化学灌浆在某碾压混凝土拱坝裂缝处理中的应用

陆文婷，李 硕

（吉林省水利水电勘测设计研究院，吉林 长春 130021）

1 工程概况

某水电站工程位于广西壮族自治区西北，驮娘江上游，坝址区位于西林县普合乡那后村上游2 km左右，距西林县城23 km。电站装机容量3.2万kW。水库的总库容为1.33×108m3，水库正常蓄水位685.00 m，坝型为碾压混凝土双曲拱坝，最大坝高77 m。

该工程混凝土拱坝为2级建筑物，设计洪水标准为100年一遇，校核洪水标准为1000年一遇，其相应泄量为1860 m3/s和1320 m3/s，选择两个泄洪表孔和一个中孔联合泄流的方式泄洪。

坝址处，河谷相对狭窄，河谷呈“V”字形，谷底高程616.00～617.00 m，两岸山脊高程大于750 m，谷底宽37～52 m，河床宽30～40 m，两岸较对称。

拱坝坝基与坝肩出露的岩性为三迭系下统的薄层到中厚层砂岩与泥岩，少数为厚层状。坝基的岩体有63%以上为坚硬的砂岩组成，其单层厚度一般为0.3～0.8 m，最厚2.8 m，最薄 0.1 m；37%左右为泥岩，其一般厚度为0.2～0.5 m，最厚2.3 m，最薄0.05 m。坝基实际开挖揭露的断层有7条，挤压破碎带1条。

挡水建筑物由混凝土拱坝和左右岸推力墩组成。混凝土拱坝坝顶高程687.00 m，防浪墙顶高程为688.20 m。坝顶厚6.70 m，最大坝高77.0 m，坝顶上游弧长271.31 m，最大中心角77.0975°，最小中心角58.6977°，中曲面拱冠处最大曲率半径169.650 m，最小曲率半径103.00 m。坝底拱冠处厚18.0 m，左右拱端处厚22.5 m，厚高比0.234。拱冠梁最大倒悬度为0.10，坝身最大倒悬度为0.201。拱坝呈不对称布置，中心线方位角N14.06°E。

左右岸推力墩坝顶高程687.00 m，底部高程650.00 m，最大坝高37.00 m，按传力墩设计，拱端推力及水压力由其自重及岸坡山体维持，从而维持自身及650.00 m高程以上左拱端的稳定，根据稳定计算确定重力坝断面为：上游为铅直面，顶部宽 16.0 m，底宽 39.50 m，下游坝坡为 1∶0.50，坝底高程650.00 m，左岸推力墩坝顶长54.00 m（沿坝轴线）；右岸推力墩坝顶长48.74 m（沿坝轴线）。在660.00 m高程以下推力墩沿后坡建基面浇筑形成660.00 m平台，以增强推力墩与后沿山体的整体稳定性。

2 大坝裂缝分布及形成原因分析

2.1 大坝裂缝分布及型式

2009年11月，大坝在675.0，658.3 m高程多处出现贯通上下游的水平裂缝，缝宽为0.1～0.6 mm，同时在两侧推力墩的下游侧651 m高程出现接近对称的“八”字型裂缝，缝宽约0.5 mm，缝的表面长度有3 m左右，经过钻孔压水检查，该裂缝深度约0.5～1.5 m。

2.2 原因分析

初步分析裂缝的分布及型式，以及裂缝的深度，坝体的水平裂缝和局部渗水点产生的原因：该高程在施工中停歇时间较长，且出现气温骤降情况，该层面处理不彻底或碾压空隙造成；推力墩的下游侧的“八”字型为结构裂缝，主要是业主为了放空水库，库水宣泄过快，压应力释放造成（库水位由675 m较短的时间内降至635 m）。

3 化学灌浆材料

3.1 化学灌浆的情况

近年来应用最多的化学灌浆材料是水玻璃、聚氨酯和环氧树脂浆材。环氧树脂一般粘度都较大，制成化灌浆材一般都要添加有机溶剂，最大的优点是强度高，止水效果好，缺点是气味大，调节凝胶时间要求高；水玻璃浆材是化学灌浆史上最早使用的化学灌浆浆材，同时也是目前使用最广泛的化学灌浆浆材之一，该浆材具有无毒、粘度小、可灌性好等优点，外浆材价格较低是个重要因素，该浆材不足处为调节不够稳定、凝胶强度很低和凝胶稳定性较差，金属离子易脱溶等，现多半用在临时或半永久工程中；水溶性聚氨酯浆材可灌性好，止水效果最好，但强度偏低。

3.2 化学灌浆材料的选择

大坝的水平裂缝贯穿上下游，而且出现结构性的裂缝，要求所灌注的化学材料具有补强结构及防渗双重功能。因此选择的化学灌浆材料为环氧树脂，裂缝处理后既要满足抗渗要求，又要有很好粘结性能满足大坝结构要求。化学灌浆材料的各项物理力学指标必须满足相关规程规范GB/T2567-2569等的要求。

4 化学灌浆施工工艺及控制措施

大坝裂缝处理采用化学灌浆，主要操作步骤：裂缝检查→造孔→埋嘴→配置浆液→灌浆→检查

1）裂缝检查。仔细检查裂缝，尤其是渗水部位应进行重点检查，确定裂缝的产状、特性以及需要进行环氧树脂化学灌浆部位处理。

2）造孔。为确保裂缝处理质量，在裂缝上下侧进行斜孔灌浆，排距0.5 m，孔距1.0 m，孔径27 mm，孔深4.0 m，倾斜角为8度。造孔后，同样先用高压水，压缩空气冲洗吹干，再灌浆。

3）埋嘴。首先沿裂缝方向凿槽(槽深10 cm、外宽10 cm、底宽8 cm，呈倒梯形)，凿槽后，先清理槽内石屑，用高压水，压缩空气冲洗吹干，然后埋灌浆管（可用紫铜管），埋管间距1.0 m。为防漏浆采用M25高强环氧砂浆回填，并在表面用5 mm厚环氧胶泥密封。为确保裂缝处理质量，在裂缝上下侧进行钻斜孔灌浆，排距0.5 m，孔距1.0 m孔径27 mm，孔深4.0 m，倾斜角为8度。造孔后，同样先用高压水，压缩空气冲洗吹干，再灌浆。

4）浆液配置。根据裂缝的缝宽估计可灌程度，配制适宜的浆液。若裂缝细微可灌性较差，稀释浆液以提高可灌性。

5）灌浆过程控制。为了保证灌浆质量，灌浆采用由下而上的顺序进行灌浆，灌浆压力要分级施加，以0.2 MPa为一级。压力控制采用灌浆机自带压力表读数。在某级灌压下，若吸浆量小于0.05 ml/min时，升压一次，直至达到最高灌压，最高灌压为1.0 MPa。在灌浆过程中，首先是灌浆孔附近的裂缝出气、出水，随后出稀浆，最后才出浓浆。当所灌孔附近的裂缝出浆且出浆浓度与进浆浓度相当时，结束灌浆。

裂缝灌后抽样做压水检测，灌浆完成48 h后，钻孔作压水试验检测，检测时的灌浆压力为0.3 MPa；要求单位吸水率 ω＜0.05 L/（min·m·m）为合格；同时灌浆结束14 d后，进行钻孔取芯，进行强度试验，强度不低于设计要求（抗拉应力不小于2.5 MPa，压应力大于 20 MPa）。

裂缝处理后经过一年的运行，效果良好，无扩张和渗、漏水现象，达到预期的目的。

5 灌浆的关键和难点

化学灌浆施工中关键和难点是：要掌握好精确的浆液配比和稳定、持续的压力并做好排气排水。

6 结语

大坝裂缝处理首先应分析裂缝成因、分布情况、贯通情况以及危害分析，结合大坝的防水和强度等级要求，选择适当的处理时机，选择适当的化学灌浆材料及灌浆施工工艺，尤其是细小的无规则的裂缝，常常能有比较好的效果。