响洪甸水库大坝裂缝的成因分析与处理方法

陈金干

一、工程概况

响洪甸水库位于六安市金寨县境内西淠河上游，属淮河流域淠河水系。水库大坝坐落在金寨县麻埠镇，距下游六安市58km。水库坝址以上控制流域面积1400km²，是一座以防洪、灌溉为主，兼有发电、水产、航运等综合效益的大（1）型水利枢纽工程。

水库工程于1956年4月动工兴建，1958年7月竣工。2009年7月—2012年7月，水库实施了除险加固。水库按500年一遇洪水标准设计，5000年一遇洪水标准校核。设计洪水位140.98m（废黄河口高程，下同），校核洪水位143.37m，正常蓄水位128.00m，死水位100.00m，水库总库容26.1 亿m³。

水库枢纽工程由混凝土重力拱坝、溢洪道、新泄洪隧洞、老泄洪隧洞、发电引水隧洞、发电厂房和升压开关站等建筑物组成。水库水质长期保持为Ⅰ～Ⅱ类，现为合肥市、六安市的重要水源地之一。水库建成运行以来，在防洪、灌溉、发电等方面发挥了巨大效益。

二、裂缝的检查与分布

（1）1962年3月—1964年3月（库水位119.72～123.0m）全面检查，发现大坝共有大小裂缝269 条，其中上游面有竖直缝13 条，水平缝1 条，下游面裂缝255 条，并发现1#、24#坝段径向贯穿性裂缝，1#坝段裂缝已裂至坝顶，24#坝段裂缝开裂至该坝段坝高的1/2 处。

（2）1994年11月—1995年3月（库水位106～108m）检查，当时共发现大小裂缝247 条，其中比较大的有1#、2#和24#坝段径向竖直贯穿裂缝，都位于坝段中部，从基础一直裂到坝顶，1#坝段裂缝冬季缝宽1.0mm 左右。

（3）2003年7月库水位128.0m 左右，采用带示波器的低频超声仪和平测法对大坝裂缝进行检测检查，发现裂缝共计486 条。其中下游面发现主要裂缝共358 条，主要分布在大坝中、下部，大部分缝内渗水，有白色物质析出。水平贯通坝段的裂缝共158 条，其中有91 条为贯穿的施工缝，缝内渗水，有白色物质析出；纵向贯通坝段的裂缝共7 条。上游面128m 高程以上共发现主要裂缝共37 条，均渗水，有白色物质析出，另有10 条施工缝渗水，有白色物质析出，其中水平贯通坝段的裂缝2 条，局部渗水，有白色物质析出或有渗水痕迹，纵向贯通坝段的裂缝共3 条。在坝顶共发现主要裂缝共91 条，其中贯通裂缝26 条。

三、裂缝的分类

响洪甸水库按照裂缝的宽度和深度及裂缝处理的方式对大坝裂缝进行分类。第①C 类贯穿大坝的结构破坏性裂缝，1#、2#、3#、24#坝块各一条，共计4 条，缝宽0.1～0.4mm，局部大于0.4mm，总长度187m，属于结构破坏性裂缝。第②B 类渗水裂缝，主要是水平施工缝和径向收缩缝，缝宽0.05～0.4mm，共计232条，总长度1595m。第③A类不渗水细小裂缝，延伸长度较短，贯穿深度较浅，缝宽小于0.1mm，共计239 条，总长度2244m。

四、裂缝的成因分析

对响洪甸水库大坝多年的运行状况及裂缝的部位、规模等进行综合分析，裂缝产生的原因主要为：第①类裂缝的产生和发展主要是温度变化引起，坝体温度应力较大，引起结构破坏而产生。第②类裂缝主要是温度变化引起，且这类裂缝本身就是施工缝或纵向收缩缝，经多年运行后，建坝时设置的止水材料老化，接缝材料被拉裂，从而产生沿裂缝渗水现象。第③类裂缝多为混凝土早期干缩、收缩和温度变形引起的，多为表面微细裂缝。

响洪甸水库大坝坝身的横向和纵向贯通裂缝，特别是纵向贯穿缝已破坏了大坝整体结构，使大坝拱梁受力体系发生变化，减小了大坝结构安全度；多数裂缝和张开的施工缝都存在渗水现象，并析出白色CaCO3，这对混凝土材料耐久性产生不利影响，必须进行有效处理。

五、裂缝的修补处理

（一）处理原则

1.按照裂缝不同类型，采用不同的处理方法。对渗水裂缝主要是封堵渗水，对结构破坏性裂缝进行渗水堵漏和补强加固，对细小裂缝做缝面育合和修复处理。

2.为保证裂缝修补彻底并减小温度荷载，施工应安排在冬季气温较低时段内完成。

（二）处理方法

1.裂缝修补材料的选择

（1）缝面修补材料的选择

通过选取凯顿百森、赛柏斯等缝面修补材料进行试验，结果表明赛柏斯是一种较好的防渗补缝材料，也是推广应用的新材料，响洪甸水库大坝缝面修补育合处理，尤其是渗水裂缝的处理选用“赛柏斯（XYPEX）”。

（2）缝面灌浆材料选择

SK-E 改性环氧和改性聚氨脂常用于大坝裂缝灌浆补强和灌浆止漏。SK-E 改性环氧材料粘度低，可灌性好，可渗入宽0.1mm 的混凝土裂缝；亲水性较好，可在低温和水下灌浆使用，发热量低，施工操作方便。改性聚氨脂粘度较高，遇水反应产生较好的弹性凝胶体，胶体吸水膨胀，体积可达原来的3 倍以上，是理想的堵水止漏材料。

响洪甸大坝存在大量渗水裂缝，有些还属于结构性破坏裂缝。参照以往工程裂缝灌浆经验，对于渗水、非结构性破坏裂缝，若裂缝修复材料无法封堵时，拟选用改性聚氨脂作为灌浆材料，采用灌、堵、排综合措施进行裂缝修补；对于结构破坏性裂缝，可选用高强结构灌注胶进行灌浆。

2.裂缝修补施工方法

（1）A 类微细不渗水裂缝的处理：①坝面清洗：骑裂缝两侧宽400mm，采用钢丝刷刷除坝面松散物质和表面污物，采用高压水冲洗干净；②清润：用水浸渍基面，让水浸透混凝土后，再去掉表面上的明水；③刷浆：裂缝两侧混凝土面各清理0.2m 宽，在清理好的混凝土面上涂刷一层赛柏斯浓缩剂，再涂一层赛柏斯增效剂；⑥养护：喷雾水养护7 天，使缝面自行愈合。

（2）B 类渗水裂缝或缝面较宽（大于0.4mm）的处理：①开槽：把裂纹或连接处挖呈25mm 宽、35～70mm 深的“U”型槽（有水流时挖深些，无水流时挖浅些）；②清润（清理与湿润）：除掉松散物质，用水浸渍基面。让水浸透混凝土后，去掉表面上的明水；③填缝（用XYPEX 修补堵漏剂半干料团）：去掉明水之后，在槽深度的一半处，压上按体积取3.5份料、1 份水混合而成的XYPEX 修补堵漏剂半干料团，适时填压在开槽的区域，挤压时间与水流量成正比（一般是2～5 分钟）；④刷浆：按容积把5 份料2 份水调和成XYPEX 浓缩剂灰浆，在槽内和沿槽口的两面宽150mm 处涂一层灰浆，可以用刷子或手套涂抹；⑤填缝（用XYPEX 浓缩剂半干料团）：当灰浆涂层干燥约10 分钟，但仍然有粘着性的时候，用XYPEX 浓缩剂按体积取1 份水、6 份料混合的半干料团填满槽与表面平齐（在混合时用镘刀拌和调成半干的团快，戴手套装填，然后用气动或手工工具，牢牢压实）；⑥刷浆：稍微用水洒湿填缝的表面，然后在所修复的区域上再涂一道XYPEX 浓缩剂灰浆；⑦养护：在3 天内，定期用雾状水进行养护。

渗水点出现涌水，无法封堵，可采用化学灌浆（如SK-E 改性环氧树脂等）进行封堵。

（3）C 类结构破坏性裂缝处理：首先按照渗水裂缝封堵方法进行堵漏，经处理后的缝面洒水养护一个月后，再进行灌浆封缝，具体做法是跨缝打斜孔，用SK-E 改性环氧或高强结构灌注胶进行灌浆。对于1#、2#、3#、24#坝段的径向贯穿性结构缝，除进行结构胶灌浆外，还需在裂缝表面贴碳纤维板封缝，碳纤维封缝范围为骑缝两侧各宽500mm，以阻止裂缝的扩展。

3.坝面混凝土保温层

温度荷载是引起拱坝拉应力值较大的主要因素，也是响洪甸水库大坝裂缝产生的主要原因，因此改变大坝的温度场，降低大坝的温度荷载是行之有效的办法。为了保护大坝混凝土，减小温度应力对大坝的破坏作用，预防新的裂缝，同时保护已处理的裂缝，在响洪甸水库大坝表面喷涂聚氨酯保温层。

根据大坝应力应变的分布状况，大坝在高温低水位工况下，下游面拱座部位右岸87.0～133.9m高程、左岸87.3～134.7m 高程出现计算拉应力值大于规范允许值，范围分别达1208m2和986m2。因此，大坝保温层喷涂范围为上游坝面从水位变动区118m 高程至坝顶防浪墙下，喷涂层厚5.0cm；下游坝面从坝脚至坝顶，喷涂层厚3.5cm。涂层总面积24180m2。

六、结语

（1）赛柏斯在水载体的渗透作用下，充盈在混凝土的微孔及毛细管中，使混凝土中尚未水化的水泥发生水化作用，形成不溶性的枝蔓状结晶体，从而对裂缝起到修补作用。规模较大的裂缝进行的化学灌浆，其灌浆材料可灌性好、收缩性小、强度高，灌浆后裂缝内充满高强度的浆体材料，与缝面牢靠粘结；表面粘贴的碳纤维材料强度高，能抵抗拉应力的作用，阻止裂缝重新张开。

（2）通过对大坝监测资料的分析，响洪甸水库大坝结构及裂缝补强加固后，坝内测缝计测值均有略微减小，坝体变形量年变幅和极值总体上也有减小，大坝变形和应力水平受坝面保温层作用影响，有了较大改善■