拉西瓦水電站主壩裂縫處理技術及評價

趙玉宏，董 濤

(中國水利水電第四工程局有限公司，青海 西寧 810001)

1 工程概況

拉西瓦水電站位于青海省貴德縣與貴南縣交界的黃河干流上，是黃河上游龍羊峽至青銅峽河段規劃的大中型水電站中，緊接龍羊峽水電站的第二個梯級電站。該工程由混凝土雙曲重力拱壩（壩高248 m）、壩后水墊塘及二道壩、壩身泄洪表孔、深孔底孔及右岸地下廠房主變開關室組成。大壩建成后將形成蓄水10.79億m3的水庫，電站裝機容量4200 MW（6×700 MW）。

2 水電站裂縫

2.1 裂縫評判

裂縫評判分類和處理原則，可按照以下程序進行：裂縫統計調查→原因分析和深度調查類別→裂縫處理補強措施裂縫處理和檢查結果。

從大壩混凝土產生的裂縫按發展趨勢和產生危害進行評判：

Ⅰ類：一般縫寬δ＜0.2 mm，縫深h≤0.3 m，性狀表現龜裂或呈細微規則性，多由于干縮所產生，對大壩耐久性和安全基本無影響。

Ⅱ類：表面裂縫，一般縫寬0.2 mm≤δ＜0.3 mm，縫深0.3 m＜h≤1.0 m，平面縫長3 m＜L＜5 m，呈規則狀，多由于氣溫驟降期溫度沖擊且保溫不善等形成。視裂縫所在部位對結構應力、耐久性和安全運行有一定程度的影響。

Ⅲ類：深層裂縫，縫寬0.3 mm＜δ≤0.5 mm，縫長大于5 m，或平面大于等于1/3的壩塊寬度，縫深1.0 m＜h≤3.0 m，呈規則狀。對大壩結構、耐久性和安全有較大影響。

Ⅳ類：貫穿性裂縫，貫穿整個倉面，縫寬δ＞0.5 mm，縫深 3.0 m＜h≤5.0 m，側面長度 h＞5.0 m，這種裂縫對大壩的結構受力、耐久性、穩定性、安全性有較大的影響。

Ⅴ類：上游壩面向下游發展的裂縫，縫寬0.2 mm＜δ≤0.3 mm，水平長度1.0～2.0 m，垂直方向的長度大于5 m。對壩體結構、因水力劈裂作用對滲透穩定性和耐久性，安全運行有影響。

2.2 裂縫調查

裂縫的調查：裂縫的調查和檢查目的在于及時掌握裂縫發展的規律和分布狀況，便于對裂縫的成因分析和進行裂縫檢查分類，為補強處理提供基本資料。裂縫檢查項目包括縫寬、縫深、縫長、裂縫方向、所在部位、高程、數量、縫面是否有滲水、溶出物等。對縫面檢查結果，進行詳細文字表格描述并根據實測資料繪制成圖。

2.3 裂縫檢查方法

檢查方法。裂縫寬和條數以人工目測現場普查為主，所使用工具有米尺、讀書放大鏡、塞尺等。對細裂縫可用先灑水，再用風吹干或曬干再檢查。縫深的檢查手段主要有：①沿縫鑿槽：適合于表面淺層裂縫，鑿至目測不到裂縫為止。鑿槽深度視為裂縫深度；但鑿槽深度不超過30 cm；②鉆孔壓水壓風法：沿裂縫一側或兩側按不同的深度布置1～2排斜孔穿過縫面，孔口安裝阻塞器，進行壓水和高壓風，若縫表面出水或反泡，則認為縫深大于鉆孔穿過縫的垂直深度。若縫面深度大于鉆孔深度可布置第二排檢查孔；③超聲波法：對平面上混凝土裂縫在其兩側（距1 m左右）打垂直孔，孔徑不小于60 mm，在縫的一側打一個對比孔，先進行無縫的聲波測試，然后再進行跨縫測試，測前孔應沖洗干凈，并灌滿清水。測試時探頭在孔內自上而下每20～30 cm移動一次。經過波幅的對比變化，判定其縫深；④對重要或危害性大的裂縫，必要時可沿縫鉆φ91～150 mm孔，取芯或用孔內電視和錄像方法探測縫深；⑤裂縫長度按每3～5 m，布置一組檢查孔。該工程主要采用的方法為上述提到的①、②、③中的單個應用或綜合應用。

2.4 裂縫處理原則

裂縫處理原則。水工混凝土危害性較大的裂縫，破壞了建筑物的整體性，改變了建筑物受力狀態，造成滲水、漏水、鋼筋銹蝕等，降低了建筑物的耐久性，危害建筑物安全運行。雖然多數裂縫為危害性較小的表面裂縫，但也存在著發展為危害性較大的深層裂縫或貫穿性裂縫的可能，而且因裂縫所在的部位和外界的環境等不同，有一部分原為危害性較小的裂縫，亦會延伸發展為危害性較大的裂縫。因此，必須認真對待每一條已被發現的裂縫，分析裂縫產生的原因，嚴格按有關要求進行補強處理。

混凝土裂縫處理，主要是對壩體結構進行補強提高整體性，限制裂縫的擴展，滿足結構的強度、防滲、耐久性和建筑物的安全運行要求。

混凝土裂縫處理方案的選擇，要通過裂縫檢查獲得必要的數據資料，再根據裂縫所在的部位、發生的原因、裂縫規模及發展趨勢等所造成的危害性評定，進行分析研究，綜合確定合理處理措施。

工程根據裂縫規模和危害性，對不同類型的裂縫，分別采用表部處理及表部處理與灌漿補強處理結合的方式。

裂縫處理。對于Ⅰ類裂縫采用表面鑿除龜裂層，露出密實的混凝土面即可；對于Ⅱ類裂縫可不進行灌漿補強處理，表面鋪設雙層鋼筋網，其中主筋垂直裂縫布置，采用φ28螺紋鋼筋，間距20 cm，騎縫長度6 m，分布筋φ20螺紋鋼筋，鋼筋網縱向間距30 cm，鋼筋網的保護層15 cm。對于Ⅲ、Ⅳ類裂縫的處理方式為表部處理和灌漿處理相結合，程序為：裂縫表面處理、打孔、壓水（風）串通檢查、埋管、灌漿。

倉面縫（倉面上產生的裂縫）處理程序為：埋設半圓型鋼管、打孔壓水（風）串通檢查、埋管、鋪設鋼筋網、灌漿。

倉面裂縫的表部處理。在澆筑上層混凝土前，沿裂縫鋪φ100 mm、厚度為3 mm的半圓管，形成止縫孔，止縫孔兩端封閉，并由止縫鋼管的兩端埋設排氣管與灌漿管路，一并引至壩后灌漿站或廊道便于后期灌漿，止縫鋼管要求用水泥砂漿固定。沿裂縫表面鋪設雙層鋼筋，主筋垂直裂縫布置采用φ28螺紋鋼筋，間距20 cm，騎縫長度6 m，兩層鋼筋端頭錯開50 cm，輔筋φ20螺紋鋼筋，鋼筋網縱向間距30 cm，兩層鋼筋網間距20 cm，鋼筋網的保護層15 cm。

對于Ⅴ類裂縫采用表面處理和灌漿相結合的處理方式處理，表面處理同立面裂縫的表部處理。對于Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ類裂縫，除進行裂縫表部處理以外，還要進行打孔灌漿處理。基礎塊壩體固結灌漿高程以下裂縫處理時，為防止固結灌漿鉆孔將預埋的管路打斷（主壩基礎固結灌漿采用埋管法施工）而失去灌漿補強作用，要求預埋管路附近的固結預埋、固結灌漿套管至灌漿層高程。

倉面裂縫，灌漿孔均為45°～60°斜孔，超過縫面深度50～100 cm。兩側布置。當裂縫深度較深時，宜分兩層設置灌漿孔，即裂縫深度在1.0～3.0 m時，第一層灌漿孔鉆至縫面以下0.5～0.8 m處，第二層灌漿孔鉆至縫面以下1.5～2.0 m處；裂縫深度在3.0～5.0 m時，第一層灌漿孔鉆至縫面以下1.0 m處，第二層灌漿孔鉆至縫面以下2.0～3.0 m處。每層孔沿裂縫方向間距1.0 m，各層灌漿孔獨立埋設管路，原裂縫檢查孔可以兼做灌漿孔。孔鉆好后，先將孔內的碎屑及粉塵沖洗干凈，并測其孔深。孔口用阻塞器阻塞后再用風水輪換沖洗孔內及裂縫面，疏通鉆孔與裂縫形成的通道，盡可能將碎屑全部沖出，但風壓、水壓不得超過設計灌漿壓力。第一層孔作為排氣兼灌漿孔，第二層孔為灌漿孔。灌漿孔、排氣孔，均在孔內預埋灌漿支管和排氣管，與主灌漿管相連接形成灌漿系統，就近引至灌漿站并做好編號和標記，灌漿支管和排氣管要求采用φ1寸鋼管，灌漿主管采用φ1寸鋼管。

灌漿要求。根據溫度裂縫發展的特征，裂縫出現時間有90%發生在混凝土齡期為5～28 d。而此時混凝土內部溫度普遍較高，待混凝土在溫度達到最高溫度時，現有裂縫會進一步發展，縫開度將會增大，甚至發展成深層貫穿裂縫。因此，灌漿必須待混凝土達到基本穩定溫度后才能進行。

3 化學灌漿

3.1 化學灌漿組分及配比

了解所配化灌漿材各組分的成分、特點、毒性，施工時可采取適當的防護措施，避免造成化學品傷害。該工程所用化學漿材為水溶性聚胺脂，單體漿材主要是LW，HW以及稀釋劑丙酮，固化劑（水），催化劑三乙胺。

1）漿液配比。LW型水溶性聚氨酯的固結體是一種彈性體，而且遇水會膨脹，具有彈性止水和以水止水的雙重功能；而HW水溶性聚氨酯的可灌性好、強度高；LW和HW可以任何比例混合配制成不同強度和彈性的漿材，以滿足各種工程的需要。

該工程綜合考慮LW型水溶性聚氨酯的止水效果以及HW水溶性聚氨酯的強度高等特點，采用水溶性聚胺酯配比為LW∶HW=1∶9；根據縫寬，加入適量稀釋劑丙酮10%～15%；加入固化劑（水）3%～5%；加入三乙胺催化劑0.5%～0.8%，具體見表1。

表1 水溶性聚氨酯配漿表

稀釋劑、固化劑和催化劑的摻量可根據現場試驗情況作適當調整。

各組成部分的加入順序為：LW→HW→丙酮→水→三乙胺。

各種漿液制劑的稱量誤差，不得超過配方要求，稱量好后按順序加入桶中，攪拌均勻，攪拌時間不得少于10 min。

2）注意事項。配好的漿液，如長時間不用，容易固化，不能使用，造成浪費。因此配漿時須遵循“按需配制，少配勤配，隨配隨用”的原則。

由于化灌漿材具有一定的毒性，施工作業人員，尤其配漿人員，必須穿戴防化服、防毒面具，橡膠手套、護目境等安全防護用品，避免皮膚直接接觸，如有沾染立即用大量清水沖洗，嚴重時及時送往醫院檢查，治療。

3.2 化學灌漿的方法

壓丙酮結束后，即可向縫內注入LW水溶性聚胺脂化學漿材。該工程采用手壓灌漿泵（3WT-3型踏板式高壓噴霧器）進行化學灌漿。

3.2.1 灌漿順序及要求

同條裂縫內先從深層孔進漿管路開始灌漿，當排氣兼回漿管路（淺層孔）出漿濃度達到或接近進漿濃度時，關閉排氣兼回漿管路管口閥門，進行沖壓式灌漿，直至達到結束標準后結束灌漿。灌漿工作應連續進行，灌漿前應保證灌漿設備運轉良好，備用一臺灌漿設備。

3.2.2 灌漿壓力

灌漿壓力為0.3～0.5 MPa（換算到灌漿孔口處的壓力，以回漿管口壓力控制）。灌漿時排氣兼回漿管路，出漿較大的裂縫，灌漿壓力采用較小值。灌漿時排氣兼回漿管路出漿較小的裂縫，灌漿時壓力采用較大值。

對于個別管路不暢通的，以進漿壓力0.8 MPa控制，從進漿管口灌注至結束后，從回漿管口倒灌，壓力仍以0.8 MPa控制。

3.2.3 灌漿過程控制

從進漿管壓漿，待回漿管溢出化灌漿材后，關閉回漿管口閥門，保持設計灌漿壓力0.3 MPa，進行壓灌。

3.2.4 灌漿結束標準

采用下列雙控標準：回漿管排漿濃度達到或接近進漿濃度，吸漿率小于0.01 L/min，持續20 min；總灌注歷時5～8 h。灌足上述標準即可結束灌漿。

3.2.5 特殊情況處理

灌漿過程中如發現漏漿現象時，根據漏漿量的大小，可采用下述方法處理：若漏漿量較小，可不作專門處理，按正常灌漿方式灌注至達到結束標準；若漏漿量較大，一般可采用逐步升壓灌注方法處理，同時應采取嵌縫、用麻絲、水玻璃等對其進行封堵處理。特殊部位如壩體排水盲管等部位漏漿，應立即采取措施，并及時與現場監理工程師研究處理。

灌漿過程中如發現管口串漿現象時，當被串管口出漿濃度達到或接近進漿管口濃度時，關閉被串管路管口閥門，進行純壓式灌漿，達到結束標準后結束灌漿，然后立即從被串管口進行倒灌至結束灌漿。

灌漿過程中須注意保持手壓泵及其附屬管路的清潔，注漿桶及泵體的容器內不得混入雜物、防止堵塞，用后立即用丙酮清洗干凈，否則漿液一旦凝固，手壓泵及灌漿管路不易處量，在處理過程中有可能造成配件損壞，管路堵塞報廢等不必要的損失。

3.3 化學灌漿效果評價

拉西瓦水電站大壩混凝土裂縫，采用埋管法化學灌漿處理共計905.6 m，累計壓丙酮4647.0 L，化學灌漿21018.9 L。經處理后，雖經多次水位提升（現已提升至EL2430），未發現裂縫有滲漏水現象，達到了預期的效果。

4 綜合效果評價

通過前期裂縫處理的結果來看，按照拉西瓦水電站《大壩混凝土裂縫處理施工技術要求》進行補強處理后，都能有效的抑制裂縫發展和延伸。