高碾壓混凝土拱壩裂縫成因分析及處理

邵紅艷

(貴州省水利水電勘測設計研究院有限公司，貴州 貴陽 550002)

某中型水庫工程大壩為C20碾壓混凝土雙曲拱壩，大壩壩頂高程746.00m，建基面高程658.00m，最大壩高88m，壩頂總長234.58m，壩頂寬度6m，壩底寬20m。大壩左右兩岸為非溢流壩段，河床段為溢流壩。壩體均采用90d齡期C20碾壓混凝土，根據不同高程，壩體上游面二級配碾壓抗滲混凝土厚度為2、3、4m，二級配抗滲碾壓混凝土與壩體三級配碾壓混凝土同倉上升碾壓。大壩壩身設共設置4條誘導縫，分別在壩0+029.19、壩0+079.57、壩0+164.42、壩0+211.84處，將壩體分為5個壩段，壩段長度22.74～84.85m不等。

大壩碾壓混凝土于2014年12月25日開始澆筑，2016年11月25日澆筑完成。其間在2015年汛期來臨前大壩澆筑到EL680m高程，6—9月(汛期高溫季節)大壩碾壓混凝土未施工，2015年6月8日集中性降水，洪水翻壩；2016年高溫季節(6—9月)大壩施工未停止，現場采取了一些溫控措施，大壩上升至EL715m高程，該年洪水未翻圍堰。在大壩蓄水前2016年11月對大壩上游面進行檢查處理時，發現大壩上游面有多條豎向裂縫，裂縫主要集中在溢流壩段中下部(EL668m-EL698mm)，最長裂縫25.5m，最短裂縫長1.6mm，裂縫寬度為0.3～1.5mm之間。

1 裂縫成因情況分析

根據裂縫調查情況及現場施工進程，裂縫位置進行分析，裂縫產生主要原因為：

(1)2015年遇大洪水，由于導流洞泄流能力有限，導致大壩擋水并壩體過流，因新澆壩體混凝土強度未達到設計值，壩體混凝土內部溫度較高，與過壩水產生較大溫差，使混凝土表面產生急劇收縮，混凝土表面張力變化加大，洪水消退后，荷載釋放，壩體中部受力較大部位拉應力造成裂縫。

(2)大壩中部壩段較長，內外溫差大，且現場溫控措施處理不到位，在混凝土表面引起較大的溫度拉應力，超過混凝土抗裂能力，引起大壩中部壩段位置產生裂縫。

2 裂縫處理原則

根據DL/T5251—2010《水工混凝土建筑物缺陷檢測和評估技術規程》結合水庫混凝土實際情況，將裂縫分類標準按照下表執行：

混凝土裂縫分類表

根據檢查發現的裂縫分布特點，提出以下相關處理措施。

(1)裂縫需動態監測，宜根據裂縫發展進程或為靜止裂縫后，選擇合適時機進行處理。

(2)先對裂縫進行處理，然后對可能存在裂縫或出現裂縫的上游壩面迎水面涂刷環氧涂料，加強防滲處理。

(3)裂縫灌漿的處理施工宜在5～25℃環境條件下進行。

(4)垂直裂縫和傾斜裂縫灌漿應從深到淺、自下而上進行；接近水平狀裂縫灌漿可從低端或吸漿量大的孔開始。

3 裂縫處理措施及方案

3.1 A、B類裂縫處理。

(1)對A類不做處理。

(2)對B類裂縫，采用填充法進行處理．

①沿縫刻U型槽，深約5cm、寬約8cm，將槽面清洗干凈并干燥后，先涂刷環氧基液，再用環氧砂漿進行回填處理，如圖所示。

圖1 B類裂縫處理示意圖

②環氧砂漿材料物理力學性能指標應符合DL/T5193—2004《環氧樹脂砂漿技術規程》規范中相關規定。

3.2 C、D類裂縫處理

對C、D類裂縫采用化學灌漿進行處理。化學灌漿是快速高效防滲堵漏技術，從20世紀70年代開始在水利水電大壩基礎和混凝土缺陷處理、大壩滲水等領域得到廣泛采用。根據DL/T5406—2010《水工建筑物化學灌漿施工規范》，合理選用灌漿材料和施工技術，對于處理好混凝土缺陷，保證混凝土結構穩定安全是非常重要的。

3.2.1灌漿材料選擇

較廣泛使用的有聚氨脂灌漿材料、環氧樹脂灌漿材料、丙烯酸鹽灌漿材料、水玻璃灌漿材料等。其中，環氧樹脂是使用最為廣泛的化學物質之一，有強度高、收縮小、粘結力強、耐老化性能好、凝固時間可調等特點，是最早被用于混凝土結構的裂縫修補，本工程采用環氧樹脂灌漿材料。

3.2.2C、D類裂縫處理方案

化學灌漿采用深斜孔、淺斜孔結合騎縫孔的工藝進行；化學灌漿順序由低高程到高高程；先斜孔灌漿，后進行騎縫孔灌漿。

(1)縫面清理

將裂縫兩側各10cm寬的混凝土表面浮渣及油污等打磨清除干凈，然后用高壓水沖洗縫面，觀察縫口狀況。經過處理的縫面必須堅固、平整、干凈、不松脫、不起砂、不脫層，裂縫表面張開無阻塞物。待縫面干燥，再進行貼嘴、刮環氧膠泥封縫施工。裂縫寬度較大時，采用B類裂縫填充法處理后刮環氧膠泥封縫。

(2)布孔、鉆孔

灌漿孔采用騎縫孔和斜孔相結合的方式布設。

騎縫孔作為灌漿過程中的排氣、排水孔，也可作為補充灌漿孔。騎縫孔自縫端開始布孔，布孔間距為30～50cm，沿裂縫中心布置孔位，垂直鉆孔；孔徑為Ф27mm，孔深不大于50mm。

斜孔主要為化學灌漿孔，布設在裂縫兩側，呈交叉布置。單側間距3m(根據縫寬大小可做適當調整)交叉布置間距為1.5m。布孔位置距離縫中心1m，深斜孔穿裂縫交點為壩體厚度一半的2/3處(T/2×)，淺斜孔穿裂縫交點為壩體厚度一半的1/3處(T/2×)控制，穿縫深度按1m左右。其中1m淺斜孔穿縫深度按50～80cm控制，避免打穿廊道。造孔角度深斜孔按81°、淺斜孔72°、1m斜孔按45°控制，具體視現場情況可調整，但應避開鋼筋。斜孔鉆孔均采用水磨鉆，直徑為Ф42mm。

裂縫化灌騎縫孔和斜孔布孔如圖2所示。

(3)安裝灌漿嘴、灌漿管，封縫

騎縫孔安裝灌漿嘴，斜孔安裝進漿管、回漿管，封閉裂縫。

(4)壓風檢查

埋設灌漿嘴、封縫完成后按照灌漿順序給每個化灌孔進行壓風檢查，風壓為0.2～0.3MPa，壓風時可適當加壓試漏。

圖2 騎縫孔、斜孔布孔示意圖

(5)化學灌漿

化學灌漿應遵循“低壓、慢灌”的原則，以使受灌體充填飽滿，裂縫粘接良好。

化學灌漿以最低高程的斜孔作為起灌孔，當鄰近騎縫孔返出濃漿時扎閉灌漿嘴，當其它斜孔返出濃漿時關閉。灌漿壓力宜為0.2～0.5MPa，具體灌漿壓力根據現場灌漿試驗確定，灌漿壓力從0.1MPa開始，根據注入量的大小，可適當降低或提高灌漿壓力，最大灌漿壓力不宜超過0.6MPa，以防止對混凝土造成損害。灌漿壓力應先小后大，采用分級升壓方式，每升級壓力為0.1MPa/30～60min。

灌漿結束封孔時的吸漿量應小于0.02L/5min。每條裂縫的串通孔及每個單孔都達到結束標準時，本條裂縫灌漿結束。

灌漿結束后，應進行孔口封堵閉漿，直到化灌材料達到初凝時間。

4 裂縫處理質量檢查

裂縫處理完成、化學灌漿漿液達到設計齡期后開展化學灌漿質量檢查。檢查孔的布孔位置應具有代表性，應選在串通性較好、灌漿不正常以及灌漿質量可能有問題的部位，檢查孔必須穿過裂縫。檢查孔孔數不少于灌漿斜孔孔數的10%，每條縫至少布置一個檢查孔。

根據檢查標準采用壓水實驗檢查，壓水實驗采用單點法壓水，壓力取最大灌漿壓力值的80%，壓水壓力最大不超過0.3MPa。壓水結束標準：在穩定壓力下，每3～5min測讀一次壓力注入量，連續四次讀數中最大值與最小值之差小于0.01ml/min時，本孔段壓水結束，取最終值為計算值，計算透水率，合格標準：壓水檢查透水率均小于0.1Lu。

5 大壩上游迎水面防滲涂層

大壩混凝土裂縫處理后，考慮到大壩蓄水后下部檢修較為困難同時結合目前大壩上游裂縫主要集中在EL696m以下，所以對大壩上游迎水面EL696m以下采用環氧涂料進行大壩上游迎水面防滲處理。

5.1 防滲涂層材料

上游迎水壩面防滲涂層應符合JC/T 2217—2014《環氧樹脂防水涂料》相關規范規定，具體性能指標應滿足以下要求。

(1)涂層厚度

涂刷厚度不小于2.0mm。

(2)5.3 施工工藝

基面打磨清洗→環氧砂漿修補→環氧涂層第一遍批刮→待凝→環氧涂層第二遍批刮→環氧涂層收面處理→養護→質量檢查與驗收。

基面清理：采用磨機或沖毛機除去基層表面上的浮灰、水泥浮漿、返霜、油脂和污垢等物。混凝土表面的脫模劑應予以清除，最后用高壓水沖洗施工面。若有較大孔洞或氣泡時應先采用環氧砂漿進行修補處理。經過處理的基層符合基面新鮮、干凈、密實、平整、不松脫、不起砂、不脫層、手摸無灰塵，并符合設計和規范要求。

涂層施工：待基面干燥及環氧砂漿凝固后，將涂層材料批刮于混凝土表面，涂刷施工應用力均勻一致。涂層施工從一側向另一側，保證涂層的厚度均勻和表面平整。涂料攪拌均勻，隨拌隨涂，拌好的涂料全部在30min內用完。底層材料涂刷量滿足混凝土吸收量。

待底層涂層初凝后，再進行第二遍涂層批刮，施工沿垂直于底層向從上游，保證涂層的厚度均勻和表面平整并無遺漏點，涂層厚度控制在2～3mm。

養護：面層施工完畢后7d內做好了保護措施，涂層未受到外界破壞。

6 結論

大體積碾壓混凝土在施工過程中，由于氣候條件、施工工藝、溫控措施不到位、混凝土養護不善等因素容易造成混凝土產生裂縫，本工程由于汛期洪水翻壩，引起內外混凝土產生較大溫差，且壩段較長，洪水消退后，壩體中部拉應力較大處產生裂縫。經過對裂縫采取專項處理，根據裂縫的成因、裂縫分布特點、裂縫性狀數據等情況，采取不同的處理措施后，達到預期防滲加固修復處理效果。裂縫處理后水庫已蓄水，目前運行正常。