水库混凝土坝体裂缝产生原因研究及处治对策

1、水库混凝土坝体裂缝产生原因研究及处治对策【摘 要】为了保证混凝土大坝的安全可靠运行，必须对 混凝土坝浇筑后出现的裂缝进行有效处治。本文结合水库工 程，分析了混凝土坝裂缝的特点及产生原因，阐述了裂缝的 处治方案和处治原则，并制定了相应的技术对策，以确保大 坝的安全运行。本工程的处治经验可供类似缺陷工程参考借 鉴。【关键词】混凝土；深层裂缝；原因；方案；处治对策水库大坝不仅为防汛抗洪调度、确保一方平安做出了巨 大贡献，而且兼顾灌溉、发电、供水的重任，因此，确保水 库大坝的安全就尤为重要。水利工程大坝由混凝土和钢筋混 凝土承担，因此混凝土在工程建筑物中显得尤其重要。但混 凝土坝在施工过程中会出现各种

2、裂缝，其原因主要是温度变 化引起的，这种裂缝特别是深层裂缝和贯穿裂缝，对混凝土 坝的整体性、耐久性和防渗能力具有严重的危害。为了确保 混凝土大坝的安全和长期可靠运行，必须对裂缝产生原因进 行分析，进而采取处治对策。1. 工程概况某水库工程是以发电为主，兼有防洪、灌溉、养殖和旅 游等综合利用效益水利枢纽工程，水库具有不完全多年调节 能力。2裂缝特点及产生原因分析2. 1坝体裂缝特点(1) 开裂的位置较为奇怪，发生在大坝内部。(2) 缝面的面积较大，极为少见。2. 2裂缝原因分析产生裂缝的主要原因有以下几个：(1) 大坝采用的混凝土温度控制措施不合理，使二冷 过程中未在高程方向上形成相对均匀的温度

3、梯度，使二冷区 与未二冷区交界处温度梯度过大；同高程范围内左右岸大坝 混凝土二期冷却不同步，在左右岸分界处形成明显温度梯 度；二期冷却沿上下游方向划分的不同封拱温度分区冷却开 始时间不同步。这些是导致大坝混凝土开裂的一个重要因 素。(2) 大坝按照设计要求进行1521d的一冷，但通水 过程中还存在一定的缺陷，降温不均匀，并且在二冷开始前, 坝体温度平均回升qc左右，以致二冷降温幅度过大(按观 测到的坝内最高温度计算，最大降幅为18"19°c),这是 产生裂缝的重要原因。(3) 已进行封拱灌浆的下部拱坝对上部各坝段混凝土 产生的约束是导致大坝混凝土开裂的重要因素。(4) 对于

4、底宽较大的拱坝，二冷6m盖重明显偏小，加 剧了裂缝的产生。3. 裂缝处理方案及处理原则3. 1裂缝处理方案由于拱坝本身受力特性，裂缝处理目的以补强加固为 主，经过前期钻孔电视观测，裂缝宽度一般在lmm以内，处 理方法应以化学灌浆为主。化学灌浆材料虽然较昂贵，但属 于真溶液，比水泥具有更好的可灌性，而且可按工程需要调 节浆液的凝固时间，有的化学灌浆材料还具有较高的粘结强 度，用于结构补强可获得较好的效果。3. 2处理原则利用坝后马道、栈桥、排架和检查廊道打设灌浆孔穿过 坝体裂缝，通过灌浆孔将环氧浆材灌入裂缝中，将裂缝填充 密实并与缝面混凝土有效粘结。考虑到裂缝分布范围较大， 可视坝体结构分区灌浆

5、。化灌材料性能首先须符合 jc/t1041-2007混凝土裂缝用环氧树脂灌浆材料，再根据 生产性试验及灌浆情况调整。施工必须通过招标选择国内有 类似工程经验、有强大实力的单位实施。4. 混凝土深层裂缝化学灌浆工艺技术本工程裂缝处理从2008年5月开始至2009年12月， 期间经过了生产性试验阶段、高程1061m以下裂缝处理、高 程10611084m裂缝处理、高程1084m以上裂缝处理共4个 阶段。每个阶段每个灌区都根据具体情况制定灌浆方案，每 个阶段每个灌区都根据灌浆情况进行总结分析，根据总结分 析来优化调整灌浆工艺参数，最终总结完成了适合大范围深 层裂缝灌浆的施工技术。4. 1工艺流程孔位布

6、置一钻孔f单孔压水f孔内物探测试f射浆管 安装一灌区压水及外漏封堵一方案拟定、模拟灌浆一压气排 水一化学灌浆一灌后质量检查。4. 2布孔根据生产性试验，拟定间排距6m （高差）x4m （间距）, 通过压水检查情况可进行加密，浆液扩散半径能满足要求。4. 3钻孔考虑到尽量减少化学浆液孔占量，钻孔孔径尽可能小， 但应满足能通入射浆管，目前国内类似化灌工程基本采用 60mm孔。在钻孔设备选用上，考虑到后续孔内物探的效果， 且避免更多的粉沫污染缝面，本工程均选用地质钻机造孔。4. 4单孔分段压水单孔压水检查采用正规单点法压水，由孔底向孔口分段 压水，分段长度为5m,压水压力为0.5mpa。压水过程中通

7、 过流量的变化大致确定裂缝部位，便于与孔内物探成果相互 验证。4. 5孔内物探钻孔及单孔压水试验完成后，将孔内冲洗干净，进行数 字成像测试。主要查明以下内容：钻孔孔深、裂缝距离孔口 位置、裂缝缝面充填情况、裂缝宽度及孔内其它情况。4. 6射浆管安装根据各灌浆孔的孔深，用4钢管接箍连接到孔底作为 射浆管，射浆管距孔底深度不大于10cm。为减少化灌孔占量, 曾提出将止浆塞设置在裂缝外端一定距离，裂缝端灌化学材 料，另外段灌水泥浆。试验表明橡胶止浆塞容易被化学材料 腐蚀，密封效果不好，且不能重复使用。又提出采用模袋法 制作止浆塞，现场试验发现由于钻孔较深，按预定位置放置 模袋难度较大；又因钻孔孔径较

8、小，同时放置射浆管及模袋 注浆管难度较大，模袋密封效果受孔壁情况影响，综合技术 经济分析，采用孔口灌浆方式。孔口段用快硬材料埋设进浆 管（射浆管）和排气管，封堵密实，防止浆液外漏。4. 7灌区压水及漏点封堵灌区压水是指对拟灌区域内所有孔进行全孔压水，压水 顺序为从下层往上层，压力为0. 5mpao上层的灌浆孔返水后, 再从上层的进浆孔压水，依次逐层实施，直到灌区顶层灌浆 孔返水并关闭阀门，测出灌区稳定流量。灌区压水检查的目 的是全面了解灌区各孔串通情况、串漏量大小、查出外漏部 位及外漏量等。对灌区漏点一般采用直接封堵的方法，实践 发现外漏点可在灌浆过程中进行排气和排水，对提高灌浆效 果有利，因

9、此此后对灌区漏点采用埋管封堵的方法。4. 8灌浆方案拟定及模拟灌浆根据灌区压水成果，制定出针对本灌区的化学灌浆施工 方案。由于化学灌浆的不可逆性及重要性，灌浆过程必须受 控，因此有必要进行模拟灌浆，以便掌握各种情况。考虑水 的价格低廉及粘度与环氧浆液接近，本工程采用水模拟浆液 进行灌浆，进一步确认灌区的封闭性、外漏处理效果、是否 会有其它特殊情况发生、灌区总灌水量等。通过模拟灌浆， 可较合理地计划灌浆材料用量，让灌浆实施人员掌握整个灌 浆工艺流程和应急处理方法，从而保证灌浆施工效果。模拟 灌浆进一步清洗了裂缝缝面，有利于环氧灌浆材料的粘结， 可提高灌浆效果；同时，也验证了拟定灌浆方案的可行性。

10、 模拟灌浆在整个灌浆过程中起了非常大的作用，今后类似大 规模化学灌浆均可参照实施此工序。4. 9压气排水压气排水至少两次，第二次在灌浆过程中进行，风压不 超过最大灌浆压力的50%o灌浆孔之间有互相串通的，压气 吹水时敞开该高程或其它高程所有灌浆孔进行排水。没有互 相连通的，利用灌浆管压风，出浆管排水，尽量确保孔内与 裂缝面无积水。5混凝土深层裂缝化学灌浆材料技术5. 1材料性能本工程对环氧灌浆材料性能指标要求严格，各项指标在 满足jc/t1041-2007混凝土裂缝用环氧树脂灌浆材料基 础上，通过现场生产性试验及各阶段技术总结，不断对材料 性能提出改进要求，主要对起始粘度、可操作时间、本体抗

11、压强度进行了改进，最终环氧灌浆材料性能指标见表1、表 2o5. 2材料配制化学灌浆材料的配制根据厂家提供的配比，材料用量用 电子秤称取，材料配比不符合要求的浆液禁止使用，确保用 于灌浆的材料符合技术要求。化灌材料在混合过程中会产生热量，该热量又会引起材 料的加速变稠与固化，一旦材料的粘度变大，其可灌性就会 下降，因此控制材料的发热与保证其正常固化时间显得十分 重要，在配合比方面采用以下控制措施： 在材料供应商专业人员配合下，材料配制由专人负 责，并做好温度记录； 采用专用配浆桶进行配浆，桶外层加冰冷却，控制好 配制浆液的温度，保持在5工35°c； 严格控制材料的配合比，确保材料的性能

12、与灌浆效 果； 在满足灌浆速度的前提下，尽量采用多次少量的配制 原则，每次配制好的材料要求在可操作时间内使用； 浆液混合要在专用的容器内进行，同时该容器要置于 阴凉的棚子内，避免阳光直射；在气温较高或拌和量较多时， 采用冷却设备进行降温； 浆液混合及使用过程中，要定时对混合物充分搅拌， 一方面使其均匀混合，另一方面让其加大与空气接触，充分 散热。5. 3材料检测为有效控制材料各项性能指标符合设计要求，每批材料 均抽样在现场实验室进行性能检测，并同时送第三方进行检 测。其中对力学性能指标分7d、28d、60d三次检测，确保 性能受控。6. 结语水库大坝的安全关系到国民经济的建设和人民群众的 生命财产安全，因此，确保其安全可靠运