水電站工程重力壩混凝土裂縫的處理分析

■孫鎮堅 ■身份證號碼:360203196602150516

水電站混凝土大壩裂縫是大壩病害的主要表現，混凝土裂縫對大壩的抗拉性能具有直接影響，降低了大壩的穩定性，而且有害物質通過裂縫進入混凝土內，導致鋼筋銹蝕，破壞混凝土結構。水電站的主要功能是防洪、灌溉和水庫蓄水發電，其擋水結構的混凝土裂縫會引發滲漏問題，如果滲漏嚴重則會對水電站工程的蓄水功能產生不利影響;對水電站重力壩而言，混凝土裂縫如果達到一定寬度和貫穿深度，則會增加壩體內部承受的壓力，降低壩體的防滑性能，不利于重力壩的抗震性能，威脅壩體結構的安全性和穩定性。對我國水電站的具體情況進行調查分析發現，幾乎所有重力壩都存在不同程度的混凝土裂縫情況。

1 水電站工程重力壩混凝土裂縫的原因

重力壩混凝土裂縫是由于多種原因造成的，包括荷載變形裂縫、收縮裂縫、自應力裂縫、溫度裂縫、化學反應裂縫和沉降裂縫等。一般情況下，常見的混凝土裂縫主要是荷載裂縫和大壩結構變形產生的裂縫。統計資料表明在工程實踐中結構變化變形導致的壩體裂縫占裂縫總量的80%。當水電站的外部環境溫度發生變化時，由于外界氣溫劇烈下降，而混凝土水化熱導致混凝土結構內容溫度升高，是混凝土內外產生較大溫差，如果對混凝土結構的防護力度不夠，當溫度應力大于混凝土抗裂能力時，就會形成溫度裂縫;此外，混凝土硬化階段由于自身體積的收縮變形，特別是與基巖連接的強約束區域的混凝土，容易出現收縮裂縫。對混凝土進行試驗，結果證明，在水泥品種、水灰比、粉煤灰和其他摻合料的添加量相同的情況下，粉煤灰的品質和種類對混凝土的收縮性能具有較大影響;如果混凝土發生了收縮變形，即使采取長流水養護措施，重新使混凝土浸水飽和，也不可能完全恢復變形，產生永久性收縮;如果基巖的地質復雜，夾層較多或裂隙、節理發育，加之施工條件限制，只有在混凝土蓋重較大時才能夠實施固結灌漿，造成承載基巖出現不均勻的沉陷現象，發生沉陷裂縫。

2 水電站重力壩裂縫概況

某水電站的重力壩屬于碾壓混凝土壩體，最大高程為50.2m，在澆筑大壩混凝土的第二年發現溢流壩段的上游部位存在縱向裂縫，最大寬度為0.2mm。對該水電站重力壩的裂縫原因進行分析發現，其裂縫包括沉陷裂縫、溫度裂縫和收縮裂縫，而且施工過程中的施工條件和人為因素也是混凝土裂縫出現的原因。例如，在澆筑混凝土時，沒有合理的垂直運輸措施，通過滑槽下料導致混凝土嚴重分離，而且過震或欠震以及平倉不良，無法保證入倉的混凝土質量，容易在薄弱面出現裂縫;混凝土結構施工完成后由于施工進度要求，忽視了后期的保養和防護，也容易導致壩體出現裂縫。

3 水電站重力壩裂縫處理

3.1 處理裂縫的要求

混凝土裂縫不僅影響了重力壩的整體性，還使壩體的穩定性、防滑性和應力狀態達不到設計要求，因此必須通過化學灌漿的方式對裂縫進行處理。其處理要求是，壩體能夠恢復完整性和穩定性，應力狀態良好。因此，必須嚴格要求化學灌漿材料。其中，材料的彈性模量最小為27* 103MPa，抗壓強度大于30MPa，與混凝土粘結的強度要大于3MPa，對干燥或潮濕的裂縫面具有良好的適灌性，可灌性能良好，稠度小。

3.2 選擇灌漿材料和設備

根據處理混凝土裂縫的要求和化學灌漿材料的性質，對不同材料進行對比檢驗，該工程選擇具有國家專利認證的YDS-0 漿材產品，這種材料具有優越的物理性能，其最大優勢是可灌性良好;灌漿泵選擇專用的化學灌漿堵漏注漿設備，使用性能良好，能夠將灌漿壓力控制在0.5～20MPa 范圍內;灌漿咀，選擇具有進漿、排氣、回漿多種功能的灌漿咀，不會出現堵塞問題，確保灌漿過程順利。

3.3 灌注漿材

首先，該重力壩不同壩段之間是通過結構縫銜接的，如果在結構縫灌入漿材，則會導致結構縫喪失堵塞作用，因此，先在結構縫中灌入能夠遇水膨脹的彈性材料，達到永久封閉的效果，但要確保其壩體的效斷面沒有被占據;彈性材料在遇水后會大量膨脹，具有較大的變形量，永久結構縫是與下游的尾水相連接的，適合作為填縫材料。其次，采取分區灌注的方法，從高程最低的灌區由下向上灌注;在同一灌區，由下層向上層有層次的推進灌注，通過上層的回漿排氣孔灌注下層孔，直至灌區填滿;灌漿壓力保持在0.5～1.0MPa，避免對裂縫狀態的破壞;在設計的灌注壓力下，當灌注孔連續20min 進漿率均不超過10ml/min 時，結束灌漿。

3.4 檢查和控制灌漿質量

一方面，建立嚴格的灌漿控制制度，在開始灌漿之前，由專門的質檢人員嚴格檢查灌漿設備、計量儀器、裂縫清理情況等，確保設備完好、儀器校驗準確，只有驗收達到標準方可簽發準灌證;另一方面，質檢人員還需要對灌注過程中的灌注程序、吃漿量、灌漿壓力、結束標準實施跟蹤監督控制。

4 重力壩混凝土裂縫控制措施

針對溫度裂縫，重力壩混凝土結構由于溫度變化發生熱脹冷縮，當約束變形時就會出現裂縫，約束越強，裂縫越寬，控制混凝土變形的措施是設置伸縮縫。在施工時，使用中熱或地熱粉煤灰水泥和泥礦渣水泥，減少水泥用量;控制混凝土的水灰比，不得超過0.6;摻加適量的減水劑或粉煤灰等，降低水泥的使用，改善骨料級配，減少水化熱;分區、分層澆筑混凝土，保持良好的散熱，減少約束力;采取有效的冷卻措施，在大體積混凝土內部設置冷卻道，利用冷水或冷氣冷卻，降低混凝土內外溫差;澆筑混凝土后，及時覆蓋濕潤的遮蓋材料，并進行灑水養護。

針對收縮裂縫，需要在施工過程中設置收縮縫，降低水灰比，改善混凝土性能，減少水泥的使用;不宜使用過高的配筋率，均勻分布鋼筋收縮縫;加強對混凝土壩體的養護，適當延長養護時間，確保混凝土緩慢冷卻，如果施工期間氣溫較低，必須對兩面混凝土都進行保溫防護，避免寒潮侵襲。

5 裂縫處理質量檢驗

在對該水電站工程重力壩混凝土裂縫進行處理完成后，需要檢驗處理質量。取內部混凝土作為抽樣樣本，檢查外觀，裂縫漿液的填充飽滿，固化的漿液呈黃褐色橢圓狀、片形薄、結膠牢固;對灌漿材料進行檢查，其抗壓強度達到32.2MPa，達到了設計標準。在出現裂縫的地方設置6 根測縫計，在下閘蓄水兩個月之后統計測量數據，沒有發現裂縫開度變化，表明裂縫處理效果良好，達到了設計要求。

6 總結

綜上所述，針對水電站工程重力壩裂縫的不同原因，采取有效的裂縫控制和處理措施，能夠確保壩體穩定，有利于水電站效能的充分發揮。

［1］宋頂華.水電站工程重力壩混凝土裂縫的處理［J］.商情.2011，(11):182 -182.

［2］李耀.水電站工程中重力壩混凝土裂縫處理對策探討［J］.城市建設理論研究(電子版).2012，(36):75 -79.