关于化学灌浆在水电站大坝混凝土裂缝处理中的应用

李泽英

中国水利水电第八工程局有限公司国际部 湖南长沙 410004

【摘要】 混凝土裂缝是水工混凝土建筑物比较普遍、常见的病害之一，特别是贯穿性混凝土裂缝危害更大，有可能造成电站大坝结构失效、渗漏加剧，从而对大坝的安全运行构成直接危害。对裂缝的处理在关键部位除了应满足防渗要求外，还同时要恢复部分甚至全部结构强度。为保证大坝结构整体性须对出现的裂缝进行处理。本文根据自己参加建设的某水电站船闸坝段裂缝处理所用化灌材料、施工工艺、技术指标进行分析研究，为后述同类型工程建设提供参考依据。

【关键词】 混凝土裂缝成因分析、化学灌浆的施工技术及工艺流程；混凝土保温和养护情况；埋灌浆后的混凝土裂缝质量检查。

1.工程概况

作者参加建设的某水电站坝址控制流域面积74910平方公里，与上游和下游电站连接构成梯级电站，是兼上游水电站的反调节任务和渠化航道的枢纽工程，是整个流域电网的主力电站。

水库正常蓄水位215m,总库容3.2亿立方米，大坝为混凝土重力坝，最大坝高80m,共安装4台单机容量150MW的轴流式水轮发电机组，年发电量26.9亿kW·h，枢纽建筑物从左到右依次布置为电站厂房坝段、泄洪坝段、船闸坝段。

2.裂缝成因分析

2.1裂缝发现及检查情况

（1）上闸首Ⅱ区右块

上闸首Ⅱ区右块在其第14层（EL188.0～EL191.0）仓面发现一条裂缝，从上闸首Ⅰ区与Ⅱ区分缝位置（0+3.5）至下游桩号0+14.334，左右桩号为1+482.1，缝长8.834m，采用40倍读数显微镜观测裂缝宽度为0.4mm。沿裂缝50cm、4m、8m处各钻10个斜孔检测缝深，经通气检查，缝深为300cm左右（EL188.0～EL191.0），根据《 水电站混凝土质量检查及缺陷处理技术要求》（长银设【2018】第008号）中大体积混凝土裂缝分类及评判标准，此裂缝初步判断为Ⅳ类裂缝。

（2）泄12#坝段

泄12#坝段在泄12#-Ⅰ-13闸墩发现一条裂缝，该裂缝位于泄12#Ⅰ区中部，上下游桩号为0+9.175，左右起止桩号为1+447.8～1+443.3，缝长4.5m，采用40倍读数显微镜观测裂缝宽度为0.3mm。沿裂缝50cm、2m、4m处各钻11个斜孔检测缝深，经通气检查，缝深为350cm左右（EL191.5～EL195.0，12层至13层），根据《水电站混凝土质量检查及缺陷处理技术要求》（长银设【2018】第008号）中大体积混凝土裂缝分类及评判标准，此裂缝初步判断为Ⅳ类裂缝。

2.2施工及浇筑情况

（1）上闸首Ⅱ区右块

上闸首Ⅱ区右块14层，桩号0+3.5～0+22.5，1+473.85～1+497.1，EL188.0～EL191.0，浇筑层厚3m。全仓最宽处19m，最窄为9.5m。设计混凝土等级为C25（二）F150W10。上闸首I区右块上游侧，左右侧均布置有结构钢筋，上下游侧未布置钢筋。

上闸首右-Ⅱ-14于2018年12月9日至开始浇筑，到2018年12月12日浇筑完成19层。按照仓面设计由上游往下游方向台阶浇筑。用K80塔机浇筑，仓面配置φ100振捣棒4根、砼工5人、自卸车3辆，资源配置满足施工要求。采用台阶法浇筑，共分6个台阶，台阶高50cm，台阶宽度1.5～2m。

（2）泄12#坝段Ⅰ区

泄12#坝段I区12层～13层，桩号0-11.7～0+38、1+435.35～1+443.1，EL190.0～EL195.0，浇筑层厚2.3～2.7m。全仓最宽处12.75m，最窄为3m。设计混凝土等级为C35（三）F150W8（抗冲）。仓面左右侧及上下游侧均布置有结构钢筋。

该裂缝贯穿的仓面浇筑时间跨距较大，从2018年8月30日至开始浇筑12层，到2018年9月23日完成13层浇筑。按照仓面设计由上游往下游方向台阶浇筑，采用MQ900门机和K80塔机配合浇筑，仓面配置φ100振捣棒4根、砼工6人、自卸车3辆，资源配置满足施工要求。采用台阶法浇筑，共分5个台阶，台阶高50cm左右，台阶宽度1.5～2m。

该裂缝贯穿的仓面浇筑时间跨距较大，从2018年5月13日至开始浇筑18层，到2018年8月8日完成20层浇筑。按照仓面设计由上游往下游方向台阶浇筑，采用MQ900门机浇筑，仓面配置φ100振捣棒4根、砼工6人、自卸车3辆，资源配置满足施工要求。采用台阶法浇筑，共分5个台阶，台阶高50cm左右，台阶宽度1.5～2m。

表1                    裂缝相关仓面浇筑时间表

部位	分层	开仓时间	收仓时间	层间间歇时间（天）	备注
上闸首Ⅱ区	14层（188.0～191.0）	2018.12.09	2018.12.12	/	常温混凝土
泄12#I区	12层（190.0～192.3）	2018.08.30	2018.09.04	/	预冷混凝土
	13层（192.3～195.0）	2018.09.23	2018.09.25	19	预冷混凝土

2.3混凝土保温和养护情况

混凝土浇筑过程中均处于高温或低温季节，浇筑完成后及时进行了保温被覆盖，并进行洒水养护，养护时间不少于28天。

2.4外界气温情况

泄12#坝段I区12层～13层浇筑时间跨度较大，主要浇筑时间在7～9月份的高温季节，而上闸首右-Ⅱ-14浇筑时间在低温季节，根据天气网提供的当地7-11月气温变化曲线可知，7、8、9月份，昼夜温差较大，均在10度以上，最大值达到16度；9月中旬、10月初、10月中旬出现了3次10度以上的气温骤降、陡增的过程，5度以上的气温骤降、陡增达10次。

2.5混凝土浇筑温度及内部温度检测

根据《水电站二期工程大坝与电站厂房混凝土施工（含温控）技术要求》中第7.2.3条规定，5～10月份采用预冷混凝土浇筑，每仓浇筑都进行了出机口温度检测，数据显示，出机口温度在12～14度范围内，见每月试验月报。11、12月采用自然温度混凝土。

高温季节浇筑的混凝土，在混凝土覆盖冷却水管后开始通水，通8～10度制冷水，通水时间一般大于15天。

    根据试验室提供的埋设在混凝土内部的温度计测量出混凝土内部温度见表2。从表中可以看出，混凝土内部温度均满足设计允许要求，混凝土上下层温差也小于设计规定值。

表2                     混凝土内部温度检测表

部位	分层	最大值	最小值	平均值
上闸首右块Ⅱ区	14层	21.55	15.6	19.06
泄12#Ⅰ区	12层	33.25	19.2	29.23
	13层	29.75	17.6	25.88

2.6裂缝成因分析

从裂缝的走向来看，上闸首Ⅱ区右块的为顺水流方向，泄12#坝段的为垂直水流方向，且裂缝形成时间比较早。

（1）泄12#坝段分别受2018年堵路窝工、渗水点高差限制的影响，层间歇时间均大于10天，最大达72天，超过设计允许间歇时间；

（2）7、8、9月份，昼夜温差较大，均在10度以上，最大值达到16度。9月中旬、10月初、11月中旬出现了3次10度以上的气温骤降、陡增的过程。浇筑块侧面暴露时间长，没有采取保温措施，较大的温升温降使混凝土表面产生较大温度应力而产生裂缝。

3.施工工艺流程

灌浆施工工艺流程：钻孔→清缝（风、水轮换冲洗干净）→埋管→嵌缝→灌浆→封孔→检查（钻孔取芯、压水检查）。

（1）钻孔

跨缝布置斜灌浆孔，孔径≤40mm，孔深1m，孔距2m，采用手风钻钻孔。

（2）冲孔、清槽：

灌浆前需进行钻孔孔壁冲洗。孔壁冲洗可采用大流量水或风水联合冲洗，从孔底向孔外冲洗的方法进行孔壁冲洗。冲洗至孔内岩屑残留厚度不大于20cm结束，冲冼时间可至回水清净10min止。冲洗水压为该段灌浆压力的80%并不大于1.0Mpa，若该值大于1.0MPa时，采用1.0MPa。

（3）埋设灌浆管

应骑缝钻孔或斜向钻孔至裂缝深部，然后在孔内埋设灌浆管。每孔埋设一根灌浆管，管径16mm，埋入孔内40cm。

（4）嵌缝

在缝口表面凿宽10cm，深5cm的U形槽，洗干净后用预缩砂浆分层分段填槽，每层厚度≤2cm，每段长度为2m，要求填封密实，无渗水。

（5）密封检查

为保证密闭空腔的密闭性及承受灌浆压力作用，应对封缝密封效果进行检查。办法是，待封缝胶泥或水泥砂浆固化后，沿缝涂一层肥皂水，并从灌浆嘴向缝中通入压缩空气，若无冒泡现象，表示密封效果良好，否则应予修补。

（6）配制浆液

灌浆材料采用毒性低、亲水性环氧材料，粘结强度≥2.0MP，抗渗标号≥S8，具有较好的可灌性，能深入缝宽小于0.2mm左右的细裂缝。

（7）灌浆

灌浆主要设备为灌浆泵，目前国内尚无定型化学灌浆泵，一般是根据工程需要自行配制，包括贮气罐、空压机或手动气泵；附属设备包括灌浆嘴（或灌浆盒、灌浆管）、连接管道及搅拌器等。

灌浆时应对全部设备进行检查，并接通管路，用压缩空气将孔道及裂缝内粉尘吹净。灌浆压力：开灌后进浆压力为0.05MP，分级逐步升至0.3MP，当吸浆率＜5ml/min时，灌浆压力可提升到0.5MP；灌浆时从裂缝一端开始，以一孔为进浆孔，以裂缝对面相邻孔为回浆孔，当相邻孔回浓浆时，将灌浆孔扎死，按此程序依次灌浆；灌浆结束标准：当吸浆率＜1ml/min时，延续灌注30min结束。灌浆结束后，应立即清洗管道及设备。

（8）埋封口结束

灌浆后，待缝内浆液初凝而不外流时，可拆下灌浆嘴（盒），用环氧胶泥或灌浆液水泥膏，对灌浆孔进行封口，并抹平。清除灌浆嘴（盒）上浆液，以备重复使用。

（9）埋灌浆质量检查

灌浆密实情况，一般可采用向缝中通入压缩空气或压力水检验，也可钻芯取样检查浆体的外观质量，测试浆体的力学性能。

4.结束语

大坝通过化学灌浆施工处理后，使已经裂开的坝体形成固结整体，大大的提高了混凝土的抗渗能力和抗压与抗拉强度。从检查孔成果分析，充填良好率、粘结率都达到较高的百分比，充分说明灌浆效果比较理想。大坝主体裂缝化灌处理效果满足安全鉴定要求。

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[5]《碾压混凝土筑坝及材料新进展》刘数华方坤河 何林  2004.5

[6] 方坤河. 中国碾压混凝土坝的混凝土配合比研究[J]. 水利发电， 2008，(11)

作者简介：
姓名：李泽英、出生年月：1975.10.10.1、性别：女、民族：回族、籍贯（湖南省益阳市）、学历（本科）、职称：工程师、研究方向：水利工程