楊房溝水電站大壩混凝土裂縫化學灌漿處理施工

王元鵬 劉濤

摘要：為了處理楊房溝水電站拱壩上游壩面出現的局部裂縫，保持其混凝土的耐久性并達到補強、抑裂、防滲等目的，通過試驗論證并結合刻槽、鉆孔、埋管、封縫、化學灌漿、防滲蓋片封閉等方法進行了裂縫處理。灌漿檢查成果表明：裂縫處理效果滿足規范及設計要求，處理方法合理。經過2個洪水期后混凝土裂縫未滲水且未二次張開及擴展，拱壩混凝土裂縫處理整體效果良好。該裂縫處理技術可供類似工程借鑒。

關鍵詞：混凝土裂縫； 化學灌漿； 防滲蓋片； 楊房溝水電站； 雅礱江

中圖法分類號：TV543.2;TV64

文獻標志碼：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2023.S2.008

文章編號：1006-0081（2023）S2-0027-05

0 引 言

高拱壩大體積混凝土裂縫處理技術是水利水電工程專家、學者研究的重要課題。楊培洲等［1］采用鉆孔法環氧樹脂灌漿工藝，選在冬季低溫時進行高寒高海拔地區大型水工隧洞混凝土裂縫處理施工。梁皓［2］通過化學灌漿進行水電站混凝土裂縫修復，達到補強、抑裂和提高流道混凝土抗沖磨、防滲耐久性能的目的。徐凱［3］對沿河縣甘溪水庫工程大壩裂縫進行處理，采用潔凈空氣對裂縫與預埋管間的暢通情況和裂縫口密封情況及管路安裝的牢固性、可靠性等進行檢查。本文基于中國首個采用EPC模式建設的百萬千瓦級水電站裂縫處理施工實踐，采用化學灌漿及防滲蓋片處理技術進行裂縫處理，以期為同類工程裂縫處理提供借鑒。

1 工程概況

楊房溝水電站是四川雅礱江中游河段一庫七級開發的第六級，工程規模為大（1）型。工程樞紐主要建筑物由擋水建筑物、泄洪消能建筑物及引水發電系統等組成。擋水建筑物采用混凝土雙曲拱壩，壩高155 m，泄洪消能建筑物為壩身表、中孔+壩后水墊塘及二道壩［4］，泄洪建筑物布置在壩身，消能建筑物布置在壩后；地下廠房采用首部開發方式，尾水洞布置在楊房溝溝口上游。電站總裝機容量1 500 MW，安裝4臺375 MW的混流式水輪發電機組［5］。2020年12月19日，對拱壩基礎強約束區范圍上游壩面高程2 005 m以下進行裂縫檢查：右岸11號壩段發現1條裂縫，12號、13號壩段分別發現1條、3條裂縫，右岸其他壩段及左岸壩段未發現裂縫。

2 裂縫分布、產狀及成因分析

（1） 裂縫分布。大壩基礎強約束區范圍上游壩面5條混凝土裂縫分布位置示意見圖1。

（2） 裂縫產狀。上游壩面裂縫主要產狀統計見表1。

（3） 裂縫成因分析。寒潮影響、晝夜溫差較大，混凝土表面拉應力增大，在空庫情況下，壩體下游壩面拉應力區疊加，貼角部位結構突變應力集中，局部保溫失效等多種因素疊加作用，造成了裂縫的產生。

3 灌漿材料及性能

采用環氧樹脂作為裂縫灌漿材料，材料性能檢測指標均滿足JC/T 1041-2007《混凝土裂縫用環氧樹脂灌漿材料》、DL/T 5193-2004《環氧樹脂砂漿技術規程》要求，詳見表2。

4 裂縫處理方法

4.1 裂縫刻槽

沿混凝土裂縫走向在混凝土表面刻一外窄內寬的燕尾槽，表面寬7 cm、內部寬10 cm、深度5 cm。用高壓水將槽面沖洗干凈，吹干槽內后用毛刷均勻地涂抹一層環氧基液。環氧基液涂刷完畢30 min 后進行預縮砂漿嵌填，嵌填完成后表面涂刷HK增強型涂層。刻槽回填示意見圖2。

4.2 裂縫鉆孔

（1） 11-1號裂縫為分布在F11橫縫左岸側約50 cm的豎向裂縫，長度約2 m，高程約1 974～1 976 m，寬度約0.02 mm，深度小于25 cm，采取應力釋放孔+橫縫F11縫面局部封灌+刻槽回填+化學灌漿+防滲蓋片封閉的綜合處理措施。

施工時，共在11-1號裂縫兩端鉆設應力釋放孔2個，孔深20 cm，鉆孔角度為沿裂縫縫面延伸方向；灌漿孔+騎縫孔7個，孔深20 cm，鉆孔角度為距離裂縫20 cm，45°向裂縫傾斜，埋設Φ10 mm灌漿管，騎縫孔在刻槽回填時埋設灌漿管；排氣孔4個，孔徑均為Φ14 mm，鉆孔角度為距離裂縫20 cm，45°向裂縫傾斜。11-1號裂縫施工鉆孔布置見圖3。

同時，對其附近的11號橫縫采取了聚氨酯灌漿處理措施，處理范圍為沿橫縫方向對應11-1號裂縫位置向上、下各延伸1.0 m。先在底部端頭鉆設一個Φ14 mm阻斷孔，孔深20 cm，并用棉紗混合堵漏王對鉆孔進行封堵；使用手持式切割機對縫面進行清理，然后用風將縫面吹凈，使用環氧膠泥對橫縫表面進行封堵，同時埋設Φ14 mm灌漿管。強度達到設計要求后進行聚氨酯化學灌漿。

（2） 12-1號裂縫為分布在12號壩段基礎強約束區的豎向裂縫，長度約5 m，高程約1 973～1 978 m，寬度約0.03～0.40 mm，深度小于50 cm。對該裂縫采取應力釋放孔+刻槽回填+化學灌漿+防滲蓋片封閉的綜合處理措施。

施工時，共在12-1號裂縫兩端鉆設應力釋放孔2個，孔深20 cm，鉆孔角度為沿裂縫縫面延伸方向；灌漿孔+騎縫孔14個，孔深20 cm，鉆孔角度為距離裂縫20 cm，45°向裂縫傾斜，埋設Φ10 mm灌漿管，騎縫孔在刻槽回填時埋設灌漿管；排氣孔10個，孔徑均為Φ14 mm，鉆孔角度為距離裂縫20 cm，45°向裂縫傾斜。12-1號裂縫施工鉆孔布置見圖4。

（3） 13-1、13-2、13-3號裂縫為分布在13號壩段基礎強約束區中部的豎向裂縫，分布高程約1 984～1 996 m，長度分別約6 m、3 m、3 m，寬度約0.03 mm，深度小于50 cm。對上述3條裂縫采取應力釋放孔+刻槽回填+化學灌漿+防滲蓋片封閉的綜合處理措施。① 在13-1號裂縫兩端鉆設應力釋放孔2個，孔深20 cm，鉆孔角度為沿裂縫縫面延伸方向；騎縫兼灌漿孔16個，孔深20 cm，在刻槽回填時埋設Φ10 mm灌漿管。② 在13-2號裂縫兩端鉆設應力釋放孔2個，孔深20 cm，鉆孔角度為沿裂縫縫面延伸方向；騎縫兼灌漿孔6個，孔深20 cm，在刻槽回填時埋設Φ10 mm灌漿管。③ 在13-3號裂縫兩端鉆設應力釋放孔2個，孔深20 cm，鉆孔角度為沿裂縫縫面延伸方向；騎縫兼灌漿孔4個，孔深20 cm，在刻槽回填時埋設Φ10 mm灌漿管。13-1、13-2、13-3號裂縫施工鉆孔布置見圖5。

4.3 預灌性壓水檢查

灌漿管全部安裝結束后，采用自下而上的方式對各灌漿孔進行壓水檢查。具體操作要求如下。

① 壓水壓力為0.1 MPa。

② 從最低高程裂縫灌漿孔開始壓水，其余灌漿孔閥門全部打開。待上部各灌漿孔出水后，按出水先后順序依次關閉管口閥門，同時保持底部灌漿孔持續進水，直至頂部裂縫灌漿孔出水。

③ 當出現某一裂縫灌漿孔全部未出水時，則改從臨近灌漿孔進行壓水，其余裂縫灌漿孔閥門全部打開。若不出水，依次改換灌漿孔直至全部灌漿孔均壓水；若仍不出水，則可判定此處裂縫灌漿孔間距偏大或灌漿孔未鉆遇裂縫（斜孔），在其中間加密灌漿孔或調整鉆孔角度（斜孔）并配合通水檢查，再次加密直至各灌漿孔與縫面全部暢通或最小孔距為20 cm為止。

4.4 試氣檢查

灌漿管埋設、通水檢查完成封閉后，根據JC/T 1041-2007《混凝土裂縫用環氧樹脂灌漿材料》要求，采用空氣壓縮機對裂縫與預埋管間的暢通情況和裂縫口的密封性及管路安裝的牢固性、可靠性等進行試氣檢查。試氣壓力先小后大，控制不超過0.1 MPa。試氣時吹盡縫內的積水，使裂縫面保持干凈、干燥狀態，然后關閉除進氣管以外的其余灌漿管，用肥皂水或洗滌劑水滿刷封閉裂縫表面，如有漏氣，則需重新封閉漏氣部位。

4.5 化學灌漿

4.5.1 橫縫F11縫面局部聚氨酯封灌

在橫縫F11高程1 973～1 977 m采用水溶性聚氨酯將上游壩面與橫縫F11第一道止水之間的縫面進行灌封。

施工時共埋設灌漿管4孔，化學灌漿時，先從底部孔進漿施灌，待中間孔串漿后，封閉被串孔，直至頂部沿縫面串出聚氨酯漿液后，即停止灌漿，關閉進漿閥門，完成灌漿施工。

4.5.2 裂縫灌漿

（1） 裂縫化學灌漿配漿。灌漿材料采用PSI-501低黏度改性環氧樹脂灌漿材料，配比為9∶1（質量比）。① 化學灌漿漿液配制時，由配漿人員在現場根據規定比例配置A、B兩組份材料。② 由專人按量進行漿液配制，遵循少配、勤配的原則。③ 固化劑（B組份）的加入應慢速、自落式成線狀加入A液，邊加入邊攪拌，攪拌時間以固化劑加完后約3 min 為宜。每次配漿量應與進漿速率相應，否則配制漿液放置時間過長，容易造成黏度增大、灌注困難，進而影響灌漿質量。④ 每配置一次化學漿液均應詳細記錄。

（2） 化學灌漿施工。① 按自低高程孔至高高程孔的順序施灌，施工過程遵循“低壓力、長時間、慢速率”的原則。先將其余灌漿孔閥門全部打開，從最低高程進漿管進漿，待其上部灌漿孔排出漿液后，關閉該進漿管，逐級升壓。待頂層灌漿孔排漿后，進行屏漿與閉漿。② 進漿管管口壓力為0.10～0.15 MPa，在灌漿過程中，由監測人員安裝監測儀器對縫面張開情況進行監控，裂縫張開度為0.002～0.013 mm。

③ 在設計壓力下，當漿液注入量小于0.01 L/min后，繼續保持設計壓力屏漿15 min后結束灌漿。灌漿結束后進行閉漿，直至漿液完全失去流動性。

④ 當灌漿結束、漿液終凝后，即可沿混凝土表面切除灌漿嘴，同時清理已固化的外溢漿液。

4.6 表面處理

化學灌漿完成后，對刻槽部位混凝土表面進行打磨，在表面垂直涂刷兩道環氧膠泥，其中11-1號裂縫涂刷范圍為裂縫左岸側25 cm至橫縫F11右岸側25 cm，上下端部以外各25 cm，其余裂縫涂刷范圍為裂縫兩側及上下端部以外各25 cm。

4.7 防滲蓋片封閉

先將防滲蓋片鋪設范圍的壩體表面打磨平整，清理干凈后，涂刷2道SR配套底膠，將SR防滲蓋片黏貼好，采用6 mm厚鍍鋅扁鋼和膨脹螺栓進行周邊加固，然后采用封邊劑對四周進行封邊。對于需搭接的部位，搭接長度為25 cm，在搭接段SR蓋片上先刷SR配套底膠，再進行搭接黏貼，見圖6。

5 化學灌漿成果分析

5.1 預灌性壓水檢查

預灌性壓水壓力為0.1 MPa，從最低高程裂縫灌漿孔開始通水，其余灌漿孔閥門全部打開。待上部各灌漿孔出水后，按出水先后順序依次關閉各裂縫灌漿孔閥門，同時保持底部灌漿孔持續進水，直至

頂部裂縫灌漿孔出水。12-1號裂縫各灌漿孔均出水，縫面暢通。11-1、13-1、13-2、13-3號裂縫各孔均未出水，縫面閉合。

5.2 試氣檢查

試氣壓力為0.08 MPa。試氣時吹盡縫內的積水，使裂縫面保持干凈、干燥狀態，然后堵塞除進氣管以外的其余灌漿管，用肥皂水滿刷封閉裂縫表面，重新封閉漏氣部位。

5.3 灌漿串孔情況

上游壩面化學灌漿施工于2020年12月26～27日進行。施工過程中，11-1、13-1、13-2、13-3號裂縫均無串孔，表明裂縫縫面未張開，各灌漿孔串通性差；12-1號裂縫在灌注12-1-5孔時串漿至12-1-6孔，12-1-7孔串漿至12-1-8孔，12-1-9孔串漿至12-1-10孔，表明裂縫縫面張開，各灌漿孔串通性好。

5.4 灌漿成果

上游壩面5條裂縫化學灌漿累計耗漿（含外漏、廢棄、設備清洗）47.432 kg，純灌注量為19.467 kg，各縫單位耗漿量0.053～8.388 kg/m2，平均單耗4.421 kg/m2。各裂縫灌漿成果見表3。

根據裂縫長度、寬度、深度計算縫容，與化學漿液灌入體積對比，11-1、13-1、13-2、13-3號裂縫漿液灌入量與縫容相近，12-1號裂縫漿液灌入量遠大于計算縫容，原因可能為裂縫寬度、深度不規則，導致計算縫容不準確。裂縫計算縫容與灌入漿液體積對比見表4。

5.5 裂縫處理成果

化學灌漿施工中，11-1、13-1、13-2、13-3號裂縫均無串孔現象，但有少量漿液灌入，分析其原因為局部縫面填充或混凝土浸滲耗漿，說明上述裂縫張開度極小，不具可灌性或裂縫為淺層裂縫；12-1號裂縫耗漿量較大，且灌漿時發生串孔現象，這與其縫面寬度較大的情況相符。對灌漿施工記錄成果資料的分析結果表明，大壩壩面裂縫化學灌漿質量合格。

5.6 裂縫檢查成果

灌漿完成后，通過鉆孔、壓水試驗檢查，結果表明：裂縫面閉合，縫面化學漿液結石充填飽滿、密實，壓水試驗透水率均為0，灌漿效果滿足要求。

5.7 裂縫灌漿效果

混凝土裂縫已按設計要求進行了處理并通過了驗收，各單元質量驗收合格，施工材料質量全部合格，裂縫處理效果滿足規范及設計要求。

6 結 語

本文通過調查研究、試驗論證及現場施工實踐，驗證了采用化學灌漿及防滲蓋片的混凝土裂縫處理技術可以達到補強、抑裂、防滲的目的。經過兩個洪水期的驗證，混凝土裂縫未滲水，且未進一步變化及擴展。由于國內采用EPC模式建設的百萬千瓦級水電站高拱壩較少，采用裂縫化學灌漿+防滲蓋片處理技術的經驗也較少，本文研究成果可為同類工程裂縫處理提供借鑒。

參考文獻：

［1］ 楊培洲，董小虎，孫起軍.高海拔寒冷地區大型水工隧洞混凝土裂縫處理［J］.水利水電快報，2022，43（增2）：27-31.

［2］ 梁皓.化學灌漿在水電站混凝土裂縫修復中的應用［J］.云南水力發電，2022，38（2）：143-146.

［3］ 徐凱.沿河縣甘溪水庫工程大壩裂縫處理方案淺談［J］.內蒙古水利，2021（1）：51-52.

［4］ 王國力.楊房溝水電站尾水洞施工支洞布置優化［J］.四川水利，2017，38（5）：43-44，52.

［5］ 劉濤.楊房溝水電站壩肩高陡邊坡支護設計與施工［J］.建筑技術開發，2021，48（19）：160-162.