浅谈水电站泄洪洞高流速混凝土裂缝处理技术

伍 佳

(中国水利水电第七工程局有限公司，成都，610213)

1 工程概况

大岗山水电站位于大渡河中游上段的四川省雅安市石棉县境内，为大渡河干流规划的第十四个梯级电站。水电站装机总容量260万kW。其中，泄洪洞工程布置在大渡河右岸，主要包括进水口、洞身段、出口段及下游防护工程。泄洪洞最大泄洪流量3352m3/s，最高泄洪流速约42m/s。泄洪流量大、流速高，泄洪洞年平均使用频率超过2000h/年，使用频率之高位居国内同类型电站前列[1]。

由于泄洪洞具有高水头、高流速、大泄量、体形复杂等特点，加之泥沙的冲刷和频繁使用，导致过流面更严重的冲刷和气蚀破坏，因此泄洪洞的施工除了保证良好的体型、高强度、高耐磨的混凝土性能及不平整度要求外，尚需尽量减少裂缝。为此，在泄洪洞过流前，裂缝必须采取措施得到处理以达到甚至超过基础混凝土的强度、耐久性等要求，确保建筑物的安全运行。

2 裂缝处理措施

根据泄洪洞工程混凝土裂缝处理技术要求，针对泄洪洞运行条件和结构要求，对混凝土裂缝进行分类处理，施工前对泄洪洞混凝土裂缝情况进行普查(检查方法可采用压水试验、钻孔取样检查)，根据检查情况编制所有裂缝记录，记录内容包括裂缝的位置、长度、宽度，缝面状况是否存在混凝土架空事故，裂缝与混凝土架空的串通，以及与邻近结构预留缝、管路等的串通情况，并将检查记录上报监理，由监理检查后方可施工。为了保证混凝土结构耐久性要求，先对混凝土表面进行清洗，利用裂缝测宽仪等仪器仔细检查裂缝的缝宽、缝长、走向、所在部位等，并对裂缝进行编录、统计[2]。

根据泄洪洞工程运行条件和结构要求，对泄洪洞分部位和分段原则进行处理，裂缝有渗水时，先行堵漏，再行处理。

2.1 C类(0.3mm≤δ<0.4mm)和D类(δ≥0.4mm)裂缝化学灌浆处理方案

C类和D类裂缝施工前，先在(泄)0+576附近底板做工艺性试验，经检验评审合格后采用评审的参数进行施工[3]。

2.1.1 施工方法

优先采用表面封缝法，骑缝钻孔并填充堵漏灵砂浆、埋管灌浆的方法进行处理。如果灌浆效果较差，则采取凿“U”槽封缝处理。

2.1.2 施工工艺

表面封缝法：裂缝检查及性状描述→表面清理→布孔、钻孔→冲洗→埋管、表面封缝→灌前通风检测→化学灌浆→灌后处理→质量检查及验收。

2.1.3 施工方法及工艺控制

(1)裂缝检查及性状描述。裂缝处理前，必须现场绘制裂缝形状图，项目包括缝宽、缝深、缝长、裂缝走向、所在部位(包括高程)、数量、缝面是否渗水及有无溶出物等，用裂缝宽度测量仪测量裂缝宽度，并将测量结果进行登记，按部位分别编号、记录。再根据取得数据对裂缝进行编号分类和统计。

(2)表面清理。以缝为中线，用角磨机打磨，打磨宽度10cm，找出缝隙的具体位置。

(3)布孔、钻孔。灌浆孔位采取骑缝布置，孔距为30cm，裂缝交叉和端点都布孔，且不受孔距限制。钻孔采用骑缝钻孔。骑缝造孔采用手持式取芯钻造孔，钻孔孔径采用φ32mm，孔深为3cm～5cm。

(4)清洗。用冲毛机沿裂缝走向向两边冲洗(沿直缝从上往下冲洗)以保证灌浆孔内清洁，缝面无粉尘和其他杂物并露出清晰的混凝土(裂缝)面。

(5)埋管、封缝。将专用灌浆管放入孔内，用堵漏灵砂浆压封；然后在裂缝上回填10cm宽，5cm厚堵漏灵砂浆进行缝面封闭，回填堵漏灵时要压紧、压实，表面平整。

(6)灌前通风检测。封缝完成3d后即可进行压风检查，压风检查的目的是检查孔嘴与缝隙是否畅通，缝面封堵是否密实，有无支缝外漏现象等。检查的具体操作方法：压风压力0.1MPa～0.2MPa，压风检查前关闭整条缝的所有注浆管，只留1#、2#注浆管；将1#注浆管接入输风管，同时将2#注浆管插入水中，观察有无气泡冒出，如有则通，否则为不通；检测完1#、2#注浆管后，关闭2#注浆管，同时打开3#注浆管，并插入水中进行检查，依此类推，直至全缝检查完毕。

在压风检测过程中，用肥皂水抹在封缝材料两侧，观察有无气泡冒出，如有，必须用粉笔做好标记，进行补缝，待补缝材料有足够强度后(4h)方可灌浆。

(7)化学灌浆

①灌前准备：根据裂缝长度和宽度，将灌浆所需的工具、材料、设备准备到位。

②灌浆材料：灌浆材料采用LVE低粘度环氧树脂灌浆材料进行施工。

③灌浆设备：采用FS-A41全自动灌浆机。

④灌浆压力：灌浆压力0.2MPa～0.6MPa，或视裂缝深度及宽度和受灌面积状况酌情减低。

⑤灌浆具体操作方法：安装灌浆设备，连接输浆管，然后在主管上安装三根灌浆分管，配好浆液，开启灌浆机，排除设备及输浆管内的空气，关闭二根灌浆管，将剩下一根没关闭的灌浆管接入1#孔开始灌浆，待1#孔灌注10min后，打开第二根灌浆管接入2#孔将2#孔灌注10min后，打开第三根灌浆管，接入3#孔待3#孔灌注10mim后，关闭1#孔，将1#注浆管接入4#孔，依此类推。在规定灌浆时间内，邻近连续出现两个灌浆孔串浆时，可提前转注邻近一孔。单一的缝当最后一孔在0.6MPa压力下进浆小于0.02L/min或不进浆时稳压30min，即可结束灌浆。

(8)灌后处理。灌浆结束24h后清除封缝材料及注浆嘴，沿裂缝两侧各10cm范围均匀涂刷一道环氧基液，再用环氧胶泥抹平收光。

(9)质量检查及验收。考虑到钻孔取芯检查对混凝土质量影响较大，我部建议灌浆检查主要采用压水检查，对设计确认的重要部位采用声波检查，并且非常短小的裂缝不做检查。

2.2 混凝土施工缝、伸缩缝及止水裂缝处理

根据《关于泄洪洞混凝土施工缝、伸缩缝裂缝处理细化的通知》(大设更-泄洪(2015)003号(总015))，对于桩号(泄)0+238.05之前施工横缝、伸缩缝可不做处理；对于桩号(泄)0+238.05～(泄)0+670.05之间的施工横缝、伸缩缝和全洞段施工纵向缝，若缝宽≥0.5mm，以及桩号(泄)0+670.05至出口之间的施工横缝、伸缩缝，若缝宽≥0.3mm，则采用化学灌浆处理，化学灌浆时不能损伤止水、钢筋，灌浆孔采用骑缝孔，钻孔直径32mm，深度3cm～5cm，间距30cm，灌浆压力0.1MPa～0.2MPa，灌浆范围为止水至混凝土迎水面；其他灌浆技术要求按C、D类裂缝处理参数施工及试验后确定的参数执行。根据试验成果，先采用1kg/m左右的4∶1速凝浆液对施工缝进行灌浆，以封堵其渗漏通道，待凝8h后采用4kg/m左右的5∶1～6∶1浆液继续灌浆，如灌浆仍不能达到结束灌浆标准，先暂停灌浆。

2.3 化学灌浆特殊情况处理

(1)化学灌浆过程中发现冒浆、漏浆时，应根据具体情况采用嵌缝、表面封堵、低压、限流、调凝等方法进行处理。如果不明显，应停止灌浆，待浆液凝固后复灌。

(2)化学灌浆过程中发生串浆时，如串浆孔具备灌浆条件，一泵灌一孔并灌，但并灌孔不宜多于3个，并应控制灌浆压力，防止上部混凝土或岩体抬动。

(3)化学灌浆应连续进行，若因故中断，应在浆液胶凝以前且不影响灌浆质量时恢复灌浆，否则进行冲孔或扫孔，再恢复灌浆。

(4)孔口有涌水的灌浆孔段，在灌浆前应测记涌水压力、涌水量和水温。根据涌水情况，可选用下列措施综合处理：

①提高灌浆压力；

②缩短浆液胶凝时间；

③化学浆液和水泥浆液交替灌浆；

④缩短灌浆段长；

⑤增加屏浆、闭浆时间。

3 主要材料的选择

根据本工程的特点，严格按照设计文件上对施工材料的技术要求以及满足施工部位的特性，对不同的施工部位选择不同的施工材料。

3.1 裂缝灌浆材料

选择低粘度亲水性改性环氧树脂灌浆材料。它具有强度高、粘接性强、收缩小、稠度低、可灌性大等特点。从而可提高对细小裂缝的渗入能力，对有渗水的裂缝表面具有良好的粘结性能，适用于大坝、引水隧洞、溢流面、厂房等混凝土裂缝的补强化学灌浆处理，见表1。

表1 低粘度亲水性改性环氧灌浆材料的物理力学性能指标

3.2 缝面材料

选择环氧树脂胶泥材料，它具有在室温下固化、高强度、抗气蚀、抗冲刷性、耐磨损、抗冻性好等特点，尤其是其具有可在有水的新老混凝土表面良好的粘接强度，物理力学性能指标见表2。

表2 环氧胶泥物理力学性能指标

3.3 埋管、回填、封堵材料

选用堵漏灵，它具有快速凝固，早期强度高，收缩率小，粘结力强，能带水作业等特点，能充分保证灌浆时浆液不外漏，能充分承受灌浆压力，达到灌浆效果，物理力学性能指标见表3。

表3 堵漏灵物理力学性能指标

4 结语

通过大岗山水电站泄洪洞高流速混凝土裂缝处理实践，积累了以下经验：

(1)精细化的管理。首先自身要了解现场施工情况，掌握裂缝处理的各种施工工艺，对各工序的连续及交叉作业合理安排时间和人员，既节省时间不重复工作又能保质保量完成任务。其次，在裂缝处理前对工人进行技术交底，并将处理的工序、部位落实到班组或个人，实行责任承包；在裂缝处理中对工人提出的问题详细解答，对错误的处理方法监督改正，尽量做到及时发现问题；在裂缝处理后先进行自检，查遗补漏，发现不合格的部位必须返工重做。

(2)充分发挥工人的智慧和创造力。工人在长期的工作实践中积累了丰富的施工经验，并能针对不同的条件提出合理的建议或进行改良，积极地与工人交流、沟通使他们的智慧和创造力能够更好的为工程所用。

(3)优良的施工工艺是处理质量的保证。混凝土高速水流过流面的处理目的，就是使过流面混凝土达到平整、光滑的要求，且能保证新老材料结合良好。裂缝处理无论是使用预缩砂浆、环氧砂浆、环氧胶泥还是环氧基液，第一，必须做到材料的正确配制和使用时间的控制；第二，必须做到打磨、冲洗符合质量标准；第三，必须做到使用预缩砂浆在处理前湿润，使用环氧砂浆、环氧胶泥、环氧基液在处理前干燥。只有在保证了上述三点要求下，处理的混凝土裂缝才能够经受高水流的冲刷、磨损和撞击而确保质量。