拉西瓦水电站主坝裂缝处理技术及评价

2012-09-19赵玉宏

东北水利水电 2012年5期

赵玉宏，董涛

(中国水利水电第四工程局有限公司，青海西宁 810001)

1 工程概况

拉西瓦水电站位于青海省贵德县与贵南县交界的黄河干流上，是黄河上游龙羊峡至青铜峡河段规划的大中型水电站中，紧接龙羊峡水电站的第二个梯级电站。该工程由混凝土双曲重力拱坝（坝高248 m）、坝后水垫塘及二道坝、坝身泄洪表孔、深孔底孔及右岸地下厂房主变开关室组成。大坝建成后将形成蓄水10.79亿m3的水库，电站装机容量4200 MW（6×700 MW）。

2 水电站裂缝

2.1 裂缝评判

裂缝评判分类和处理原则，可按照以下程序进行：裂缝统计调查→原因分析和深度调查类别→裂缝处理补强措施裂缝处理和检查结果。

从大坝混凝土产生的裂缝按发展趋势和产生危害进行评判：

Ⅰ类：一般缝宽δ＜0.2 mm，缝深h≤0.3 m，性状表现龟裂或呈细微规则性，多由于干缩所产生，对大坝耐久性和安全基本无影响。

Ⅱ类：表面裂缝，一般缝宽0.2 mm≤δ＜0.3 mm，缝深0.3 m＜h≤1.0 m，平面缝长3 m＜L＜5 m，呈规则状，多由于气温骤降期温度冲击且保温不善等形成。视裂缝所在部位对结构应力、耐久性和安全运行有一定程度的影响。

Ⅲ类：深层裂缝，缝宽0.3 mm＜δ≤0.5 mm，缝长大于5 m，或平面大于等于1/3的坝块宽度，缝深1.0 m＜h≤3.0 m，呈规则状。对大坝结构、耐久性和安全有较大影响。

Ⅳ类：贯穿性裂缝，贯穿整个仓面，缝宽δ＞0.5 mm，缝深 3.0 m＜h≤5.0 m，侧面长度 h＞5.0 m，这种裂缝对大坝的结构受力、耐久性、稳定性、安全性有较大的影响。

Ⅴ类：上游坝面向下游发展的裂缝，缝宽0.2 mm＜δ≤0.3 mm，水平长度1.0～2.0 m，垂直方向的长度大于5 m。对坝体结构、因水力劈裂作用对渗透稳定性和耐久性，安全运行有影响。

2.2 裂缝调查

裂缝的调查：裂缝的调查和检查目的在于及时掌握裂缝发展的规律和分布状况，便于对裂缝的成因分析和进行裂缝检查分类，为补强处理提供基本资料。裂缝检查项目包括缝宽、缝深、缝长、裂缝方向、所在部位、高程、数量、缝面是否有渗水、溶出物等。对缝面检查结果，进行详细文字表格描述并根据实测资料绘制成图。

2.3 裂缝检查方法

检查方法。裂缝宽和条数以人工目测现场普查为主，所使用工具有米尺、读书放大镜、塞尺等。对细裂缝可用先洒水，再用风吹干或晒干再检查。缝深的检查手段主要有：①沿缝凿槽：适合于表面浅层裂缝，凿至目测不到裂缝为止。凿槽深度视为裂缝深度；但凿槽深度不超过30 cm；②钻孔压水压风法：沿裂缝一侧或两侧按不同的深度布置1～2排斜孔穿过缝面，孔口安装阻塞器，进行压水和高压风，若缝表面出水或反泡，则认为缝深大于钻孔穿过缝的垂直深度。若缝面深度大于钻孔深度可布置第二排检查孔；③超声波法：对平面上混凝土裂缝在其两侧（距1 m左右）打垂直孔，孔径不小于60 mm，在缝的一侧打一个对比孔，先进行无缝的声波测试，然后再进行跨缝测试，测前孔应冲洗干净，并灌满清水。测试时探头在孔内自上而下每20～30 cm移动一次。经过波幅的对比变化，判定其缝深；④对重要或危害性大的裂缝，必要时可沿缝钻φ91～150 mm孔，取芯或用孔内电视和录像方法探测缝深；⑤裂缝长度按每3～5 m，布置一组检查孔。该工程主要采用的方法为上述提到的①、②、③中的单个应用或综合应用。

2.4 裂缝处理原则

裂缝处理原则。水工混凝土危害性较大的裂缝，破坏了建筑物的整体性，改变了建筑物受力状态，造成渗水、漏水、钢筋锈蚀等，降低了建筑物的耐久性，危害建筑物安全运行。虽然多数裂缝为危害性较小的表面裂缝，但也存在着发展为危害性较大的深层裂缝或贯穿性裂缝的可能，而且因裂缝所在的部位和外界的环境等不同，有一部分原为危害性较小的裂缝，亦会延伸发展为危害性较大的裂缝。因此，必须认真对待每一条已被发现的裂缝，分析裂缝产生的原因，严格按有关要求进行补强处理。

混凝土裂缝处理，主要是对坝体结构进行补强提高整体性，限制裂缝的扩展，满足结构的强度、防渗、耐久性和建筑物的安全运行要求。

混凝土裂缝处理方案的选择，要通过裂缝检查获得必要的数据资料，再根据裂缝所在的部位、发生的原因、裂缝规模及发展趋势等所造成的危害性评定，进行分析研究，综合确定合理处理措施。

工程根据裂缝规模和危害性，对不同类型的裂缝，分别采用表部处理及表部处理与灌浆补强处理结合的方式。

裂缝处理。对于Ⅰ类裂缝采用表面凿除龟裂层，露出密实的混凝土面即可；对于Ⅱ类裂缝可不进行灌浆补强处理，表面铺设双层钢筋网，其中主筋垂直裂缝布置，采用φ28螺纹钢筋，间距20 cm，骑缝长度6 m，分布筋φ20螺纹钢筋，钢筋网纵向间距30 cm，钢筋网的保护层15 cm。对于Ⅲ、Ⅳ类裂缝的处理方式为表部处理和灌浆处理相结合，程序为：裂缝表面处理、打孔、压水（风）串通检查、埋管、灌浆。

仓面缝（仓面上产生的裂缝）处理程序为：埋设半圆型钢管、打孔压水（风）串通检查、埋管、铺设钢筋网、灌浆。

仓面裂缝的表部处理。在浇筑上层混凝土前，沿裂缝铺φ100 mm、厚度为3 mm的半圆管，形成止缝孔，止缝孔两端封闭，并由止缝钢管的两端埋设排气管与灌浆管路，一并引至坝后灌浆站或廊道便于后期灌浆，止缝钢管要求用水泥砂浆固定。沿裂缝表面铺设双层钢筋，主筋垂直裂缝布置采用φ28螺纹钢筋，间距20 cm，骑缝长度6 m，两层钢筋端头错开50 cm，辅筋φ20螺纹钢筋，钢筋网纵向间距30 cm，两层钢筋网间距20 cm，钢筋网的保护层15 cm。

对于Ⅴ类裂缝采用表面处理和灌浆相结合的处理方式处理，表面处理同立面裂缝的表部处理。对于Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ类裂缝，除进行裂缝表部处理以外，还要进行打孔灌浆处理。基础块坝体固结灌浆高程以下裂缝处理时，为防止固结灌浆钻孔将预埋的管路打断（主坝基础固结灌浆采用埋管法施工）而失去灌浆补强作用，要求预埋管路附近的固结预埋、固结灌浆套管至灌浆层高程。

仓面裂缝，灌浆孔均为45°～60°斜孔，超过缝面深度50～100 cm。两侧布置。当裂缝深度较深时，宜分两层设置灌浆孔，即裂缝深度在1.0～3.0 m时，第一层灌浆孔钻至缝面以下0.5～0.8 m处，第二层灌浆孔钻至缝面以下1.5～2.0 m处；裂缝深度在3.0～5.0 m时，第一层灌浆孔钻至缝面以下1.0 m处，第二层灌浆孔钻至缝面以下2.0～3.0 m处。每层孔沿裂缝方向间距1.0 m，各层灌浆孔独立埋设管路，原裂缝检查孔可以兼做灌浆孔。孔钻好后，先将孔内的碎屑及粉尘冲洗干净，并测其孔深。孔口用阻塞器阻塞后再用风水轮换冲洗孔内及裂缝面，疏通钻孔与裂缝形成的通道，尽可能将碎屑全部冲出，但风压、水压不得超过设计灌浆压力。第一层孔作为排气兼灌浆孔，第二层孔为灌浆孔。灌浆孔、排气孔，均在孔内预埋灌浆支管和排气管，与主灌浆管相连接形成灌浆系统，就近引至灌浆站并做好编号和标记，灌浆支管和排气管要求采用φ1寸钢管，灌浆主管采用φ1寸钢管。

灌浆要求。根据温度裂缝发展的特征，裂缝出现时间有90%发生在混凝土龄期为5～28 d。而此时混凝土内部温度普遍较高，待混凝土在温度达到最高温度时，现有裂缝会进一步发展，缝开度将会增大，甚至发展成深层贯穿裂缝。因此，灌浆必须待混凝土达到基本稳定温度后才能进行。

3 化学灌浆

3.1 化学灌浆组分及配比

了解所配化灌浆材各组分的成分、特点、毒性，施工时可采取适当的防护措施，避免造成化学品伤害。该工程所用化学浆材为水溶性聚胺脂，单体浆材主要是LW，HW以及稀释剂丙酮，固化剂（水），催化剂三乙胺。

1）浆液配比。LW型水溶性聚氨酯的固结体是一种弹性体，而且遇水会膨胀，具有弹性止水和以水止水的双重功能；而HW水溶性聚氨酯的可灌性好、强度高；LW和HW可以任何比例混合配制成不同强度和弹性的浆材，以满足各种工程的需要。

该工程综合考虑LW型水溶性聚氨酯的止水效果以及HW水溶性聚氨酯的强度高等特点，采用水溶性聚胺酯配比为LW∶HW=1∶9；根据缝宽，加入适量稀释剂丙酮10%～15%；加入固化剂（水）3%～5%；加入三乙胺催化剂0.5%～0.8%，具体见表1。

表1 水溶性聚氨酯配浆表

稀释剂、固化剂和催化剂的掺量可根据现场试验情况作适当调整。

各组成部分的加入顺序为：LW→HW→丙酮→水→三乙胺。

各种浆液制剂的称量误差，不得超过配方要求，称量好后按顺序加入桶中，搅拌均匀，搅拌时间不得少于10 min。

2）注意事项。配好的浆液，如长时间不用，容易固化，不能使用，造成浪费。因此配浆时须遵循“按需配制，少配勤配，随配随用”的原则。

由于化灌浆材具有一定的毒性，施工作业人员，尤其配浆人员，必须穿戴防化服、防毒面具，橡胶手套、护目境等安全防护用品，避免皮肤直接接触，如有沾染立即用大量清水冲洗，严重时及时送往医院检查，治疗。

3.2 化学灌浆的方法

压丙酮结束后，即可向缝内注入LW水溶性聚胺脂化学浆材。该工程采用手压灌浆泵（3WT-3型踏板式高压喷雾器）进行化学灌浆。

3.2.1 灌浆顺序及要求

同条裂缝内先从深层孔进浆管路开始灌浆，当排气兼回浆管路（浅层孔）出浆浓度达到或接近进浆浓度时，关闭排气兼回浆管路管口阀门，进行冲压式灌浆，直至达到结束标准后结束灌浆。灌浆工作应连续进行，灌浆前应保证灌浆设备运转良好，备用一台灌浆设备。

3.2.2 灌浆压力

灌浆压力为0.3～0.5 MPa（换算到灌浆孔口处的压力，以回浆管口压力控制）。灌浆时排气兼回浆管路，出浆较大的裂缝，灌浆压力采用较小值。灌浆时排气兼回浆管路出浆较小的裂缝，灌浆时压力采用较大值。

对于个别管路不畅通的，以进浆压力0.8 MPa控制，从进浆管口灌注至结束后，从回浆管口倒灌，压力仍以0.8 MPa控制。

3.2.3 灌浆过程控制

从进浆管压浆，待回浆管溢出化灌浆材后，关闭回浆管口阀门，保持设计灌浆压力0.3 MPa，进行压灌。

3.2.4 灌浆结束标准

采用下列双控标准：回浆管排浆浓度达到或接近进浆浓度，吸浆率小于0.01 L/min，持续20 min；总灌注历时5～8 h。灌足上述标准即可结束灌浆。

3.2.5 特殊情况处理

灌浆过程中如发现漏浆现象时，根据漏浆量的大小，可采用下述方法处理：若漏浆量较小，可不作专门处理，按正常灌浆方式灌注至达到结束标准；若漏浆量较大，一般可采用逐步升压灌注方法处理，同时应采取嵌缝、用麻丝、水玻璃等对其进行封堵处理。特殊部位如坝体排水盲管等部位漏浆，应立即采取措施，并及时与现场监理工程师研究处理。

灌浆过程中如发现管口串浆现象时，当被串管口出浆浓度达到或接近进浆管口浓度时，关闭被串管路管口阀门，进行纯压式灌浆，达到结束标准后结束灌浆，然后立即从被串管口进行倒灌至结束灌浆。

灌浆过程中须注意保持手压泵及其附属管路的清洁，注浆桶及泵体的容器内不得混入杂物、防止堵塞，用后立即用丙酮清洗干净，否则浆液一旦凝固，手压泵及灌浆管路不易处量，在处理过程中有可能造成配件损坏，管路堵塞报废等不必要的损失。