某水庫砌石重力壩裂縫成因分析及處理方案

劉慎凱

（貴州中水建設管理股份有限公司 貴陽 550003）

1 工程概況

某水庫校核水位812.46m，正常蓄水位810.00m，總庫容114萬m3，工程規模為?。?）型，工程等別為Ⅳ等。擋水建筑物為砌石重力壩，大壩軸線長129.50m，最大壩高29.6m，壩頂寬度4.0m，最大壩底寬度25.55m。壩頂高程813.30m，上游壩面793.70m高程以上鉛直，793.70m高程以下坡比為1：0.2；下游壩面809.8m高程以上鉛直，809.8m高程以下坡比為1：0.75。壩體材料采用C10細石混凝土砌毛石，上游壩面設置厚0.6m的C15細石混凝土砌C15混凝土預制塊+1.0m厚的C20混凝土防滲心墻，防滲心墻抗滲等級W6。下游面采用0.6m厚的C15細石混凝土預制塊護面。大壩共設置5條橫縫，將壩體分為6個壩段，從右至左各壩段長度為27m、30m、30.1m、15m、15m、12.4m。

2 裂縫分布情況

2017年6月至7月右岸第一個壩段開始砌筑，2017年8月上旬砌筑完成。2017年8月底，現場發現大壩右岸第一個壩段出現裂縫，至2018年1月底裂縫發展基本穩定，裂縫位于第一個壩段中部0+014.10m位置，裂縫由上游壩面和下游壩面分別貫通至大壩壩基高程804.70m，縫寬1～3mm，縫面與壩軸線大致呈垂直方向發育。

3 裂縫成因分析

3.1 大壩分縫

大壩分縫長度為27m，分縫長度符合《砌石壩設計規范》（SL 25—2006）第5.5節橫縫間距宜為20～40m的規定，因此排除了壩體分縫長度過長導致壩體出現裂縫的可能。

3.2 大壩應力復核計算

3.2.1 荷載組合

應力計算的荷載組合分基本組合和特殊組合兩種，本工程考慮以下三種荷載組合情況。

基本組合1：自重+正常蓄水位+揚壓力+泥沙壓力+浪壓力。

基本組合2：自重+設計洪水位及相應下游水位+揚壓力+泥沙壓力+浪壓力+動水壓力。

特殊組合1：自重+校核洪水位及相應下游水位+揚壓力+泥沙壓力+浪壓力+動水壓力。

3.2.2 壩體應力計算

壩體應力計算采用材料力學法計算，根據《砌石壩設計規范》（SL 25—2006）的規定，在各種荷載組合下，壩基面最小垂直正應力應為壓應力，壩體最大主壓應力小于砌石體容許壓應力，壩體內一般不得出現拉應力。計算公式如下：

式中：σy——壩踵、壩趾垂直應力，Mpa；

∑W——作用于計算截面以上全部荷載的鉛直分力的總和，kN；

∑M——作用于計算截面以上全部荷載對截面垂直水流流向形心軸的力矩總和，kN·m；

B—計算截面的長度，m。

3.2.3 計算結論

大壩樁號0+014.10縱剖面位置應力計算結果如表1所示。

表1

查《砌石壩設計規范》（SL 25—2006）表A.0.7可知：本工程砌石體采用C10細石混凝土砌毛石，基本荷載組合工況下毛石砌石體容許壓應力值為2.9MPa，特殊荷載組合工況下毛石砌石體容許壓應力值為3.3Mpa；地基容許承載力2.0～2.5MPa。由上表計算成果可知應力計算成果和地基承載力滿足規范要求。故可排除因壩體應力不滿足要求導致壩體出現裂縫的可能。

3.3 施工工藝

從區域壩體砌筑的時間分析，砌筑時6-7月屬于一年中氣溫較高的時段，且現場未有效利用上午或夜間等氣溫相對較低的時段砌筑，也未采取其它有效措施控制入倉溫度，混凝土入倉溫度過高易導致壩體后期出現溫度裂縫。同時，大壩為細石混凝土砌毛石重力壩，出現裂縫的壩體底部寬度7.8m，頂部寬度4.0m，由于靠近壩頂施工倉面變窄，毛石用量減少，細石混凝土用量增加，壩體內部混凝土水化熱過高導致后期出現溫度裂縫。

經綜合分析，大壩壩體裂縫為壩體內部溫度應力釋放產生，且在同一部位出現上游壩面、壩頂、下游壩面貫穿性裂縫。

4 裂縫處理

為保證大壩工程安全，防止工程蓄水后從裂縫處產生滲漏，需要對大壩0+014.10m處裂縫進行處理，采用上游面預制塊沿裂縫刻槽+柔性填料封閉+壩體灌漿方式。

4.1 裂縫填料

采用聚硫密封膠、聚合物水泥砂漿、環氧基液對上游裂縫進行處理，壩體段采用鉆孔灌注水泥漿處理。聚硫密封膠，具有良好的耐油、耐水、耐大氣老化、耐紫外線、耐酸堿、耐高溫120℃、耐低溫-40℃（低溫柔曲性良好）、耐沖擊、無毒、無污染、屬低模量高伸長、非下垂型密封材料。適用于土木工程混凝土結構的變形縫密封，使變形縫具有熱脹冷縮、變形移位同步協調的作用。聚合物水泥砂漿是通過向水泥砂漿摻加聚合物乳膠改性而制成的一類為有機無機復合材料，能承受較大振動、反復凍融循環、溫濕度強烈變化等作用，耐久性優良，抗壓強度高，極限拉伸率高，與老混凝土的粘結強度高。

4.2 灌漿孔布置

根據裂縫的發育位置，在壩頂共設置3個灌漿孔，距離壩頂上游面1.1m的裂縫位置（防滲墻中部）設置1#灌漿孔，鉆孔垂直布置，孔深9.6m，深入基巖1.0m；距離壩頂上游面2.8m的位置設置2#灌漿孔，鉆孔垂直布置，孔深9.6m，深入基巖1.0m；壩頂中部距離裂縫1.5m的位置設置3#灌漿孔，鉆孔向下游傾斜布置，傾角20°，鉆孔深度11m，深入基巖1.0m。

4.3 施工次序

施工順序：上游壩面預制塊沿裂縫鑿槽→密封界面處理→SGJL-851聚硫密封膠施工→聚合物水泥砂漿施工→環氧基液涂刷→壩體灌漿。

4.4 施工技術要求

4.4.1 上游縫面處理

首先沿上游壩面預制塊裂縫面鑿成寬30～50mm，深30～50mm的“U”型小槽。采用手提式砂輪機或鋼刷對小槽表面進行處理，確保粘接界面干燥、清潔、無油污和粉塵，并表露出堅硬的結構層，涂刷底涂料，然后手工涂膠一層并反復擠壓后才可用注膠槍注射涂膠，涂膠過程中要注意從一個方向進行，并保證膠層密實，避免出現氣泡和缺膠現象。待聚硫密封膠完全硫化后（7-14h）進行聚合物水泥砂漿施工，最后在聚合物水泥砂漿上涂刷環氧基液，鑿槽密封結束。

4.4.2 鉆孔灌漿施工

鑿槽密封結束后，根據灌漿孔布置位置進行鉆孔，鉆孔鉆進結束之后要求進行沖洗，沖洗水壓采用80%的灌漿壓力（灌漿壓力0.3MPa），直至回水澄清無巖粉為止。灌漿采用一次性灌漿法，灌漿壓力為0.3MPa，水泥采用P.O.42.5水泥，所用水泥細度的要求為通過80um方孔篩的篩余量不宜大于 5%，漿液水灰比采用 3：1、1：1、0.5：1 三個比級，逐漸變濃，當注入率不大于1L/min時，繼續灌注30min，灌漿結束。

5 結束語

2019年4月，施工現場按照方案處理完畢后水庫開始蓄水，現水庫已蓄水至正常蓄水位810.00m高程，經過近3個月的觀察，裂縫未出現滲漏情況，處理效果較好。大壩出現裂縫的主要原因是高溫季節施工未采取溫控措施所致，告誡相關施工單位在進行大體積混凝土工程施工時一定要按照設計和規程規范采取溫度控制措施，防止出現溫度裂縫。