大坝砼面板裂缝处理应用与研究

李文鹏，李连喜，张增涛

（新疆水利水电勘测设计研究院勘测总队，新疆昌吉 831100）

大坝砼面板裂缝处理应用与研究

李文鹏，李连喜，张增涛

（新疆水利水电勘测设计研究院勘测总队，新疆昌吉 831100）

混凝土结构的裂缝是不可避免的，产生裂缝的原因错综复杂，形式多样。大坝砼面板的裂缝直接影响到面板的耐久性和使用寿命，进行适当处理十分必要。介绍了某工程砼面板裂缝的分布及其特点，初步分析了形成裂缝的原因；参考类似工程的经验，提出了两类裂缝的不同处理标准；介绍了裂缝处理的4种主要材料的性能指标和适用范围；阐述了2类裂缝处理的施工工艺、质量控制及效果检测。

面板裂缝；裂缝特点；裂缝处理；表面封闭；化学灌浆

1 工程概况

水库位于新疆北部阿勒泰以南37 km处的红墩乡柯文布哈村，交通便利。于1979年建成投入运行，正常蓄水位661.6 m。主坝坝顶长476.49 m，坝顶高程667.84 m，最大坝高10.74 m。水库枢纽由主坝（砂砾石堆石面板坝）、左副坝及右副坝（均质土坝）、灌溉引水系统、发电引水系统等组成。水库总库容2.2亿m3，调节库容1.2亿m3，灌溉面积2.67万hm2，工程规模为Ⅱ等大（2）型工程，主要建筑物按2级设计，次要建筑物按3级设计，临时建筑物按4级设计。地震设防烈度6度。由于水库建筑物存在一系列质量问题，同时考虑与上游克孜加尔水库联合运行，2002年对水库进行了除险加固，将原来为均质土坝（主坝）拆除重建为砂砾石堆石面板坝；改建了发电引水系统的闸井，新建了灌溉引水系统。除险加固总体项目于2002年7月开始实施，2003年下半年基本实施完成，面板裂缝处理的实施时间为2003年9月至11月。

2 砼面板裂缝分布及其特点

水库所在区域属温带大陆性气候，降水稀少，蒸发强烈，昼夜温差大，空气干燥，极端最高气温40.6℃，多年平均蒸发量2 124.6 mm，瞬时最大风速39.7 m／s。这些恶劣的气候特点对砼面板防裂极为不利，砼面板的防裂问题受到各方的重视。为减少面板裂缝，采取了各种手段：①采用“双掺”（掺粉煤灰、掺微矿粉）砼配合比，降低水泥的水化热；②减少基础约束；③改善砼浇筑工艺；④延长养护时间等。尽管在施工中做了大量的努力，但砼面板仍产生了不同程度的裂缝。采用20倍刻度放大镜作为检查工具，对面板裂缝的分布、宽度、延伸长度等进行了检测［1］。裂缝调查结果见表1。

检查范围内共有裂缝252条，裂缝总长度1 046.1 m，其中裂缝延伸长度大于6.0 m的50条，裂缝宽度大于0.25 mm的37条。经统计分析，面板裂缝特点如下：①短细裂缝发生率高，裂缝平均宽度≤0.25 mm的有215条，占总数的85.3%；②面板裂缝在Ⅱ序板上比较集中，Ⅱ序板裂缝171条，裂缝长度724.9 m，占裂缝总长度的69.3%。

经现场观察检查，多方咨询，认为裂缝产生的主要原因为温度、收缩及基础约束等综合因素，排除了坝体变形的因素。

表1 主坝Ⅰ和Ⅱ序面板砼裂缝调查结果Table1 Inspection results of concrete cracks on 1st and 2nd panels in themain dam

3 砼面板裂缝处理标准

针对面板裂缝调查情况，参考以往类似工程处理的经验，提出砼面板裂缝处理标准：①缝宽≤0.25mm的裂缝为微细裂缝，虽然不会产生大量渗漏，但对面板的耐久性有较大危害，因裂缝细微灌浆的可灌性较差，故对其只进行表面封闭处理。表面封闭共有3层结构，第1层为SXF-202双组份聚硫密封胶，主要起到防渗作用，具有低模量、高柔性，能承受连续和明显的循环位移，适应温度范围广等优点；第2层为HKG-2低粘度环氧，主要起到补强防渗作用；第3层为HK-961环氧增厚涂料，主要起到表面封闭作用，具有良好的抗冲性。②缝宽＞0.25 mm的裂缝为规模较大的裂缝，如不及时处理，将引起库水或雨雪水从裂缝中渗入，导致面板中的钢筋锈蚀加剧，加快混凝土表面的碳化，降低面板的耐久性与使用寿命，甚至危及工程的安全。对该类裂缝的处理应比较慎重，采取先灌浆后进行表面封闭的方式进行处理，彻底消除混凝土裂缝的隐患。灌浆采用LW和HW水溶性聚氨酯化学灌浆，其可灌性好，可对微细混凝土裂缝进行充填，达到防渗补强的目的。表面封闭处理的结构及采用的材料与微细裂缝（缝宽≤0.25 mm）处理相同。

4 砼面板裂缝处理材料

裂缝处理材料采用国家电力公司华东勘测设计研究院大坝安全工程公司研制的防水处理材料：SXF-202双组份聚硫密封胶、HK-G-2低粘度环氧、HK-961环氧增厚涂料、LW及HW水溶性聚氨酯等。

4.1 SXF-202双组份聚硫密封胶

SXF-202双组份聚硫密封胶是用液态聚硫橡胶为基础，科学配制而成的双组份温室硫化密封胶，是一种新型的防水、防油、防渗漏、防腐蚀密封材料，能承受连续和明显的循环位移，对大多数基材具有优越的粘结性能，垂直面施工和顶面施胶不流淌，适用于各种伸缩缝、沉降缝等缝隙的防渗漏嵌缝密封。其主要性能指标见表2，本项目采用低模量聚硫密封胶。

表2 SXF-202双组份聚硫密封胶性能指标Table2 Performance indexes of SXF-202 dual release polysulfide sealant

4.2 HK-G-2低粘度环氧

HK-G-2系列环氧灌浆材料具有良好的亲水性，起始粘度小、可灌性好、强度高、凝固时间可调、双组份、操作方便，可以对微细的混凝土和岩基裂缝进行灌浆处理，达到防渗补强加固之目的。广泛应用于水工建筑的基础和坝体裂缝的补强加固，高速公路、桥梁、桥墩、地铁、隧道、渡槽、渠道及民用建筑中的各种混凝土缺陷及裂缝的防水补强处理。其主要性能指标见表3。

表3 HK-G-2低粘度环氧材料性能指标Table3 Performance indexes of HK-G-2 low-viscosity epoxy material

4.3 HK-961环氧增厚涂料

HK-961环氧增厚涂料是一种性能优越的保护涂料，适用于砼、金属、塑料、瓷砖及木材的粘结和防水处理，砼裂缝处理及水上或水下金属结构的防腐蚀处理。具有以下特点：①施工方法简便，不需繁杂配制，只需将两组份按比例混合均匀即可涂刷；②固份含量高，减少了普通溶剂型涂料中大量溶剂或稀释剂的挥发引起的对人体和施工环境的污染；③与砼、金属等基材粘结强度高；④抗渗、抗拉、抗冲、抗弯等多种性能突出，耐久性好；⑤一次涂膜厚度可达300μm以上，大大节约涂刷次数和时间；⑥在立面和顶面施工时，加厚涂刷液不会垂挂，保证了立面和顶面的厚度和涂刷质量。其主要力学性能指标见表4。

表4 HK-961增厚环氧涂料主要性能指标Table4 Major performances of HK-961 thickened epoxy coatings

4.4 LW和HW水溶性聚氨酯化学灌浆材料

LW和HW水溶性聚氨酯化学灌浆材料是一种亲水性材料，遇水后可以分散、乳化进而固化，具有浆液粘度低，与水有较好的亲和力，在潮湿砼表面亦能达到一定的粘结强度，是一种快速高效的防渗堵漏补强加固化学灌浆材料。具有以下特点：①具有良好的亲水性能，水既是稀释剂，又是固化剂；②施工工艺简便，浆液无需繁杂配制；③粘度低，可灌性好，可在潮湿或涌水情况下灌浆，对水质的适应性较强，在海水和pH值为3～13的水中均能固化；④固化体经急性毒性试验属实际无毒性；⑤LW与HW水溶性聚氨酯化学灌浆材料可任意比例混合使用，以配制不同强度和不同水膨胀倍数的材料。主要性能指标见表5。

表5 LW和HW水溶性聚氨酯化学灌浆材料性能指标Table5 Performance indexes of LW and HW water-soluble polyurethane chem ical grouting

5 砼面板裂缝处理施工工艺

裂缝修补的方法很多，大体上有表面处理法、灌浆注入法和机械加固法3大类。在灌浆注入法中目前树脂灌浆法应用很普遍［2］。化学灌浆（Chemical Grouting）是将一定的化学材料（无机或有机材料）配制成真溶液，用化学灌浆泵等压送设备将其灌入地层或缝隙内，使其渗透、扩散、胶凝或固化，以增加地层强度，降低地层渗透性，防止地层变形和进行砼建筑物裂缝修补的一项基础加固、防渗堵漏和砼缺陷补强技术［3］。

5.1 缝宽≤0.25 mm裂缝处理施工工艺

缝宽≤0.25 mm裂缝处理的施工工艺为：基面处理→涂刷聚硫→涂刷HK-G-2→涂刷HK-961环氧增厚涂料。

（1）基面处理。对裂缝两侧砼表面用打磨机磨刷，并用钢丝刷进行清理，处理宽度为两侧各150 mm，并用水对裂缝表面进行清洗，要求冲洗后的表面无浮尘、无杂质。

（2）涂刷双组份聚硫。基面要保持干燥，对于潮湿表面可采用喷灯将基底表面烘干。待砼表面干燥后，涂刷聚硫一遍，涂刷宽度为两侧各150 mm，即不能漏刷（露白），又不能涂刷过厚。

（3）涂刷HK-G-2低粘度环氧。待聚硫固化后涂刷HK-G-2低粘度环氧，要求HK-G-2渗入砼表面，与砼表面充分粘结。

（4）涂刷HK-961环氧增厚涂料。用HK-961环氧增厚涂料（包括基液）在清洗过的裂缝两侧各150 mm范围内涂刷缝面2遍，要求涂刷厚而均匀。整道工序完成后，涂层厚度1 mm左右。

5.2 缝宽＞0.25 mm裂缝处理施工工艺

缝宽＞0.25 mm裂缝处理的施工工艺为：基面清理→埋设灌浆盒→封缝→灌注水溶性聚氨酯→表面封闭。

（1）基面处理。与缝宽≤0.25 mm裂缝处理工艺（表面封闭处理）相同。

（2）埋设灌浆盒。待砼表面干燥后，间隔500 mm左右粘贴灌浆盒，将HK-961环氧增厚涂料涂在灌浆盒的底座底面，粘贴到裂缝砼表面，再用HK-961涂刷整条缝面2遍，涂刷时要求均匀不漏刷。灌浆盒布置见图1。

图1 裂缝处理灌浆盒布置示意Fig.1 Arrangement of a grout box used for crack treatment

（3）封缝。用钢丝刷清理缝面，在缝面及灌浆盒周围均匀地涂刷约10 mm宽的HK-961环氧增厚涂料进行封堵，以保证灌浆时不漏浆。

（4）灌注水溶性聚氨酯。灌浆前先压注丙酮，试验压力控制在0.3 MPa以内，以检查、了解裂缝的通畅情况和确定吃浆量。配置浆液体积比：LW∶HW＝30∶70，根据缝隙大小适量加入稀释剂，加固化剂，加催化剂，按次序加入后分别搅匀。灌浆：水平缝按顺序逐个灌浆，坡面斜缝自下而上灌浆，灌注浆液从第1个灌浆盒开始，当浆液连续从裂缝处或相邻盒位冒出时，立即停止转入第2个灌浆盒继续灌注，依次向前进行。灌浆压力0.5 MPa，3 min不进浆即可结束灌浆。为使裂缝完全被浆液灌满，浆液在裂缝处未完全愈合的应进行第2次注浆，第2次注浆与第1次注浆应有一定的时间间隔，但必须在浆液凝固前完成。

（5）表面封闭。浆液完全固化后拆除灌浆盒，然后按缝宽≤0.25 mm裂缝处理工艺进行表面封闭。

6 砼面板裂缝处理质量控制及效果检测

6.1 质量控制

质量是保证面板裂缝处理效果的关键，从“事前、事中、事后”3个环节进行控制把关。事前进行工艺方案的合理设计；明确关键工序，设定重点预控裂缝；对参与人员进行技术培训，关键岗位定专人负责。事中把好原材料检验合格准入；工序实行自检、互检及交接检，认证合格后方可转入下一工序；异常部位及时分析原因，研究采取应对措施。事后进行检查对照，正确检查评价施工质量，认真总结经验教训。

6.2 效果检测

灌浆结束后对灌浆进行骑缝钻孔检查，共布置10个检查孔，并对检查孔进行压水试验。共取芯样6个，芯样裂缝均被浆液充填。10个检查孔全部进行了压水试验，压水试验压力为0.45 MPa。从压水试验情况来看，在规定压力下持续2 min时间压力基本不下降，缝面未出现渗水现象。经检查分析灌浆资料，并经质量检查证实，面板裂缝处理质量良好，满足设计要求，达到了防渗、补强的目的，提高了面板的安全性、整体性及耐久性。

7 结 语

混凝土强度理论研究成果及大量的工程实践证明，混凝土结构的裂缝是不可避免的。建筑物产生裂缝的原因错综复杂，其裂缝的形式也是多样的。造成混凝土非结构性裂缝的原因通常有：塑性裂缝、收缩裂缝、温度裂缝、地基不均匀裂缝等［4］。控制和减少混凝土结构物产生裂缝，对裂缝采取针对性的处理措施，保证建筑物结构安全和满足使用功能显得非常重要，尤其是水库大坝面板裂缝的控制和处理更为人们广泛关注。本项目面板裂缝虽然比较严重，但砼拌合物质量良好，砼强度满足设计要求，裂缝成因经分析为温度、干缩等综合因素形成，不是坝体变形所致。裂缝处理后经钻孔取芯、压水试验等方式检验，施工质量良好，达到了预期效果。该项目实施完成后，建设单位、设计单位、监理单位及施工单位现场进行了全面检查，检查了施工资料和现场，认为裂缝处理符合设计要求，达到了预期目的。项目结束后经过近6年的运行，所处理的裂缝无异常；通过观测孔数据证实，坝体渗漏无异常，说明面板混凝土裂缝处理是成功的。

［1］ 刘文清，李耀华，王 力，等.面板施工技术-最新水利水电工程一级施工实用技术与管理［M］.长春：吉林人民出版社，2001.（LIU Wen-qing，LI Yao-hua，WANG Li，et al.Panel Construction Technology the Latest Construction of Water Conservancy and Hydropower Projects a Practical Technology and Management［M］.Jilin：Jilin People’s Publishing House，2001.（in Chinese））

［2］ 傅 温，王宏彬.裂缝灌浆修补技术-混凝土工程新技术［M］.北京：中国建材工业出版社，1994.（FUWen，WANG Hong-bin.Repair Cracks in Grouting Technology New Technologies of ConcreteWork［M］.Beijing：China Building Industry Press，1994.（in Chinese））

［3］ 宋彦忠.化学灌浆在某水库涵洞砼缺陷处理中的应用［J］.农业科技与信息，2009，（11）：42－43.（SONG Yan-zhong.Chemical grouting concrete culvert in a reservoir defective processing applications［J］.Agricultural Science and Technology and Information，2009，（11）：42－43.（in Chinese））

［4］ 钢筋混凝土结构事故分析与加固［M］.北京：中国建筑工业出版社，1999.（Accident Analysis and Reinforcement of Reinforced Concrete Structures［M］.Beijing：China Construction Industry Press，1999.（in Chinese） ）

（编辑：王 慰）

Processing of Cracks on Concrete Dam

LIWen-peng，LILian-xi，ZHANG Zeng-tao
（Water Resources and Hydropower Survey and Design Institute of Xinjiang Corps Investigation，Xinjiang Weiwuer-nation Autonomous Region，Changji 831100，China）

Cracks in concrete structures are unavoidable，the reasons occurring cracks are complex，and their forms aremultiplex.Because cracks in the dam concrete panelswould directly affect the durability and service life of the

panel，appropriate treatment is necessary.The paper introduces the distribution and characteristics of cracks on the concrete panels of some project，gives a preliminary analysis on the formation of cracks；it refers the experience of similar projects，proposes different treatment standards of two types of cracks；and it describes the performance indexes and their application scopes of fourmajormaterials used in concrete crack treatment，and represents the construction processes，quality controls and effectiveness detection of two types of cracks.

panel cracks；fracture characteristic；crack treatment；surface sealing；chemical grouting

TV543.2

A

1001－5485（2010）09－0070－04

2010-02-09；

2010-07-29

李文鹏（1963-），男，河南清丰县人，高级工程师，国家注册二级建造师（水利水电工程），主要从事水利水电工程勘察、岩土工程施工等，（电话）099-48326025，13909946366（电子信箱）KCZD＠sohu.com。