化学灌浆法在武隆县银盘水电站大坝混凝土裂缝处理中的应用

邓辉红

(中国水利水电第八工程局有限公司，湖南 长沙 410004)

1 工程概况

银盘水电站位于乌江下游河段，坝址位于重庆市武隆县境内，坝址控制流域面积74910 km2，上游接彭水水电站，下游为白马梯级，是兼顾彭水水电站的反调节任务和渠化航道的枢纽工程，是重庆电网的主力电站。水库正常蓄水位215 m,总库容3.2亿m3，大坝为混凝土重力坝，最大坝高80 m,共安装4台单机容量150 MW的轴流式水轮发电机组，年发电量26.9亿kW·h，枢纽建筑物从左到右依次布置为电站厂房坝段、泄洪坝段、船闸坝段。

2 裂缝成因分析

2.1 裂缝发现及检查情况

2.1.1 上闸首Ⅱ区右块

上闸首Ⅱ区右块在其第14层(EL188.0～EL191.0)仓面发现一条裂缝，从上闸首Ⅰ区与Ⅱ区分缝位置(0+3.5)至下游桩号0+14.334，左右桩号为1+482.1，缝长8.834 m，采用40倍读数显微镜观测裂缝宽度为0.4 mm。沿裂缝50 cm、4 m、8 m处各钻10个斜孔检测缝深，经通气检查，缝深为300 cm左右(EL188.0～EL191.0)，根据《乌江银盘水电站混凝土质量检查及缺陷处理技术要求》(长银设【2008】第008号)中大体积混凝土裂缝分类及评判标准，此裂缝初步判断为Ⅳ类裂缝。

2.1.2 泄12#坝段

泄12#坝段在泄12#-Ⅰ-13闸墩发现一条裂缝，该裂缝位于泄12#Ⅰ区中部，上下游桩号为0+9.175，左右起止桩号为1+447.8～1+443.3，缝长4.5 m，采用40倍读数显微镜观测裂缝宽度为0.3 mm。沿裂缝50 cm、2 m、4 m处各钻11个斜孔检测缝深，经通气检查，缝深为350 cm左右(EL191.5～EL195.0，12层至13层)，根据《乌江银盘水电站混凝土质量检查及缺陷处理技术要求》(长银设【2008】第008号)中大体积混凝土裂缝分类及评判标准，此裂缝初步判断为Ⅳ类裂缝。

2.2 施工及浇筑情况

2.2.1 上闸首Ⅱ区右块

上闸首Ⅱ区右块14层，桩号0+3.5～0+22.5，1+473.85～1+497.1，EL188.0～EL191.0，浇筑层厚3 m。全仓最宽处19 m，最窄为9.5 m。设计混凝土等级为C25(二)F150W10。上闸首I区右块上游侧，左右侧均布置有结构钢筋，上下游侧未布置钢筋。

上闸首右-Ⅱ-14于2012年12月9日至开始浇筑，到2012年12月12日浇筑完成19层。按照仓面设计由上游往下游方向台阶浇筑。用K80塔机浇筑，仓面配置φ100振捣棒4根、砼工5人、自卸车3辆，资源配置满足施工要求。采用台阶法浇筑，共分6个台阶，台阶高50 cm，台阶宽度1.5～2 m。

2.2.2 泄12#坝段Ⅰ区

泄12#坝段I区12层～13层，桩号0-11.7～0+38、1+435.35～1+443.1，EL190.0～EL195.0，浇筑层厚2.3～2.7 m。全仓最宽处12.75 m，最窄为3 m。设计混凝土等级为C35(三)F150W8(抗冲)。仓面左右侧及上下游侧均布置有结构钢筋。

该裂缝贯穿的仓面浇筑时间跨距较大，从2012年8月30日至开始浇筑12层，到2012年9月23日完成13层浇筑。按照仓面设计由上游往下游方向台阶浇筑，采用MQ900门机和K80塔机配合浇筑，仓面配置φ100振捣棒4根、砼工6人、自卸车3辆，资源配置满足施工要求。采用台阶法浇筑，共分5个台阶，台阶高50 cm左右，台阶宽度1.5～2 m。

该裂缝贯穿的仓面浇筑时间跨距较大，从2012年5月13日至开始浇筑18层，到2012年8月8日完成20层浇筑。按照仓面设计由上游往下游方向台阶浇筑，采用MQ900门机浇筑，仓面配置φ100振捣棒4根、砼工6人、自卸车3辆，资源配置满足施工要求。采用台阶法浇筑，共分5个台阶，台阶高50 cm左右，台阶宽度1.5～2 m。

裂缝相关仓面的浇筑时间如表1所示。

表1 裂缝相关仓面浇筑时间

2.3 混凝土保温和养护情况

混凝土浇筑过程中均处于高温或低温季节，浇筑完成后及时进行了保温被覆盖，并进行洒水养护[2]，养护时间不少于28 d[3]。

2.4 外界气温情况

泄12#坝段I区12层～13层浇筑时间跨度较大，主要浇筑时间在7～9月份的高温季节，而上闸首右-Ⅱ-14浇筑时间在低温季节，根据天气网提供的武隆县7～11月气温变化曲线可知，7、8、9月份，昼夜温差较大，均在10 ℃以上，最大值达到16 ℃；9月中旬、10月初、10月中旬出现了3次10 ℃以上的气温骤降、陡增的过程，5 ℃以上的气温骤降、陡增达10次。

2.5 混凝土浇筑温度及内部温度检测

根据《银盘水电站二期工程大坝与电站厂房混凝土施工(含温控)技术要求》中第7.2.3条规定，5～10月份采用预冷混凝土浇筑，每仓浇筑都进行了出机口温度检测[4]，数据显示，出机口温度在12～14 ℃范围内，见每月试验月报。11、12月采用自然温度混凝土。

高温季节浇筑的混凝土，在混凝土覆盖冷却水管后开始通水[5]，通8～10 ℃制冷水，通水时间一般大于15 d[6]。

根据试验室提供的埋设在混凝土内部的温度计测量出混凝土内部温度见表2。从表2中可以看出，混凝土内部温度均满足设计允许要求，混凝土上下层温差也小于设计规定值。

表2 混凝土内部温度检测 ℃

2.6 裂缝成因分析

从裂缝的走向来看，上闸首Ⅱ区右块的为顺水流方向，泄12#坝段的为垂直水流方向，且裂缝形成时间比较早。

(1)泄12#坝段分别受2012年堵路窝工、渗水点高差限制的影响，层间歇时间均大于10 d，最大达72 d，超过设计允许间歇时间。

(2)7、8、9月份，昼夜温差较大，均在10 ℃以上，最大值达到16 ℃。9月中旬、10月初、11月中旬出现了3次10 ℃以上的气温骤降、陡增的过程。浇筑块侧面暴露时间长，没有采取保温措施，较大的温升温降使混凝土表面产生较大温度应力而产生裂缝[7]。

3 施工工艺流程

灌浆施工工艺流程：钻孔→清缝(风、水轮换冲洗干净)→埋管→嵌缝→灌浆→封孔→检查(钻孔取芯、压水检查)[8]。

3.1 钻孔

跨缝布置斜灌浆孔，孔径≤40 mm，孔深1 m，孔距2 m，采用手风钻钻孔[9]。

3.2 冲孔、清槽

灌浆前需进行钻孔孔壁冲洗。孔壁冲洗可采用大流量水或风水联合冲洗，从孔底向孔外冲洗的方法进行孔壁冲洗。冲洗至孔内岩屑残留厚度不大于20 cm结束，冲冼时间可至回水清净10 min止[10]。冲洗水压为该段灌浆压力的80%并不大于1.0 MPa，若该值大于1.0 MPa时，采用1.0 MPa。

3.3 埋设灌浆管

应骑缝钻孔或斜向钻孔至裂缝深部，然后在孔内埋设灌浆管。每孔埋设一根灌浆管，管径16 mm，埋入孔内40 cm。

3.4 嵌缝

在缝口表面凿宽10 cm，深5 cm的U形槽，洗干净后用预缩砂浆分层分段填槽，每层厚度≤2 cm，每段长度为2 m，要求填封密实，无渗水。

3.5 密封检查

为保证密闭空腔的密闭性及承受灌浆压力作用，应对封缝密封效果进行检查。办法是，待封缝胶泥或水泥砂浆固化后，沿缝涂一层肥皂水，并从灌浆嘴向缝中通入压缩空气，若无冒泡现象，表示密封效果良好，否则应予修补[11]。

3.6 配制浆液

灌浆材料采用毒性低、亲水性环氧材料，粘结强度≥2.0 MP，抗渗标号≥S8，具有较好的可灌性[12]，能深入缝宽小于0.2 mm左右的细裂缝。

3.7 灌浆

灌浆主要设备为灌浆泵，目前国内尚无定型化学灌浆泵，一般是根据工程需要自行配制，包括贮气罐、空压机或手动气泵；附属设备包括灌浆嘴(或灌浆盒、灌浆管)、连接管道及搅拌器等。灌浆时应对全部设备进行检查，并接通管路，用压缩空气将孔道及裂缝内粉尘吹净[13]。灌浆压力：开灌后进浆压力为0.05 MP，分级逐步升至0.3 MP，当吸浆率<5 mL/min时，灌浆压力可提升到0.5 MP；灌浆时从裂缝一端开始，以一孔为进浆孔，以裂缝对面相邻孔为回浆孔，当相邻孔回浓浆时，将灌浆孔扎死，按此程序依次灌浆；灌浆结束标准：当吸浆率<1 mL/min时，延续灌注30 min结束。灌浆结束后，应立即清洗管道及设备。

3.8 埋封口结束

灌浆后，待缝内浆液初凝而不外流时，可拆下灌浆嘴(盒)，用环氧胶泥或灌浆液水泥膏，对灌浆孔进行封口，并抹平。清除灌浆嘴(盒)上浆液，以备重复使用[14]。

3.9 埋灌浆质量检查

灌浆密实情况，一般可采用向缝中通入压缩空气或压力水检验，也可钻芯取样检查浆体的外观质量[15]，测试浆体的力学性能。

3.10 监测

在裂缝处理部分分别埋设了10个测缝计和渗压仪进行变形和渗压观测，观测结果表明：数据都在正常范围内。

4 结论

裂缝处理的主要原则是进行表面封堵，防止高压水渗入裂缝，避免裂缝进一步扩展，裂缝处理的主要方法采用化学灌浆法，化学灌浆法以钻孔、清缝、埋管、嵌缝、灌浆、封孔、检查的流程对大坝混凝土裂缝进行施工。在裂缝处理过程中，对大坝裂缝处理中采用的化学灌浆材料进行了取样检测，大坝通过化学灌浆施工处理后，使已经裂开的坝体形成固结整体，大大地提高了混凝土的抗渗能力和抗压与抗拉强度。通过钻孔压水检查、转孔孔内录像进行质量检查，压水透水率有很明显的下降，从检查孔成果分析，充填良好率、粘结率都达到较高的百分比，充分说明灌浆效果比较理想。大坝主体裂缝化灌处理效果完全满足安全鉴定要求。