石家河电站大坝冲沙闸裂缝处理技术浅析

陈恩剑

（常德市水利水电勘测设计院　常德市　415000）



石家河电站大坝冲沙闸裂缝处理技术浅析

陈恩剑

（常德市水利水电勘测设计院常德市415000）

【摘要】结合石家河电站大坝冲沙闸裂缝处理工程实践，文章分析了裂缝产生的原因，阐述了水利工程中混凝土建筑物的裂缝处理方法等。

【关键词】石家河电站水工建筑物混凝土裂缝处理

1　工程概况

石家河电站位于湖南省石门县壶瓶山镇，电站装机3 200 kW，电站大坝为混凝土重力坝，大坝建基面高程为236.5m，坐落于微风化基岩面上，最大坝高22m，大坝冲沙闸布置在大坝右岸坝基处，冲砂闸设计净空尺寸为2.0m×2.0m，冲砂闸底板高程243.0m，其底板混凝土厚度为6.5m，冲沙闸自混凝土浇筑开始，在闸底板出现了不同程度的裂缝，裂缝平面分布简图如附图所示。

附图　冲沙闸底板裂缝平面分布简图

根据现场对冲沙闸底板出现的裂缝进行的声波检测资料分析可知，其底板左侧裂缝下方（2.7～3.1）m深度段发育有闭合性裂缝，底板右侧裂缝下方（1.0～2.3）m深度发育有闭合性裂缝。

2　原因分析

根据以往工程实例及经验可知，导致水工建筑物混凝土结构产生裂缝的原因主要有以下9种：①混凝土在硬化的过程中，由于干缩引起的体积变形受到约束而产生的裂缝；②混凝土加水拌合后，水泥中的碱性物质与活性骨料的活性氧化硅等起反应，使体积增大，产生裂缝；③大体积混凝土水化时产生大量的水化热得不到散发，导致混凝土内外温差过大，使混凝土的变形超过极限而引起裂缝；④在厚度较大的构件中，由于混凝土的塑性塌落引起裂缝；⑤当有约束时，混凝土热胀冷缩产生的体积胀缩，因为约束力的限制，在内部产生的温度应力超过了混凝土抗拉强度，从而产生温度裂缝；⑥当结构的基础出现不均匀沉降，也有可能产生裂缝；⑦当钢筋混凝土处于不利环境中时，钢筋保护层厚度不够，导致钢筋氧化膨胀对混凝土挤压产生裂缝；⑧混凝土表面蒸发过快，造成混凝土内部水化热过高，在混凝土浇筑数小时后仍处于塑性状态，产生塑性收缩裂缝；⑨施工材料质量及过程中混凝土的养护不到位也可能使混凝土产生裂缝。

本次对冲沙闸底板裂缝成因进行了多方面的分析，初步得出产生裂缝的主要原因如下：

（1）冲沙闸混凝土的骨料采用人工骨料。由于对棒磨系统的管理运行不善，导致人工砂的细度模数为3.3，较规范相比偏高。而且骨料的堆放也不规范，基本为露天堆放，导致骨料的含水率及泥量都严重超标。

（2）工程混凝土中水泥采用普通硅酸盐水泥，其初期发热量较高。水泥出厂后直接运用到施工现场，导致水泥的入灌温度过高，不符合规范规定要求。

（3）根据《水工混凝土施工规范》规定，混凝土浇筑完毕后，应及时洒水养护。现场浇筑后混凝土仓面未得到及时有效的保护，从而导致混凝土由于干缩、内外温差大等原因产生裂缝。

3　混凝土裂缝的处理措施

常用的混凝土裂缝处理方法主要有以下三种：

（1）表面处理。采用的处理方法有：①表面粘补，即用胶粘剂把橡皮或其他材料粘帖在混凝土裂缝部位，达到封闭裂缝、防渗堵漏的目的；②表面涂抹，即水泥浆、水泥砂浆、防水快凝砂浆、环氧基液及环氧砂浆等涂抹在混凝土裂缝部位表面，表面涂抹处理只能用于非流水表面的堵缝截漏。表面粘补主要用于修理对水工建筑物结构强度没有影响的裂缝，尤其用于修补伸缩缝及温度缝上。

（2）凿槽补强加固处理。①凿槽嵌补，即沿混凝土裂缝凿一深槽，槽内嵌填防水材料，如环氧砂浆、沥青油膏、干硬性砂浆、聚氯乙烯胶泥、预缩砂浆等，以防止内水外渗或外水内渗，该种处理方法主要用于对结构强度没有影响的裂缝；②喷浆修补，即在裂缝部位进行凿毛处理后喷射一层密实且高强度的水泥砂浆保护层，达到封闭裂缝、防渗堵漏、提高混凝土表面抗冲耐蚀能力，根据裂缝部位、性质和修理要求等，可采用无筋素喷浆、挂网喷浆、挂网喷浆与凿槽嵌补相结合的方法。

（3）内部灌浆处理。一般采用钻孔灌浆方法。对于浅缝和某些仅需防渗堵漏的裂缝可采用骑缝灌浆方法。灌浆材料常用水泥和化学材料，视裂缝的性质、开度和施工条件等具体情况而定。对于开度大于0.3mm的裂缝，一般采用水泥灌浆；对于开度小于0.3mm的裂缝，宜采用化学灌浆。

本次根据该冲沙闸各裂缝的具体情况采取“探测-分类-处理”的方式：

（1）裂缝性状统计。对已出现的裂缝进行系统的检测和记录，为裂缝的分类提供基础资料。检测的内容包括裂缝出现的工程部位、数量、产状、形状、缝面状态、缝隙状态、渗水状态等。对于影响结构整体安全性、强度及防渗性能的裂缝，应查明裂缝与时间、温度、湿度、受载时间的变化关系。

（2）裂缝的分类。依据探测的裂缝深度对裂缝进行分类：一类裂缝：表层裂缝，指深度在（0.1～20）cm之间的裂缝；二类裂缝：浅层裂缝，指深度在（20～40）cm之间的裂缝；三类裂缝：深层裂缝，指深度在（40～150）cm之间的裂缝；四类裂缝：贯穿缝，指深度大于150 cm的裂缝，以及混凝土结构被裂缝水平方向或竖直方向贯通的裂缝。

（3）裂缝的处理。依据出现裂缝的深度，对裂缝进行分类后，针对不同类型的裂缝进行不同的处理方案，分别采用凿槽填缝、化学灌浆、铺设限裂钢筋网等措施。其中化学灌浆措施具体如下：①裂缝封闭：a、过流面裂缝采用环氧胶泥封闭：在以裂缝纹路为中心左右10 cm范围内打磨出新鲜的混凝土，采用丙酮清洗干净之后将顺裂缝用环氧胶泥封闭，让其自然固化粘结牢固。b、非过流面采用开槽封闭：顺骑裂缝凿槽10 cm×10 cm，用微膨胀混凝土填槽。②灌浆：顺裂缝呈梅花形布置钻孔，孔间距宜选择（80～100）cm，自下而上、由低向高，单孔逐一连续进行灌浆。深度在（0～150）cm之间的裂缝灌浆压力宜采用（0.3～0.6）MPa；深度大于150 cm的裂缝灌浆即为深孔灌浆，灌浆压力可采用（0.5～1.0）MPa。灌浆材料主要选用潮湿性改性环氧树脂HK-G-2。灌浆排气孔的选择一般要大于裂缝的深度尺寸，当排气、水孔冒出浓浆后，即可封闭该排气水孔，并将正在灌浆的孔与该排气水孔之间的待灌浆孔全部打开，待全部冒浓浆后立即封闭，然后每孔逐一补充灌浆，当达到结束条件后可视为该段灌浆结束；然后选择排气孔为灌浆孔，选择合适的孔位作为下一段裂缝灌浆的排气、水孔，进行下一个阶段的灌浆。以此类推，直至该裂缝灌浆结束。灌浆开始时，需控制压力和进浆速率，逐渐提高灌浆压力（一般不大于混凝土抗压强度的8%～10%）至相邻灌浆孔或缝面冒浆后，保持（30～60）s即可结束本孔（或该裂缝）灌浆，改灌相邻灌浆孔（或裂缝）。③灌浆效果检查及验收：灌浆结束7 d后在灌浆孔距中间点进行钻孔取芯检查灌浆效果。随机选取混凝土裂缝钻1～2个检查孔，观察取出的芯样被浆液充填情况，并进行压水试验。

4　结　语

水工混凝土建筑物从建设到使用，涉及设计、施工、监理等各方面，工程产生裂缝是不可避免的，在一定范围内也是可以接受的。只是要采取有效的措施将其危害程度控制在一定的范围之内，对水工建筑物安全是不会产生不良影响的。但在施工中应尽量采取有效的措施控制裂缝产生，使结构尽可能不出现裂缝或尽量减少裂缝的数量和宽度。一旦产生裂缝，应先探明原因，再采取合理的处理措施，以确保水工混凝土建筑物的安全性和耐久性。

参考文献

［1］《水利水电工程施工手册》编委会.《水利水电施工手册》第三卷混凝土工程［M］.北京：中国电力出版社，2002.

［2］SL 677-2014.水工混凝土施工规范［S］.北京：中国水利水电出版社，2014.

作者简介：陈恩剑（1981-），男，大学本科，工程师，从事水利水电工程设计工作。

收稿日期：（2016-03-17）