達岱河水電站混凝土面板裂縫成因分析及處理

屈文奇

（中國葛洲壩集團第一工程有限公司，湖北 宜昌 443002）

1 工程概況

柬埔寨達岱河水電站位于柬埔寨國公省境內(nèi)的達岱河上。達岱河流域主要由兩條河流構(gòu)成，即達岱河（干流）和開普河（支流），匯合后干流仍稱為達岱河，流域總長度約105 km，壩址處年平均流量69.2 m3/s。本工程的主要任務(wù)是發(fā)電。主要建筑物包括主壩和副壩（壩型為混凝土面板堆石壩）、副壩左岸3 孔岸邊溢洪道、主壩左岸引水發(fā)電系統(tǒng)和岸邊地面廠房。工程等別為Ⅱ等，工程規(guī)模為大（2）型，大壩為1 級建筑物。最大壩高115 m，水庫正常蓄水位215.00 m，庫容4.04×108m3。水電站裝機容量246 MW，多年平均發(fā)電量858 GW·h。

主壩面板頂部高程216.368 m，坡比1∶1.405，最大高差110.17 m，最大塊斜長188.7 m，面板厚度30～62.9 cm。面板共77 塊，其中壩右0+178.4～壩右0+674.4 為16 m 寬共31 塊，其余各塊寬8 m。混凝土面板面積8.78萬m2，混凝土工程量為3.68萬m3。

副壩面板頂部高程216.368 m，坡比1∶1.405，最大高差72.17 m，最大塊斜長123.47 m，面板厚度30～51.5 cm。面板共61 塊，其中壩右0+495.5～壩右0+127.5 為16 m 寬共23 塊，其余各塊寬8 m。面積5.45萬m2，混凝土2.08萬m3。

主壩和副壩面板混凝土標號為C25W8，二級配。

2 裂縫成因分析

混凝土面板的裂縫主要有結(jié)構(gòu)性裂縫和非結(jié)構(gòu)性裂縫之分。混凝土面板結(jié)構(gòu)性裂縫主要是在水荷載作用下，堆石壩體產(chǎn)生不均勻沉降變形和位移造成面板和壩體脫空而引起的。混凝土面板結(jié)構(gòu)性裂縫一般是在壩體蓄水后出現(xiàn)，由壩體設(shè)計和施工質(zhì)量保證措施來控制。混凝土面板非結(jié)構(gòu)性裂縫主要為混凝土收縮裂縫，混凝土面板收縮裂縫一般出現(xiàn)在施工期，由混凝土面板材料的收縮變形引起的。當混凝土面板材料在外部環(huán)境和自身因素影響下，產(chǎn)生體積收縮變形時受到混凝土面板結(jié)構(gòu)體內(nèi)和周邊的約束條件的限制，會在混凝土面板內(nèi)產(chǎn)生與收縮變形方向相反的收縮拉應力，當混凝土面板內(nèi)的收縮拉應力超過混凝土的抗拉強度時，混凝土面板開裂。本文所描述的裂縫為非結(jié)構(gòu)性裂縫，產(chǎn)生裂縫的主要原因有以下3點：

（1）溫度應力。面板澆筑初期水化熱的產(chǎn)生，使面板內(nèi)外部溫差較大。面板澆筑期柬埔寨當?shù)貢円箿夭钶^大，溫差引起的溫度應力使面板產(chǎn)生裂縫。

（2）干縮。混凝土表面采用人工抹面，使面板表面膠凝材料及含水量與內(nèi)部結(jié)構(gòu)存在明顯差異，從而誘發(fā)了干縮的發(fā)生，干縮產(chǎn)生的拉應力超過了面板的抗拉強度則產(chǎn)生裂縫。

（3）壩體形變因素影響。

3 裂縫特點及分類

達岱河水電站面板混凝土產(chǎn)生的裂縫寬度較小，大部分為0.2～0.5 mm左右的細縫，裂縫均為活動縫，裂縫寬度受溫度影響大、淺表裂縫較多。根據(jù)裂縫寬度和是否貫穿，分為以下4類：

（1）I 類裂縫（淺層裂縫）：表面縫寬不大于0.1 mm且不貫穿。

（2）II 類裂縫：表面縫寬大于0.1 mm 小于0.5 mm且不貫穿。

（3）III 類裂縫：表面縫寬大于0.1 mm 小于0.5 mm且貫穿。

（4）IV類裂縫：表面縫寬不小于0.5 mm。

4 裂縫處理方法

裂縫處理一般選擇低溫季節(jié)裂縫開度最大的時候進行。裂縫處理前應進行詳細的檢查，檢查內(nèi)容包括：裂縫位置、形狀、走向、縫長、縫寬以及縫面是否有滲水、溶出物等，并繪制裂縫圖。對每條裂縫，應進行編號，分別建立檔案。

4.1 I類裂縫

對于I類裂縫，原則上不做專門處理，但在細縫集中的區(qū)域，可涂刷寬度為15～20 cm、厚度不小于1 mm的KT水泥基結(jié)晶滲透涂料。

4.2 II類裂縫

對于II 類裂縫，根據(jù)裂縫所處位置的不同，采取不同的處理措施。

（1）對位于215.00 m 高程以下的II 類裂縫，采用HK966高強彈性涂料架涂方式處理。施工流程：①清理縫面。對裂縫表面進行清理，打磨去除表面的鈣質(zhì)析出物、水泥浮漿以及其他污物，并沖洗干凈（建議以縫為中心，兩邊各20 cm）晾干待用。②粘貼玻璃絲布。沿縫兩側(cè)各15 cm刮涂HK966高強彈性涂料，粘貼玻璃絲布后在刮涂一遍HK966高強彈性涂料。

（2）對位于215.00 m 高程以上的II 類裂縫，考慮到與周圍環(huán)境的一致性采用Krystol 無機處理方式。如對環(huán)境一致性不要求，則采用上述HK966高強彈性涂料架涂處理方式更為簡便。Krystol 無機處理施工流程：①騎縫利用切割機開鑿寬3 cm 深4 cm的方形縫槽，并對縫槽及縫槽兩側(cè)10 cm混凝土基面進行清理；②充分潤濕縫槽后，在縫槽底部及縫槽兩側(cè)涂刷厚度不小于2 mm 的KT 水泥基滲透結(jié)晶涂料；③待涂層初凝后，按照KT∶砂=1∶2 拌制KT砂漿，填充至整個縫槽，并抹平，并在縫槽及兩側(cè)10 cm范圍涂刷KT涂料；④初凝后，蓋濕布養(yǎng)護48 h。

4.3 III類裂縫

對于III 類裂縫，采用先打斜孔化學灌漿處理，再進行表面封閉的處理方法。

4.3.1 工藝流程

沿縫槽兩側(cè)鉆斜孔、埋管→灌注HW 水溶性聚氨酯→表面封閉處理。

4.3.2 施工方法

（1）打斜孔封閉縫口：對縫口表面進行清理，在縫口涂刷EQ環(huán)氧涂料，在縫兩側(cè)打斜孔，間隔20～30 cm。

（2）灌漿：縫口環(huán)氧涂料固化后，沿縫由下而上進行灌注HW水溶性聚氨酯。

（3）表面封閉：利用電動機具磨除縫口環(huán)氧涂層。①對于215.00 m 高程以下部位，采用HK 封邊劑粘貼玻璃絲布封閉；②對于215.00 m高程以上部位，采取縫口兩側(cè)10～15 cm范圍內(nèi)直接涂刷KT水泥基滲透結(jié)晶型涂料。

4.4 IV類裂縫

對于IV類裂縫，采用LW/HW化學灌漿處理。

4.4.1 工藝流程

清理縫面→沿縫鑿V型槽→鉆孔、埋管→采用水泥封縫→灌注LW/HW 化學灌漿材料→清除縫內(nèi)水泥并在V 型槽中嵌填SR 塑性止水材料→表面封閉。

4.4.2 施工方法

（1）清理縫面：對裂縫表面進行清理。

（2）鑿槽：沿縫鑿V型槽（寬約4 cm、深約5 cm）。

（3）鉆孔埋灌漿管：在縫兩側(cè)打斜孔，間隔20-30 cm。

（4）封縫：采用水泥封閉V型槽，保證灌漿時不漏漿。

（5）灌漿：采用LW/HW水溶性聚氨酯灌漿材料進行灌漿。

（6）對于215.00 m高程以下裂縫，鑿除水泥后，用SR 塑性止水材料嵌填滿整個縫槽，縫口采用HK966高強彈性涂料粘貼玻璃絲布，并用HK966高強彈性涂料封閉；對于215.00 m 高程以上部位，縫槽底部涂刷厚度不小于2 mm KT 涂料，縫槽上半部回填KT 砂漿，并在縫口及兩側(cè)涂刷KT 涂料，并加以48 h養(yǎng)護。

5 主要材料性能表

5.1 SR塑性止水材料

SR 塑性止水材料是專門為面板壩混凝土接縫止水而研制的嵌縫、封縫止水材料，現(xiàn)已形成SR-1、SR-2、SR-3、SR-4 塑性止水材料和SR 配套底膠等SR系列產(chǎn)品，已成為我國混凝土面板堆石壩接縫主要的封縫止水材料之一。工程實踐表明，SR塑性止水材料具有塑性大，抗?jié)B、耐老化性好，與混凝土基面黏結(jié)性強，冷施工簡便，止水成本低等特性。SR塑性止水材料主要性能指標見表1。

表1 SR塑性止水材料主要性能指標表

5.2 水溶性聚氨酯化灌材料

水溶性聚氨酯LW、HW具有以下特點：

（1）LW具有良好的親水性能，可在潮濕或涌水情況下進行灌漿，固結(jié)體為彈性體，可遇水膨脹，具有彈性止水和以水止水的雙重功能，適用于變形裂縫的防水處理。

（2）HW具有良好的親水性能，黏度低，可灌性好；有較高的力學性能，適用于混凝土或基礎(chǔ)的補強加固處理。

（3）HW可與LW以不同比例混合使用，配制不同強度和不同水膨脹倍數(shù)的材料。

HW、LW主要性能指標見表2。

表2 HW、LW主要性能指標表

5.3 KT水泥滲透結(jié)晶型防滲涂料

泥基滲透結(jié)晶型防水涂料是以特種水泥、石英砂等為基料，滲入多種活性化學物質(zhì)制成的粉狀剛性防水材料。與水作用后，材料中含有的活性化學物質(zhì)通過載體水向混凝土內(nèi)部滲透，在混凝土中形成不溶于水的結(jié)晶體，堵塞毛細孔道，從而使混凝土致密、防水。KT水泥滲透結(jié)晶型防滲涂料主要性能指標見表3。

表3 KT水泥滲透結(jié)晶型防滲涂料主要性能指標表

5.4 HK966高強彈性涂料

HK966 高強度聚氨酯彈性涂料是一種由環(huán)氧改性的雙組分彈性密封材料，具有高強度和高黏接性，分子中的環(huán)氧基團，賦予材料良好的黏接性能，而彈性的聚氨酯成分提供了優(yōu)良的抗沖磨及抗腐蝕性能，該材料可作為裂縫修補的遮蓋材料，使修補后外觀保持整潔。同時該材料也可以單獨對混凝土裂縫、變形縫進行表面封閉、灌縫施工。HK966高強彈性涂料主要性能指標見表4。

表4 KTHK966高強彈性涂料主要性能指標表

6 施工質(zhì)量控制措施

為了保證工程施工質(zhì)量，在施工過程中對幾個關(guān)鍵工藝采用以下質(zhì)量控制措施：

（1）裂縫兩邊各20 cm 范圍清理干凈，并用清水沖洗后晾干再涂刷黏結(jié)劑。

（2）黏結(jié)劑涂刷要均勻，玻璃絲布要粘貼平整，要封縫嚴密，對于玻璃絲布與混凝土面粘貼比例小于90%的部分進行返工處理。

（3）灌漿孔采用沖擊造斜孔（穿透裂縫），孔間距20～30 cm。

（4）灌漿材料根據(jù)實際需用情況及現(xiàn)場溫度拌制，防止一次性拌制過多，嚴格控制灌漿材料使用時間。

7 結(jié)語

混凝土面板出現(xiàn)裂縫，不僅直接導致混凝土的抗?jié)B性能降低，滲入裂縫的水體還對混凝土產(chǎn)生溶蝕，并且會產(chǎn)生鋼筋銹蝕等多種膨脹物，工程實踐證明，裂縫的出現(xiàn)將顯著降低混凝土的耐久性。本文所述的方法既充分考慮了裂縫處理后的防滲效果，又兼顧與周邊環(huán)境的協(xié)調(diào)一致性，可以為同類型混凝土面板裂縫的處理提供參考。