罗圈背水库混凝土裂缝修补技术研究

魏 新

(辽宁水利土木工程咨询有限公司，辽宁 沈阳 110003)

罗圈背水库混凝土裂缝修补技术研究

魏 新

(辽宁水利土木工程咨询有限公司，辽宁 沈阳 110003)

辽宁东港市罗圈背水库迎水侧坝体、背水侧坝体、溢流堰面裂缝表面出现了渗漏、表面混凝土缺损等现象。为了修补这些裂缝，修补施工中采用了遇水膨胀的柔性灌浆料灌注缝内部、微细化学浆液缓慢渗透裂缝内外、手刮聚脲弹性体表面封闭等技术措施，其主要技术手段为化学灌浆、手刮聚脲表面封闭。检测表明：采用聚氨酯类柔性灌浆料、手刮聚脲弹性体处理溢流堰面部位的温度缝、裂缝、施工缝，可以取得较好的修补效果，修补后裂缝表面能够适应各种复杂工况，能够适应东港地区的冷热温度变化，适应冻融环境；修补处理后，不影响温度缝发挥其正常的变形作用；通过黏结试验发现手刮聚脲材料不仅与混凝土基面具有较好的黏结性能，同时满足抗冲耐磨要求，对溢流堰面结构缝的保护具有很好的作用。

混凝土裂缝；修补；技术

1 工程概况

罗圈背水库位于辽宁省东港市大洋河支流小洋河中游段，设计洪水标准100年一遇，校核洪水标准500年一遇，由拦河坝、溢洪道、输水洞(兼泄洪洞)和发电站组成，坝顶设工作桥、交通桥。坝顶总长249.65m，其中挡水坝段长209.45m、溢流坝段长40.20m ，净宽35.40m；工作桥净宽3.30m，桥面高程97.00m；交通桥净宽2.90m，桥面高程92.00m。溢洪道为实用断面堰结构，采用克-奥Ⅱ型曲线堰型，采用平滑鼻坎自由挑流式消能方式，最大下泄流量1065.65m3/s。3孔弧形钢闸门净尺寸均为11.8m×5.25m，中间闸墩厚1.4m，边墩厚1.0m。堰顶高程85.00m，设计过水断面水深5.43m；堰面曲线在高程75.3m处与1∶0.6直线段相切，挑流鼻坎高程65.00m，反弧半径为10m，挑射角θ=25°；溢流坝迎水面高程71.00m处有一折坡点，以下坡度为1∶0.1575，以上为垂直面。水库最大库容5141万m3，主要水工建筑物为3级。罗圈背水库是一座以灌溉为主，兼顾防洪、发电、养鱼等综合利用的中型水库。工程于1970年9月动工兴建，1972年10月大坝主体完工并开始蓄水，1975年完成电站机组安装，投入正常发电。

2 2002年裂缝普查情况

2002年，现场对罗圈背水库坝体进行安全检测发现，坝体混凝土防渗面板(不含溢洪道上游防渗面板)共有17条竖向裂缝和6条水平裂缝。在0+262桩号处有1条直贯坝顶的裂缝，最大缝宽2mm。该处在1973年曾用环氧树脂涂贴橡胶板处理过，此次检测发现在该桩号处防渗面板又已开裂；Ⅰ区87.98～89.08m高程处有1条水平裂缝，在桩号0+222.5以左全部贯通。

为查看裂缝深度，在Ⅰ-3区选取上述水平贯通缝和该区的上、下贯通缝共2个裂缝骑缝钻取芯样，芯样长度20cm，取样后发现两个芯样裂缝均已纵贯整个芯样，观察钻孔位置，孔内裂缝十分明显，裂缝中间有砂粒存在。

3 2002年和2011年裂缝检测结果对比分析

为深入分析裂缝分布及新旧混凝土裂缝位置的相关性，现将2002年和2011年裂缝检测分布结果进行对比分析(见下图)，两次检测时，库区水位高程比较接近。发现二者裂缝位置中，桩号相距不到1m的只有1条。此外，2011年检测中防渗面板在调查水位以上没有发现纵向裂缝。

2002年和2011年迎水侧防渗面板裂缝分布比较图

4 运行管理中裂缝监测统计结果

2007年10月15日，水库管理局首次发现坝体混凝土裂缝后进行了3次监测统计。2008年1月13日(水位88.39m)，迎水侧混凝土共26条裂缝(包括溢洪道防渗面板4条裂缝)，坝顶混凝土共30条裂缝，背水坡底部混凝土共10条裂缝； 2010年2月1日(水位81.23m)，迎水侧混凝土裂缝发展到31条(包括溢洪道防渗面板4条裂缝)，坝顶面混凝土裂缝发展到44条； 2011年4月15日(水位88.95m)，坝顶混凝土裂缝发展到57条，背水坡底部混凝土裂缝仍为10条。2011年5月21日，辽宁省水利水电工程质量检测中心普查发现迎水侧防渗面板(水位89.74m)混凝土有39条裂缝，包括溢洪道防渗面板4条裂缝。

从三次裂缝统计中发现，除了背水坡外，迎水侧和坝顶混凝土裂缝数量均逐年递增。其中，2008—2011年，迎水侧裂缝数量增加了5条，坝顶裂缝数量增加了14条；到2011年，迎水侧裂缝数量又增加了8条，坝顶裂缝数量又增加了13条。

5 裂缝初步分析

通过对裂缝调查与检测结果进行统计分析，得出如下结论：迎水侧防渗面板裂缝有逐年增多的趋势，结合坝后观测裂缝宽度变化规律，初步判断裂缝性质为活缝； 对比2002年与2011年裂缝桩号，裂缝间距大小不一，但结合坝后无渗漏情况，初步分析，新旧混凝土裂缝位置并未完全重合，形成贯通；通过对迎水侧防渗面板0.40mm、1.20mm和1.40mm宽度的裂缝钻芯检测发现，部分裂缝已贯通0.80m厚的加固防渗面板。

6 裂缝处理措施

针对罗圈背水库拦河坝迎水侧裂缝现状及国内外现有修补材料，初步选取五种方案进行坝体迎水侧防渗面板裂缝处理。

方案一：裂缝表面处理采用手刮聚脲，裂缝内部处理采用化学灌浆。

方案二：裂缝表面处理采用T1密封带+不锈钢条锚固，裂缝内部处理采用化学灌浆。

方案三：裂缝表面处理采用T1密封带+SR盖片+土工膜，裂缝内部处理采用化学灌浆。

方案四：裂缝表面处理采用SR体系，裂缝内部处理采用化学灌浆。

方案五：裂缝表面处理采用聚氨酯，裂缝内部处理采用化学灌浆。

根据裂缝综合分析结论、裂缝处理原则，结合罗圈背水库现场工况，对比分析五种修补方案，最终选定方案一(手刮聚脲+化学灌浆)作为迎水侧防渗面板和溢流堰面裂缝修补处理的首选方案。当67.50～69.00m水位范围不具备方案一施工条件时，采用方案二实施修补。

7 工艺技术要点

主要的修补材料有PU亲水性聚氨酯密封止水灌缝材料、潮湿型快速固化界面剂、手刮聚脲弹性体、聚合物混凝土、高强砂浆、钢塑纤维混凝土等。其中灌浆材料和手刮聚脲弹性体为使用最多的修补材料。

7.1 化学灌浆主要技术参数

布孔方式：距起止点10cm开始钻孔，以双侧错位钻孔为主，单侧为辅，斜孔，单排，个别位置双排布孔，其中外侧为深孔。孔径：14mm；钻孔深度：50cm；钻孔角度：最小30°，最大45°；钻孔间距：现场根据注水效果在20～30cm范围内选取合适间距；灌浆压力：最低0.3 MPa，最高0.5MPa(裂缝内部压力)；稳压时间：不少于10min，个别部位需要不少于30min。

7.2 化学灌浆工艺流程

化学灌浆施工的工艺流程为：施工准备 → 查缝定位→ 布孔→ 钻孔→ 钻孔清理 → 安装检查嘴→ 压水、压气检查→安装灌浆嘴→ 裂缝表面临时性封堵→ 浆液配制 → 灌注浆液→ 质量检查(压水检测、取芯检测)→ 去除表面临时性封堵 → 封孔 → 表面处理。

7.3 表面封闭主要技术参数

SK手刮聚脲技术参数见表1。

表1 SK手刮聚脲技术参数

使用SK手刮聚脲材料进行缝表面粘贴，固化后的SK手刮聚脲涂膜平均厚度不小于2mm，一般缝开口部位表面涂膜厚度在3～4mm，SK聚脲涂刮宽度不小于40cm，SK聚脲涂层边缘与缝口距离不小于20cm。

涂刮SK手刮聚脲的混凝土区域同时存在冻融、剥蚀、蜂窝、麻面、脱空、孔洞、钢筋锈蚀及鼓胀破坏、冻胀破坏、局部缺失、局部振捣不实的，先进行这些缺陷的预处理，然后进行打磨，要求打磨平均深度为2.00～2.50mm，打磨后表面保持平整。

8 修补处理效果评价

8.1 裂缝灌浆效果评价

裂缝两侧有化灌浆液充填的检查孔达到有效检查孔总数的85%以上；黏结良好的裂缝数达到有化灌浆液充填裂缝总数的50%以上；芯样抗拉试验裂缝面断开时黏结强度不小于1.0MPa的芯样数，加上混凝土断裂而裂缝面未断开的芯样总数，达到进行芯样试验总数的75%以上；压水试验合格的裂缝段达到压水总段数的95%以上。

综合分析检查成果，在有效的86个检查孔中，芯样裂缝充填良好率为91%，芯样黏结良好率为72%，透水率合格率为100%，压水试验合格达到98%；混凝土内部温度裂缝化学灌浆浆液充填较好，满足设计要求(见表2)。

表2 溢流堰面部分混凝土温度缝、裂缝灌浆情况检查结果

8.2 表面封闭质量评价

对修补后的混凝土质量进行了现场目视、橡皮锤锤击试验等外观检查，外观检查结果证明修补材料与混凝土结合密实，无施工缺陷。

涂层正拉黏结强度试验结果表明，涂层黏结强度在2.5 0MPa以上，涂层与基层黏结良好(见表3)。

表3 SK手刮聚脲涂层与混凝土面正拉黏结强度试验结果

9 结 语

背水侧坝体及溢流堰面混凝土内部温度裂缝化学灌浆已完成，综合分析灌浆充填黏结效果和芯样力学试验成果，化学灌浆施工质量总体满足设计要求。

经过生产性试验和现场施工摸索，总结出“延长浆材操作时间、低压低速慢灌、排气排水排浆、自下向上升层、持压屏浆结束”的灌浆工艺，以该工艺对裂缝进行充分充填是行之有效的。

综合分析试验成果，化学灌浆施工质量总体满足设计要求，对溢流堰面裂缝采取以遇水膨胀型的聚氨酯柔性材料为主的化学灌浆措施进行处理是必要的。实践证明，化学灌浆可以有效填充裂缝、提高裂缝面强度、消除裂缝的不利影响，防水防渗，对恢复溢洪道的整体安全性有重要作用。

从试验结果看，表面涂层与混凝土的黏结性能较好，随着养护时间的增加，黏结强度也逐渐增加，涂层正拉黏结强度试验结果表明涂层与混凝土基面黏结强度均在2.50MPa以上，涂层与基层黏结良好，可以有效抵抗泄洪水流的冲磨。

修补工程实践和现场试验表明，采用以PU亲水性聚氨酯密封止水灌缝材料、手刮聚脲弹性体、潮湿型快速固化界面剂为主的修补材料，结合聚合物混凝土、高强砂浆、钢塑纤维混凝土等辅材综合性修补处理该水库溢流堰面温度缝、裂缝缺陷，可以有效提高构件抗渗漏、抗冲耐磨性能，延长工程使用寿命。

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Research into Repair and Supplementation Technologies of Concrete Crack in Luoquanbei Reservior

WEI Xin

(LiaoningWaterConservancyandCivilWorksConsultingCo.,Ltd.,Shenyang110003,China)

In Liaoning Donggang Luoquanbei reservoir, the upstream dam body, downstream dam body and overflow weir crack surface suffer from seepage and the surface defects of concrete. In order to repair and supplement the crack, the flexible grouting materials (expanding in contact with water) are filled into the joint, tiny chemical slurry slowly seeps inside and outside the crack and surface is sealed up by scraping polyurea flexible body. The main technical measures include chemical grouting and scraping polyurea surface sealing. The inspection result reveals: If temperature joint, crack and construction joint on the surface of overflow weir are treated by polyurethane flexible grouting materials, scraping polyurea flexible body, it can achieves rather favorable repair and supplementation effect; after repairing and supplementation, the cracking surface can adapt to various complex conditions, low/high temperature change of Donggang City and freeze thawing environment; after repairing and supplementation, it does not affect the normal deformation role of temperature joint; the viscosity test result reveals: scraping polyurea materials not only enjoy rather favorable adhesive property to the concrete surface, but aslo meet impact and wear resistant requirements and play a very good role in protecting the structural joint on the surface of overflow weir.

Concrete Crack; Repair and Supplementation; Technology

10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2017.02.003

TV544

B

1673-8241(2017)02- 0022- 05

施工技术