化學灌漿法在武隆縣銀盤水電站大壩混凝土裂縫處理中的應用

鄧輝紅

(中國水利水電第八工程局有限公司，湖南 長沙 410004)

1 工程概況

銀盤水電站位于烏江下游河段，壩址位于重慶市武隆縣境內，壩址控制流域面積74910 km2，上游接彭水水電站，下游為白馬梯級，是兼顧彭水水電站的反調節任務和渠化航道的樞紐工程，是重慶電網的主力電站。水庫正常蓄水位215 m,總庫容3.2億m3，大壩為混凝土重力壩，最大壩高80 m,共安裝4臺單機容量150 MW的軸流式水輪發電機組，年發電量26.9億kW·h，樞紐建筑物從左到右依次布置為電站廠房壩段、泄洪壩段、船閘壩段。

2 裂縫成因分析

2.1 裂縫發現及檢查情況

2.1.1 上閘首Ⅱ區右塊

上閘首Ⅱ區右塊在其第14層(EL188.0～EL191.0)倉面發現一條裂縫，從上閘首Ⅰ區與Ⅱ區分縫位置(0+3.5)至下游樁號0+14.334，左右樁號為1+482.1，縫長8.834 m，采用40倍讀數顯微鏡觀測裂縫寬度為0.4 mm。沿裂縫50 cm、4 m、8 m處各鉆10個斜孔檢測縫深，經通氣檢查，縫深為300 cm左右(EL188.0～EL191.0)，根據《烏江銀盤水電站混凝土質量檢查及缺陷處理技術要求》(長銀設【2008】第008號)中大體積混凝土裂縫分類及評判標準，此裂縫初步判斷為Ⅳ類裂縫。

2.1.2 泄12#壩段

泄12#壩段在泄12#-Ⅰ-13閘墩發現一條裂縫，該裂縫位于泄12#Ⅰ區中部，上下游樁號為0+9.175，左右起止樁號為1+447.8～1+443.3，縫長4.5 m，采用40倍讀數顯微鏡觀測裂縫寬度為0.3 mm。沿裂縫50 cm、2 m、4 m處各鉆11個斜孔檢測縫深，經通氣檢查，縫深為350 cm左右(EL191.5～EL195.0，12層至13層)，根據《烏江銀盤水電站混凝土質量檢查及缺陷處理技術要求》(長銀設【2008】第008號)中大體積混凝土裂縫分類及評判標準，此裂縫初步判斷為Ⅳ類裂縫。

2.2 施工及澆筑情況

2.2.1 上閘首Ⅱ區右塊

上閘首Ⅱ區右塊14層，樁號0+3.5～0+22.5，1+473.85～1+497.1，EL188.0～EL191.0，澆筑層厚3 m。全倉最寬處19 m，最窄為9.5 m。設計混凝土等級為C25(二)F150W10。上閘首I區右塊上游側，左右側均布置有結構鋼筋，上下游側未布置鋼筋。

上閘首右-Ⅱ-14于2012年12月9日至開始澆筑，到2012年12月12日澆筑完成19層。按照倉面設計由上游往下游方向臺階澆筑。用K80塔機澆筑，倉面配置φ100振搗棒4根、砼工5人、自卸車3輛，資源配置滿足施工要求。采用臺階法澆筑，共分6個臺階，臺階高50 cm，臺階寬度1.5～2 m。

2.2.2 泄12#壩段Ⅰ區

泄12#壩段I區12層～13層，樁號0-11.7～0+38、1+435.35～1+443.1，EL190.0～EL195.0，澆筑層厚2.3～2.7 m。全倉最寬處12.75 m，最窄為3 m。設計混凝土等級為C35(三)F150W8(抗沖)。倉面左右側及上下游側均布置有結構鋼筋。

該裂縫貫穿的倉面澆筑時間跨距較大，從2012年8月30日至開始澆筑12層，到2012年9月23日完成13層澆筑。按照倉面設計由上游往下游方向臺階澆筑，采用MQ900門機和K80塔機配合澆筑，倉面配置φ100振搗棒4根、砼工6人、自卸車3輛，資源配置滿足施工要求。采用臺階法澆筑，共分5個臺階，臺階高50 cm左右，臺階寬度1.5～2 m。

該裂縫貫穿的倉面澆筑時間跨距較大，從2012年5月13日至開始澆筑18層，到2012年8月8日完成20層澆筑。按照倉面設計由上游往下游方向臺階澆筑，采用MQ900門機澆筑，倉面配置φ100振搗棒4根、砼工6人、自卸車3輛，資源配置滿足施工要求。采用臺階法澆筑，共分5個臺階，臺階高50 cm左右，臺階寬度1.5～2 m。

裂縫相關倉面的澆筑時間如表1所示。

表1 裂縫相關倉面澆筑時間

2.3 混凝土保溫和養護情況

混凝土澆筑過程中均處于高溫或低溫季節，澆筑完成后及時進行了保溫被覆蓋，并進行灑水養護[2]，養護時間不少于28 d[3]。

2.4 外界氣溫情況

泄12#壩段I區12層～13層澆筑時間跨度較大，主要澆筑時間在7～9月份的高溫季節，而上閘首右-Ⅱ-14澆筑時間在低溫季節，根據天氣網提供的武隆縣7～11月氣溫變化曲線可知，7、8、9月份，晝夜溫差較大，均在10 ℃以上，最大值達到16 ℃；9月中旬、10月初、10月中旬出現了3次10 ℃以上的氣溫驟降、陡增的過程，5 ℃以上的氣溫驟降、陡增達10次。

2.5 混凝土澆筑溫度及內部溫度檢測

根據《銀盤水電站二期工程大壩與電站廠房混凝土施工(含溫控)技術要求》中第7.2.3條規定，5～10月份采用預冷混凝土澆筑，每倉澆筑都進行了出機口溫度檢測[4]，數據顯示，出機口溫度在12～14 ℃范圍內，見每月試驗月報。11、12月采用自然溫度混凝土。

高溫季節澆筑的混凝土，在混凝土覆蓋冷卻水管后開始通水[5]，通8～10 ℃制冷水，通水時間一般大于15 d[6]。

根據試驗室提供的埋設在混凝土內部的溫度計測量出混凝土內部溫度見表2。從表2中可以看出，混凝土內部溫度均滿足設計允許要求，混凝土上下層溫差也小于設計規定值。

表2 混凝土內部溫度檢測 ℃

2.6 裂縫成因分析

從裂縫的走向來看，上閘首Ⅱ區右塊的為順水流方向，泄12#壩段的為垂直水流方向，且裂縫形成時間比較早。

(1)泄12#壩段分別受2012年堵路窩工、滲水點高差限制的影響，層間歇時間均大于10 d，最大達72 d，超過設計允許間歇時間。

(2)7、8、9月份，晝夜溫差較大，均在10 ℃以上，最大值達到16 ℃。9月中旬、10月初、11月中旬出現了3次10 ℃以上的氣溫驟降、陡增的過程。澆筑塊側面暴露時間長，沒有采取保溫措施，較大的溫升溫降使混凝土表面產生較大溫度應力而產生裂縫[7]。

3 施工工藝流程

灌漿施工工藝流程：鉆孔→清縫(風、水輪換沖洗干凈)→埋管→嵌縫→灌漿→封孔→檢查(鉆孔取芯、壓水檢查)[8]。

3.1 鉆孔

跨縫布置斜灌漿孔，孔徑≤40 mm，孔深1 m，孔距2 m，采用手風鉆鉆孔[9]。

3.2 沖孔、清槽

灌漿前需進行鉆孔孔壁沖洗。孔壁沖洗可采用大流量水或風水聯合沖洗，從孔底向孔外沖洗的方法進行孔壁沖洗。沖洗至孔內巖屑殘留厚度不大于20 cm結束，沖冼時間可至回水清凈10 min止[10]。沖洗水壓為該段灌漿壓力的80%并不大于1.0 MPa，若該值大于1.0 MPa時，采用1.0 MPa。

3.3 埋設灌漿管

應騎縫鉆孔或斜向鉆孔至裂縫深部，然后在孔內埋設灌漿管。每孔埋設一根灌漿管，管徑16 mm，埋入孔內40 cm。

3.4 嵌縫

在縫口表面鑿寬10 cm，深5 cm的U形槽，洗干凈后用預縮砂漿分層分段填槽，每層厚度≤2 cm，每段長度為2 m，要求填封密實，無滲水。

3.5 密封檢查

為保證密閉空腔的密閉性及承受灌漿壓力作用，應對封縫密封效果進行檢查。辦法是，待封縫膠泥或水泥砂漿固化后，沿縫涂一層肥皂水，并從灌漿嘴向縫中通入壓縮空氣，若無冒泡現象，表示密封效果良好，否則應予修補[11]。

3.6 配制漿液

灌漿材料采用毒性低、親水性環氧材料，粘結強度≥2.0 MP，抗滲標號≥S8，具有較好的可灌性[12]，能深入縫寬小于0.2 mm左右的細裂縫。

3.7 灌漿

灌漿主要設備為灌漿泵，目前國內尚無定型化學灌漿泵，一般是根據工程需要自行配制，包括貯氣罐、空壓機或手動氣泵；附屬設備包括灌漿嘴(或灌漿盒、灌漿管)、連接管道及攪拌器等。灌漿時應對全部設備進行檢查，并接通管路，用壓縮空氣將孔道及裂縫內粉塵吹凈[13]。灌漿壓力：開灌后進漿壓力為0.05 MP，分級逐步升至0.3 MP，當吸漿率<5 mL/min時，灌漿壓力可提升到0.5 MP；灌漿時從裂縫一端開始，以一孔為進漿孔，以裂縫對面相鄰孔為回漿孔，當相鄰孔回濃漿時，將灌漿孔扎死，按此程序依次灌漿；灌漿結束標準：當吸漿率<1 mL/min時，延續灌注30 min結束。灌漿結束后，應立即清洗管道及設備。

3.8 埋封口結束

灌漿后，待縫內漿液初凝而不外流時，可拆下灌漿嘴(盒)，用環氧膠泥或灌漿液水泥膏，對灌漿孔進行封口，并抹平。清除灌漿嘴(盒)上漿液，以備重復使用[14]。

3.9 埋灌漿質量檢查

灌漿密實情況，一般可采用向縫中通入壓縮空氣或壓力水檢驗，也可鉆芯取樣檢查漿體的外觀質量[15]，測試漿體的力學性能。

3.10 監測

在裂縫處理部分分別埋設了10個測縫計和滲壓儀進行變形和滲壓觀測，觀測結果表明：數據都在正常范圍內。

4 結論

裂縫處理的主要原則是進行表面封堵，防止高壓水滲入裂縫，避免裂縫進一步擴展，裂縫處理的主要方法采用化學灌漿法，化學灌漿法以鉆孔、清縫、埋管、嵌縫、灌漿、封孔、檢查的流程對大壩混凝土裂縫進行施工。在裂縫處理過程中，對大壩裂縫處理中采用的化學灌漿材料進行了取樣檢測，大壩通過化學灌漿施工處理后，使已經裂開的壩體形成固結整體，大大地提高了混凝土的抗滲能力和抗壓與抗拉強度。通過鉆孔壓水檢查、轉孔孔內錄像進行質量檢查，壓水透水率有很明顯的下降，從檢查孔成果分析，充填良好率、粘結率都達到較高的百分比，充分說明灌漿效果比較理想。大壩主體裂縫化灌處理效果完全滿足安全鑒定要求。