泥密封。為確保裂縫處理質量，在裂縫上下側進行鉆斜孔灌漿，排距0.5 m，孔距1.0 m孔徑27 mm，孔深4.0 m，傾斜角為8度。造孔后，同樣先用高壓水，壓縮空氣沖洗吹干，再灌漿。

4）漿液配置。根據裂縫的縫寬估計可灌程度，配制適宜的漿液。若裂縫細微可灌性較差，稀釋漿液以提高可灌性。

5）灌漿過程控制。為了保證灌漿質量，灌漿采用由下而上的順序進行灌漿，灌漿壓力要分級施加，以0.2 MPa為一級。壓力控制采用灌漿機自帶壓力表讀數。在某級灌壓下，若吸漿量小于0.05 ml/min時，升壓一次，直至達到最高灌壓，最高灌壓為1.0 MPa。在灌漿過程中，首先是灌漿孔附近的裂縫出氣、出水，隨后出稀漿，最后才出濃漿。當所灌孔附近的裂縫出漿且出漿濃度與進漿濃度相當時，結束灌漿。

裂縫灌后抽樣做壓水檢測，灌漿完成48 h后，鉆孔作壓水試驗檢測，檢測時的灌漿壓力為0.3 MPa；要求單位吸水率 ω＜0.05 L/（min·m·m）為合格；同時灌漿結束14 d后，進行鉆孔取芯，進行強度試驗，強度不低于設計要求（抗拉應力不小于2.5 MPa，壓應力大于 20 MPa）。

裂縫處理后經過一年的運行，效果良好，無擴張和滲、漏水現象，達到預期的目的。

5 灌漿的關鍵和難點

化學灌漿施工中關鍵和難點是：要掌握好精確的漿液配比和穩定、持續的壓力并做好排氣排水。

6 結語

大壩裂縫處理首先應分析裂縫成因、分布情況、貫通情況以及危害分析，結合大壩的防水和強度等級要求，選擇適當的處理時機，選擇適當的化學灌漿材料及灌漿施工工藝，尤其是細小的無規則的裂縫，常常能有比較好的效果。