成屏一级水库大坝裂缝的成因分析及处理方法

吴文峰,唐 毅,金国兴

(浙江省水利水电勘测设计院,浙江 杭州 310002)

1 工程概况

成屏一级水库是一项以防洪为主,结合发电和灌溉的综合利用水利工程。水库位于浙江省丽水市遂昌县瓯江支流松荫溪上游,距遂昌县城12 km,是松荫溪梯级开发的首级电站。坝址以上集水面积185 km2,主流长28 km,河道平均比降14‰,库区多年平均降雨量1670 mm,多年平均流量 5.84 m3/s。水库正常蓄水位 346.08 m,总库容6125万m3,(国家85基准高程,下同)为中型水库。

水库拦河坝主坝为混凝土面板堆石坝,坝顶长217.70 m,最大坝高74.6 m,坝顶宽中间为5.5 m,两边为5.0 m,坝顶高程350.78 m。上游坝坡为200#S8钢筋混凝土面板,面板厚度为0.3～0.5 m,面板下表面坡度为1∶1.3,下游坝坡为块石护坡,坡度为1∶1.3。

本次除险加固后拦河坝主坝坝顶长217.70 m,最大坝高78.32 m,坝顶宽6.0 m,坝顶高程354.50 m。

拦河坝标准剖面见图1。

图1 成屏一级水库大坝标准剖面图

工程于1978年12月开工,1981年停建,1985年10月复工兴建。主坝工程自1986年11月进点施工,至1988年12月下旬蓄水时,完成左、右趾墙混凝土浇筑高程333 m以上,一期面板浇筑高程320 m。1989年底左右趾墙、左右交通廊道、二期面板、量水堰等全部浇到顶。

1988年12月水库开始蓄水,1991年10月主体工程全部竣工。2006年8月经安全鉴定,水库大坝被鉴定为三类坝,须进行加固处理。

2 本次裂缝检查情况

本次除险加固期间利用水库放空对主坝上游混凝土面板趾板及伸缩缝进行全面检查。2009年2月,浙江华东检测公司受水库管理处委托对主坝面板缺陷进行检查并形成了检测报告。经检测,得出拦河坝裂缝分布情况如下:

(1)坝面裂缝调查分析:根据现场裂缝调查,成屏一级水库面板1～23号共有裂缝85条,其中水平向裂缝49条,垂直向裂缝 4条,斜向裂缝32条;裂缝总长度483.5 m,裂缝宽度范围为0.24～0.88 mm,裂缝深度范围为151～329mm。

上游坝面混凝土裂缝分布见图2。

图2 成屏一级水库面板裂缝分布图

(2)廊道裂缝调查分析:根据现场裂缝调查,廊道-3～28共有裂缝34条,其中环向裂缝19条,轴向裂缝9条,斜向裂缝6条,裂缝总缝长119.62 m;各伸缩缝部位止水基本老化失效,其中部分廊道间伸缩缝部位都有严重渗水析钙现象。

(3)对周边缝水下部位、水位变化区、水上部位3个SR塑性止水材料样品分别进行的性能检测,表明其防渗性能依旧,能够满足面板坝接缝的防渗要求,本体材料抗渗达到1.5MPa指标;SR塑性止水材料仍保持了一定的柔韧性;但原采用的PVC塑料保护片老化硬化现象严重,有开裂、扭曲、不密封现象,使水和泥砂能轻易进入周边缝的SR塑性止水材料表面,丧失了保护盖片对SR材料的保护作用;压固的膨胀螺栓、角钢锈蚀严重。

3 裂缝的成因分析

3.1 面板裂缝的成因分析

根据观测资料显示,水库自运行以来主坝各测点沉降量一直在增长,累计总沉降量最大值为820 mm,约为坝高的1.1%。与其他类似工程比较,大坝相对累计表面沉降量偏大,这与坝体填筑材料岩性偏软和施工期坝体压实度不高有关。主坝上游面板混凝土为分区浇筑,一期面板浇筑高程为320 m。

由于以上原因,导致大坝面板左右两侧岸坡段周边缝附近裂缝集中,裂缝大体沿周边缝方向斜向分布,在高程320 m附近面板周边缝及垂直缝出现错台,表面PVC止水盖片已失效。由于面板分期浇筑,河床段面板高程320 m附近也存在数条水平向裂缝集中分布。

3.2 廊道裂缝的成因分析

由于河床段趾墙周边缝原表面止水PVC塑料保护片老化硬化现象严重,有开裂、扭曲、不密封现象,使水和泥砂能轻易进入周边缝的SR塑性止水材料表面,丧失了保护盖片对SR材料的保护作用。表面止水失效导致廊道各伸缩缝部位止水基本失效,伸缩缝部位普遍存在渗水析钙现象。廊道内分布的环向裂缝也较多。

4 面板裂缝、周边缝、伸缩缝等的处理方法

4.1 面板周边缝、岸坡段趾墙伸缩缝缺陷处理

本次处理将周边缝、岸坡段趾墙伸缩缝等存在缺陷的部位表面止水采用新型的纳米SR-2型SR塑性止水材料、三元乙丙橡胶增强型SR防渗保护盖片和HK966弹性封边剂、不锈钢膨胀螺栓、扁铁更换,恢复周边缝SR材料鼓包形状,恢复SR防渗体系的适应接缝变形封缝防渗性能。

原运行期间已处理的部位(主要为高程320.0 m以上部位)根据实际情况,增设新型的纳米SR-2型SR塑性止水材料,恢复周边缝SR材料鼓包形状,恢复SR防渗体系的适应接缝变形封缝防渗性能,对原防渗保护盖片、不锈钢膨胀螺栓、扁铁等予以保留。

面板周边缝和岸坡段趾墙伸缩缝缺陷处理见图3、4。

图3 周边缝止水结构图

图4 岸坡段趾墙伸缩缝止水结构图

4.2 面板张性垂直缝缺陷处理

根据现场检查情况,上游面板张性垂直缝未设表面止水。根据《混凝土面板堆石坝设计规范》 (SL 228—98)的要求,高坝张性垂直缝宜采用底、顶部2道止水。本工程拦河坝主坝最大坝高78.32 m,超高70 m,为高坝,根据现行规范要求,上游面板张性垂直缝宜设顶部止水。

本次处理在面板张性垂直缝部位凿槽,对错台部位附近面板混凝土还应先进行打磨处理,使混凝土面板力求平整。然后增设三元乙丙橡胶增强型SR防渗保护盖片和HK966弹性封边剂封闭防渗,与周边缝联成一体。面板张性垂直缝缺陷处理见图5。

图5 面板张性垂直缝止水结构图

4.3 面板裂缝缺陷处理

(1)对于发电死水位 (高程323.68 m)以下的混凝土面板上大于0.5 mm宽裂缝,先用LW/HW水溶性聚氨酯进行化学灌浆处理,表面粘贴SBS增强型SR防渗盖片和HK966弹性封边剂封闭防渗,在其表面形成整体柔性的SR防渗体系。

(2)对于发电死水位 (高程323.68 m)以上的混凝土面板上大于0.5 mm宽裂缝,先用LW/HW水溶性聚氨酯进行化学灌浆处理,再采用KT1水泥基渗透结晶涂料或赛柏斯等无机处理方式进行表面处理。

(3)对于混凝土面板上小于0.5 mm宽裂缝,直接采用KT1水泥基渗透结晶涂料或赛柏斯等无机处理方式进行表面处理。

(4)对于上游坝面7#、20#面板底部比较密集裂缝。首先对该部位上游面板进行打磨处理,在基面涂刷SR配套底胶,然后采用粘贴SBS增强型SR防渗盖片,盖片周边及拼接处采用HK966弹性封边剂封闭,扁钢及螺栓对盖片适当锚固。

(5)廊道渗水伸缩缝处理

对于廊道渗水伸缩缝,先采用LW水溶性聚氨酯灌浆材料灌浆,再在缝口采取HK-8505弹性聚氨酯和903乳液砂浆表面封闭的处理工艺。

(6)廊道渗水裂缝及渗水点处理

对于廊道内渗水裂缝,采用KT1水泥基结晶渗透型涂料或赛柏斯等材料进行涂刷处理;

对于廊道内渗水渗水点,先采用LW水溶性聚氨酯灌浆材料灌浆,再在缝口采取KT1水泥基结晶渗透型涂料或赛柏斯等材料进行涂刷处理。

5 结 语

成屏一级水库作为国内早期的面板堆石坝之一,建设时面板混凝土及接缝止水结构的设计和施工还处于摸索阶段,大坝建成至今已运行20余年,在运行过程中,上游混凝土面板曾多次出现过水平向、垂直向、斜向裂缝数十条,部分面板的周边缝及岸坡段趾墙伸缩缝隙等处也存在一些缺陷,历年来曾经过几次维护修补,但仍未得到根治。为了保证工程能安全运行,必须要进行彻底的加固处理。

[1]中华人民共和国水利部.混凝土面板堆石坝设计规范 (SL 228—1998)[S].北京:水利电力出版社,1998.

[2]中华人民共和国国家发展和改革委员会.混凝土面板堆石坝接缝止水技术规范 (DL/T 5115—2008)[S].北京:中国电力出版社,2008.

[3]吴文峰.成屏一级水库除险加固工程面板缺陷处理方案报告[R].杭州:浙江省水利水电勘测设计院,2009.