狗魚塘水庫壩體基礎混凝土裂縫成因及治理措施淺析

豐啟順

(貴州省水利投資（集團）有限責任公司，貴州貴陽550002）

狗魚塘水庫壩體基礎混凝土裂縫成因及治理措施淺析

豐啟順

(貴州省水利投資（集團）有限責任公司，貴州貴陽550002）

水庫大壩混凝土由于體積較大，施工中受溫度等多種因素影響產生裂縫，直接威脅大壩安全。針對狗魚塘水庫基礎墊層混凝土出現的裂縫進行分析，認為產生原因為混凝土級配變化、未采取溫控措施、未設縱縫，提出裂縫處理方案為裂縫寬度大于0.2 mm水泥灌漿、裂縫寬度小于0.2 mm化學灌漿、在裂縫面上方布置騎縫鋼筋。方案實施后，4#和6#壩段滿足規范要求，5#壩段兩處裂縫灌漿水泥結石體填充質量不滿足規范要求，建議進行補充灌漿。

壩體；基礎混凝土；裂縫；分析及處理

狗魚塘水庫是一座小（Ⅰ）型水庫，水庫大壩最大壩高67 m。壩體為C15四級配混凝土重力壩，基礎墊層為二級配C20常態混凝土。在基礎墊層混凝土澆筑施工中，因冬季施工溫控措施不到位，增加水泥用量混凝土水化熱增大，砂石骨料供應不足中途停止澆筑等多種原因，導致已澆筑的基礎墊層混凝土出現裂縫。因裂縫發現和處理及時，有效避免裂縫對后續工程造成影響。

1 基礎混凝土裂縫產生及分布情況

2015年8月24日~10月17日澆筑大壩6#壩段基礎墊層；2015年8月28日~10月25日澆筑4#壩段基礎墊層；2015年9月15日~11月9日澆筑5#壩段基礎墊層。施工中因砂石骨料供應量不足，大壩4#、5#、6#（部分）三個壩段基礎混凝土先后澆筑到550.50 m高程后停止施工，此時共完成大壩基礎混凝土澆筑方量約為6000 m3。

2015年11月2日至11月28日發現大壩4#、5#、6#三個壩段共產生裂縫9條裂縫，最大縫寬8.5 mm。度汛結束恢復施工前，2016年9月對大壩基礎混凝土裂縫進行現場檢測時共發現裂縫21條（含支縫）。其中4#壩段8條，5#壩段6條，6#壩段7條。采用多功能混凝土超聲波檢測儀等設備對基礎混凝土裂縫平面分布、裂縫寬度及深度進行檢測，檢測情況見圖1、表1。

2 裂縫產生原因分析

通過對混凝土澆筑時間、使用材料、裂縫分布發展情況綜合分析，大壩基礎混凝土裂縫產生的原因有級配變化、未采取有效溫控措施、未設置縱縫。

圖1基礎混凝土裂縫平面分布圖

2.1 混凝土級配變化及增加水泥用量，混凝土水化熱增大

隨機對大壩基礎裂縫部位的混凝土進行取芯檢測抗壓強度，二級配C20混凝土抗壓強度達25.2～35.2 MPa，達到設計強度的126%~176%，其檢測結果反映混凝土抗壓強度普遍偏高，排除混凝土低強問題。查閱工程資料，原設計為四級配混凝土，每方混凝土水泥用量為99 kg；而施工中更改為二級配混凝土，每方混凝土水泥用量為217 kg；每方混凝土的水泥用量增大118 kg造成水化熱增大，混凝土拉應力小于混凝土的熱漲應力，而溫控措施未及時同步跟上導致混凝土裂縫產生。

表1 裂縫寬度及深度統計分析表

2.2 冬季低溫時段澆筑未采取有效溫控措施保護

2015年11月2日~11月28日發現裂縫時，該段時間正是當地進入冬季降溫幅度最大時期，其中11月7日出現最大溫差為16℃，由于混凝土內部與外部環境溫差變化較大，現場采用彩條布進行保溫覆蓋達不到混凝土保溫效果，是導致混凝土產生裂縫的另一個原因。

2.3 未設置縱縫對混凝土自由收縮產生約束

大壩基礎混凝土未按規范設置相應的縱縫，4#、5#、5#三個壩段基礎混凝土上下游都澆抵邊坡基巖，混凝土熱脹冷縮產生的自由收縮受到邊坡基巖的約束。基礎混凝土裂縫平面分布圖反映，河床中部5#壩段的裂縫分布方向大致平行于壩軸線，而左岸4#壩段、右岸6#壩段的裂縫總體走向趨勢為壩塊中部裂縫方向大致平行于壩軸線，逐步向兩壩肩上下游方向呈發散狀，越接近上游側齒墻基礎處發散狀分布越明顯，說明壩塊基礎混凝土熱脹自由收縮受邊坡基巖約束較大。

3 裂縫處理方案

鑒于基礎混凝土裂縫產生主要是因為混凝土水化熱致使壩塊產生溫度應力問題，且混凝土澆筑時間較長，混凝土水化熱反應已降低不再形成新的裂縫影響。2016年10月提出裂縫處理方案主要為裂縫寬度大于0.2 mm水泥灌漿、裂縫寬度小于0.2 mm化學灌漿、在裂縫面上方布置騎縫鋼筋共3種方式進行處理。

3.1 水泥灌漿

對比較嚴重的裂縫，應在低溫季節，溫度降至壩體穩定溫度即17℃后進行灌漿。灌漿水泥采用42.5 MPa水泥，最大水泥顆粒外徑小于縫寬的1/5，細水泥漿液水灰比可采用3、2、1、0.5四級，灌注時由稀至濃逐級變換。灌漿壓力采用0.3 MPa，當吸漿率大于0.5 L/min時，壓力應小于0.3 MPa；當吸漿率小于0.5 L/min時，適當升壓，最大不超過0.5 MPa。

3.2 化學灌漿

化學灌漿材料選用環氧樹脂。環氧樹脂收縮率比水泥大得多約為2%，適宜灌較細的裂縫，低黏度漿液可灌入寬0.1 mm裂縫，高黏度漿液只能灌入0.2 mm寬的裂縫。同時環氧樹脂黏合力強、黏結強度高達0.6 MPa~1.0 MPa，抗拉強度3 MPa~5 MPa，可室溫固化，是化學灌漿首選灌漿材料。化學灌漿壓力采用0.2 MPa~0.3 MPa，若吸漿量少就盡可能提高灌漿壓力。灌漿順序為自外向里進行，外側灌漿管灌漿時，打開內側灌漿兼排氣管，直至灌漿管、裂縫縫面出漿時，暫停外側灌漿管灌漿，然后從內側灌漿管灌漿，直至裂縫出漿時暫停灌漿。

4 裂縫處理效果分析

根據處理方案要求，2016年10月l7日~27日對壩體基礎混凝土裂縫進行了灌漿處理，共完成裂縫處理21條，總長207.40 m;完成灌漿孔133個，進尺400 m,灌注水泥16.8 t。灌漿處理結束后，2016年11月21日對壩體裂縫密實度進行了檢測，以分析裂縫內水泥結石體充填程度。檢查時現場布置并檢測了15條裂縫，檢測結果反映總體裂縫處理效果比較明顯。除5#壩段因灌漿時冷卻管未封堵，2#、3#裂縫處理后仍存在局部不密實情況外，4#壩段、6#壩段裂縫灌漿處理效果達到設計要求。具體情況:

（1）4#壩段裂縫灌漿后裂縫脫空面積合計36.19 m2，裂縫灌漿前脫空面積225.85 m2，水泥結石體填充面積占灌漿前裂縫面積的84%，考慮4#壩段靠近岸坡位置尚未進行壩基固結灌漿，地下涌水嚴重，靠近岸坡壩段裂縫灌漿壓力難以達到規范和設計要求。后期實施岸坡壩段周結灌漿時可對裂縫脫空部位灌漿補強，裂縫填充效果將得到提升、加強，水泥結石體填充面積占灌漿前裂縫面積的比例將大于85%。故判斷4#壩段裂縫灌漿質量合格。

（2）5#壩段裂縫灌漿后裂縫脫空面積合計21.55 m2，裂縫灌漿前脫空面積78.32 m2，水泥結石體填充面積占灌漿前裂縫面積的72%，判斷5#壩段裂縫灌漿質量不滿足規范和設計要求。通過了解和分析，5#壩段裂縫灌漿水泥結石體填充效果不理想達不到規范和設計要求的原因，主要是灌漿鉆孔時破壞到冷卻水管，鉆孔和冷卻水管形成連通通道，灌漿時冷卻水管進出口端未封閉，使整個灌漿孔未達到封堵狀態；當灌漿達到一定壓力時，漿液從冷卻水管端口冒出產生漏漿，導致裂縫部分脫空面積漿液充填不滿，從而產生5~3裂縫脫空面積較大的問題。

（3）6#壩段裂縫灌漿后裂縫脫空面積合計7.15 m2，裂縫灌漿前脫空面積69.55 m2，水泥結石體填充面積占灌漿前裂縫面積的90%，故判斷6#壩段裂縫灌漿質量滿足規范和設計要求。6#壩段靠近岸坡位置尚未進行壩基固結灌漿，靠近岸坡壩段實施岸坡壩段固結灌漿時可對裂縫脫空部位灌漿補強，裂縫填充效果將得到進一步提高。

對于5#壩段5~2、5~3裂縫灌漿水泥結石體填充質量不滿足規范和設計要求的問題，建議設計單位重新提出灌漿技術要求和檢測方法，施工單位進行補充灌漿，直到灌漿效果滿足規范和設計要求。補充灌漿時選擇在溫度低于10℃時段進行，漿液水灰比可采用2、1、0.5三級由稀至濃，開始宜灌注水灰比為2的漿液，待排氣管出漿后，改換水灰比為1的漿液。當排氣管排出的漿液水灰比接近1時，換成水灰比0.5的漿液灌注。灌漿壓力采用0.3 MPa，當吸漿率大于0.5 L/min時，壓力應小于0.3 MPa；當吸漿率小于0.5 L/min時，適當升壓，最大不超過0.5 MPa。

5 結語

水工混凝土因體積大的特殊性，施工難免產生裂縫問題，特別是夏季高溫和冬季低溫天氣澆筑大壩壩體混凝土時，必須掌握氣溫并做好溫控和養護措施，條件允許時應盡量選用低熱水泥，摻和粉煤灰和減水劑等材料，混凝土澆筑后及時進行表面保溫和保濕。同時在設計上充分考慮壩體基礎大體積混凝土澆筑時溫度應力因素，合理設置結構縫，留給壩塊自由伸縮的空間。通過多種方法綜合運用，可最大限度降低混凝土裂縫產生的幾率，保證工程施工質量的同時加快工程建設進度。

TV544

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1673-9000（2017）03-0067-02

2016-01-09

豐啟順（1976-），男，貴州興義人，高級工程師，主要從事水利工程質量監督檢測建設管理工作。