达岱河水电站混凝土面板裂缝成因分析及处理
2023-11-11屈文奇
屈文奇
(中国葛洲坝集团第一工程有限公司,湖北 宜昌 443002)
1 工程概况
柬埔寨达岱河水电站位于柬埔寨国公省境内的达岱河上。达岱河流域主要由两条河流构成,即达岱河(干流)和开普河(支流),汇合后干流仍称为达岱河,流域总长度约105 km,坝址处年平均流量69.2 m3/s。本工程的主要任务是发电。主要建筑物包括主坝和副坝(坝型为混凝土面板堆石坝)、副坝左岸3 孔岸边溢洪道、主坝左岸引水发电系统和岸边地面厂房。工程等别为Ⅱ等,工程规模为大(2)型,大坝为1 级建筑物。最大坝高115 m,水库正常蓄水位215.00 m,库容4.04×108m3。水电站装机容量246 MW,多年平均发电量858 GW·h。
主坝面板顶部高程216.368 m,坡比1∶1.405,最大高差110.17 m,最大块斜长188.7 m,面板厚度30~62.9 cm。面板共77 块,其中坝右0+178.4~坝右0+674.4 为16 m 宽共31 块,其余各块宽8 m。混凝土面板面积8.78万m2,混凝土工程量为3.68万m3。
副坝面板顶部高程216.368 m,坡比1∶1.405,最大高差72.17 m,最大块斜长123.47 m,面板厚度30~51.5 cm。面板共61 块,其中坝右0+495.5~坝右0+127.5 为16 m 宽共23 块,其余各块宽8 m。面积5.45万m2,混凝土2.08万m3。
主坝和副坝面板混凝土标号为C25W8,二级配。
2 裂缝成因分析
混凝土面板的裂缝主要有结构性裂缝和非结构性裂缝之分。混凝土面板结构性裂缝主要是在水荷载作用下,堆石坝体产生不均匀沉降变形和位移造成面板和坝体脱空而引起的。混凝土面板结构性裂缝一般是在坝体蓄水后出现,由坝体设计和施工质量保证措施来控制。混凝土面板非结构性裂缝主要为混凝土收缩裂缝,混凝土面板收缩裂缝一般出现在施工期,由混凝土面板材料的收缩变形引起的。当混凝土面板材料在外部环境和自身因素影响下,产生体积收缩变形时受到混凝土面板结构体内和周边的约束条件的限制,会在混凝土面板内产生与收缩变形方向相反的收缩拉应力,当混凝土面板内的收缩拉应力超过混凝土的抗拉强度时,混凝土面板开裂。本文所描述的裂缝为非结构性裂缝,产生裂缝的主要原因有以下3点:
(1)温度应力。面板浇筑初期水化热的产生,使面板内外部温差较大。面板浇筑期柬埔寨当地昼夜温差较大,温差引起的温度应力使面板产生裂缝。
(2)干缩。混凝土表面采用人工抹面,使面板表面胶凝材料及含水量与内部结构存在明显差异,从而诱发了干缩的发生,干缩产生的拉应力超过了面板的抗拉强度则产生裂缝。
(3)坝体形变因素影响。
3 裂缝特点及分类
达岱河水电站面板混凝土产生的裂缝宽度较小,大部分为0.2~0.5 mm左右的细缝,裂缝均为活动缝,裂缝宽度受温度影响大、浅表裂缝较多。根据裂缝宽度和是否贯穿,分为以下4类:
(1)I 类裂缝(浅层裂缝):表面缝宽不大于0.1 mm且不贯穿。
(2)II 类裂缝:表面缝宽大于0.1 mm 小于0.5 mm且不贯穿。
(3)III 类裂缝:表面缝宽大于0.1 mm 小于0.5 mm且贯穿。
(4)IV类裂缝:表面缝宽不小于0.5 mm。
4 裂缝处理方法
裂缝处理一般选择低温季节裂缝开度最大的时候进行。裂缝处理前应进行详细的检查,检查内容包括:裂缝位置、形状、走向、缝长、缝宽以及缝面是否有渗水、溶出物等,并绘制裂缝图。对每条裂缝,应进行编号,分别建立档案。
4.1 I类裂缝
对于I类裂缝,原则上不做专门处理,但在细缝集中的区域,可涂刷宽度为15~20 cm、厚度不小于1 mm的KT水泥基结晶渗透涂料。
4.2 II类裂缝
对于II 类裂缝,根据裂缝所处位置的不同,采取不同的处理措施。
(1)对位于215.00 m 高程以下的II 类裂缝,采用HK966高强弹性涂料架涂方式处理。施工流程:①清理缝面。对裂缝表面进行清理,打磨去除表面的钙质析出物、水泥浮浆以及其他污物,并冲洗干净(建议以缝为中心,两边各20 cm)晾干待用。②粘贴玻璃丝布。沿缝两侧各15 cm刮涂HK966高强弹性涂料,粘贴玻璃丝布后在刮涂一遍HK966高强弹性涂料。
(2)对位于215.00 m 高程以上的II 类裂缝,考虑到与周围环境的一致性采用Krystol 无机处理方式。如对环境一致性不要求,则采用上述HK966高强弹性涂料架涂处理方式更为简便。Krystol 无机处理施工流程:①骑缝利用切割机开凿宽3 cm 深4 cm的方形缝槽,并对缝槽及缝槽两侧10 cm混凝土基面进行清理;②充分润湿缝槽后,在缝槽底部及缝槽两侧涂刷厚度不小于2 mm 的KT 水泥基渗透结晶涂料;③待涂层初凝后,按照KT∶砂=1∶2 拌制KT砂浆,填充至整个缝槽,并抹平,并在缝槽及两侧10 cm范围涂刷KT涂料;④初凝后,盖湿布养护48 h。
4.3 III类裂缝
对于III 类裂缝,采用先打斜孔化学灌浆处理,再进行表面封闭的处理方法。
4.3.1 工艺流程
沿缝槽两侧钻斜孔、埋管→灌注HW 水溶性聚氨酯→表面封闭处理。
4.3.2 施工方法
(1)打斜孔封闭缝口:对缝口表面进行清理,在缝口涂刷EQ环氧涂料,在缝两侧打斜孔,间隔20~30 cm。
(2)灌浆:缝口环氧涂料固化后,沿缝由下而上进行灌注HW水溶性聚氨酯。
(3)表面封闭:利用电动机具磨除缝口环氧涂层。①对于215.00 m 高程以下部位,采用HK 封边剂粘贴玻璃丝布封闭;②对于215.00 m高程以上部位,采取缝口两侧10~15 cm范围内直接涂刷KT水泥基渗透结晶型涂料。
4.4 IV类裂缝
对于IV类裂缝,采用LW/HW化学灌浆处理。
4.4.1 工艺流程
清理缝面→沿缝凿V型槽→钻孔、埋管→采用水泥封缝→灌注LW/HW 化学灌浆材料→清除缝内水泥并在V 型槽中嵌填SR 塑性止水材料→表面封闭。
4.4.2 施工方法
(1)清理缝面:对裂缝表面进行清理。
(2)凿槽:沿缝凿V型槽(宽约4 cm、深约5 cm)。
(3)钻孔埋灌浆管:在缝两侧打斜孔,间隔20-30 cm。
(4)封缝:采用水泥封闭V型槽,保证灌浆时不漏浆。
(5)灌浆:采用LW/HW水溶性聚氨酯灌浆材料进行灌浆。
(6)对于215.00 m高程以下裂缝,凿除水泥后,用SR 塑性止水材料嵌填满整个缝槽,缝口采用HK966高强弹性涂料粘贴玻璃丝布,并用HK966高强弹性涂料封闭;对于215.00 m 高程以上部位,缝槽底部涂刷厚度不小于2 mm KT 涂料,缝槽上半部回填KT 砂浆,并在缝口及两侧涂刷KT 涂料,并加以48 h养护。
5 主要材料性能表
5.1 SR塑性止水材料
SR 塑性止水材料是专门为面板坝混凝土接缝止水而研制的嵌缝、封缝止水材料,现已形成SR-1、SR-2、SR-3、SR-4 塑性止水材料和SR 配套底胶等SR系列产品,已成为我国混凝土面板堆石坝接缝主要的封缝止水材料之一。工程实践表明,SR塑性止水材料具有塑性大,抗渗、耐老化性好,与混凝土基面黏结性强,冷施工简便,止水成本低等特性。SR塑性止水材料主要性能指标见表1。
表1 SR塑性止水材料主要性能指标表
5.2 水溶性聚氨酯化灌材料
水溶性聚氨酯LW、HW具有以下特点:
(1)LW具有良好的亲水性能,可在潮湿或涌水情况下进行灌浆,固结体为弹性体,可遇水膨胀,具有弹性止水和以水止水的双重功能,适用于变形裂缝的防水处理。
(2)HW具有良好的亲水性能,黏度低,可灌性好;有较高的力学性能,适用于混凝土或基础的补强加固处理。
(3)HW可与LW以不同比例混合使用,配制不同强度和不同水膨胀倍数的材料。
HW、LW主要性能指标见表2。
表2 HW、LW主要性能指标表
5.3 KT水泥渗透结晶型防渗涂料
泥基渗透结晶型防水涂料是以特种水泥、石英砂等为基料,渗入多种活性化学物质制成的粉状刚性防水材料。与水作用后,材料中含有的活性化学物质通过载体水向混凝土内部渗透,在混凝土中形成不溶于水的结晶体,堵塞毛细孔道,从而使混凝土致密、防水。KT水泥渗透结晶型防渗涂料主要性能指标见表3。
表3 KT水泥渗透结晶型防渗涂料主要性能指标表
5.4 HK966高强弹性涂料
HK966 高强度聚氨酯弹性涂料是一种由环氧改性的双组分弹性密封材料,具有高强度和高黏接性,分子中的环氧基团,赋予材料良好的黏接性能,而弹性的聚氨酯成分提供了优良的抗冲磨及抗腐蚀性能,该材料可作为裂缝修补的遮盖材料,使修补后外观保持整洁。同时该材料也可以单独对混凝土裂缝、变形缝进行表面封闭、灌缝施工。HK966高强弹性涂料主要性能指标见表4。
表4 KTHK966高强弹性涂料主要性能指标表
6 施工质量控制措施
为了保证工程施工质量,在施工过程中对几个关键工艺采用以下质量控制措施:
(1)裂缝两边各20 cm 范围清理干净,并用清水冲洗后晾干再涂刷黏结剂。
(2)黏结剂涂刷要均匀,玻璃丝布要粘贴平整,要封缝严密,对于玻璃丝布与混凝土面粘贴比例小于90%的部分进行返工处理。
(3)灌浆孔采用冲击造斜孔(穿透裂缝),孔间距20~30 cm。
(4)灌浆材料根据实际需用情况及现场温度拌制,防止一次性拌制过多,严格控制灌浆材料使用时间。
7 结语
混凝土面板出现裂缝,不仅直接导致混凝土的抗渗性能降低,渗入裂缝的水体还对混凝土产生溶蚀,并且会产生钢筋锈蚀等多种膨胀物,工程实践证明,裂缝的出现将显著降低混凝土的耐久性。本文所述的方法既充分考虑了裂缝处理后的防渗效果,又兼顾与周边环境的协调一致性,可以为同类型混凝土面板裂缝的处理提供参考。