化学灌浆在满天星电站拱坝伸缩缝补强加固中的应用

（湖南省水利水电勘测设计研究总院长沙市410007）

化学灌浆在满天星电站拱坝伸缩缝补强加固中的应用

尹帮达

（湖南省水利水电勘测设计研究总院长沙市410007）

满天星水电站拱坝HF1、HF5、HF93条伸缩缝经内部观测仪器监测反映有张开现象，且3条伸缩缝下游均由不同程度的渗漏现象，研究决定采用化学灌浆进行修补加固处理。用具有良好韧性的灌浆材料，采用深浅孔相结合的灌浆方法对伸缩缝进行化学灌浆处理，达到了防渗补强和恢复建筑物整体性的目的。

环氧树脂化学灌浆伸缩缝满天星水电站

1 工程概况

满天星水电站位于湖南汝城县耒水上游支流浙水上，电站以发电为主，为引水式高水头电站，枢纽工程拦河坝为混凝土六圆心双曲薄拱坝，最大坝高65m（坝底高程510.00m～512.00m，坝顶高程575.00m），拱冠梁底厚9.5m，厚高比0.146，坝顶宽2.5m，坝顶最大弧长189.2m，设有3个泄洪中孔和1个方形放空底孔，为我国已建的最薄双曲拱坝之一。

满天星电站拱坝从右至左共分9条竖向缝（HF1～HF9）。在施工期陆续进行水泥封拱灌浆，运行多年来一直正常。但自2012年以来，经内部观测资料发现，局部封缝出现持续张开现象，为保证大坝安全运行，需进行封缝补强灌浆。

2 裂缝特征及危害

2.1 裂缝检查

裂缝检查采用以下几种方式：

（1）采用测缝计定期观测裂缝的张开度随时间和气温的变化规律。

（2）读数显微镜核实裂缝的宽度。

（3）钻斜孔压水法检查裂缝深度。

（4）观测法检查裂缝的长度。

2.2 裂缝特征

通过对裂缝的观察及量测，总结满天星拱坝裂缝的分布特征如下：

（1）裂缝为施工伸缩缝，伸缩缝随时间和温度变化而发生轻微变化，并且有持续张开现象，尤其是HF1、HF5、HF9三条伸缩缝张开明显。

（2）HF1、HF9伸缩缝裂缝上下端点在（575～563）m高程之间，HF5伸缩缝裂缝上下端点在（575～552）m高程之间。

（3）▽550高程在低温期接缝有张开现象，年变幅在（0.14～1.72）mm之间；▽570年变幅在（0.44～ 1.99）mm之间。

（4）高程越高，接缝的年变幅和年变化量越大，上游略大于下游，左岸略大于右岸。

（5）缝内有少量钙化物及积水。

2.3 裂缝危害

通过现场及现有资料分析[1]：拱坝坝体伸缩缝的持续张开现象是由诸多原因造成，主要原因是气候温度变化以及时间的推移，混凝土收缩，致伸缩缝进一步拉开，同时缝内止水老化导致坝体渗漏。伸缩缝的张开导致坝体渗漏，同时水体压力的扩大会加剧坝体伸缩缝的张开而成为危害性的裂缝。

3 施工技术方法

3.1 灌浆材料选择

本次化学灌浆采用环氧树脂为灌浆主剂，环氧灌浆材料粘度低，可灌性好，抗压强度高达40MPa以上，与混凝土的粘结强度高，一般都大于混凝土本身的抗拉强度，对潮湿面的亲和力好[2]，其主要性能指标则见表1。

表1 环氧浆材主要性能指标

环氧灌浆材料是由主剂（环氧树脂）和副剂（固化剂）发生交联反应而形成不溶的具有三向网状结构的高聚物，而副剂的添加比例和种类直接影响灌浆材料的强度、凝结时间和柔韧性，本次灌浆针对封缝处理和深层裂缝灌浆的需要采用两种副剂以满足实际施工需要。

3.2 工艺流程

布设灌浆盒和灌浆孔→凿缝钻孔→冲洗与检查→埋灌浆管及灌浆盒→封缝待凝→配浆及灌浆→灌浆后质量检查。

3.2.1 布孔

根据裂缝性状和分布特点，对3条裂缝（HF1、HF5、HF9）上下游面采用表面骑缝灌浆和内部钻孔（深浅孔）灌浆相结合处理方法进行灌浆处理。具体布设如下：

根据裂缝表面张开度，在3条伸缩裂缝上下游表面较宽处布设灌浆盒，每1.6m左右布设1个灌浆盒。

在裂缝上下游两侧均布设浅、深两排灌浆孔。浅孔孔间距1.6m且沿裂缝交错布设，深孔孔间距也为1.6m且沿裂缝交错布设，浅孔和深孔之间间距为0.8m。灌浆盒与灌浆孔的布置见图1。

3.2.2 钻孔及凿缝

用钻头为Φ42的风钻钻孔，钻进角度均为60°，浅孔孔口离裂缝距离均为0.6m，孔深均为1.2m；深孔孔口离裂缝距离均为0.8m，孔深为1.6m。钻孔示意图详见图2。每条伸缩缝上下游沿裂缝凿一条宽、深约（2～4）cm的“U”型槽，同时预留埋设灌浆盒的部位。

图1 灌浆盒及灌浆孔布设纵面示意图

图2 裂缝钻孔示意图

3.2.3 钻孔冲洗、裂隙冲洗和压水试验

钻孔结束后，用高压风将钻孔及“U”形槽冲洗干净，吹净孔内（槽内）粉末，然后再清水清洗直至清水流出，确保进浆孔、回浆孔穿过裂缝缝面。在确定裂缝缝面通畅之后，用高压风将积水冲干。

3.2.4 埋灌浆管和灌浆盒

钻孔结束后，用高压风将钻孔及钻孔周围吹洗干净，灌浆盒底座涂上环氧基液，在伸缩缝上对应位置埋设灌浆盒，再用环氧砂浆将灌浆盒贴牢。灌浆孔上布设的进浆管和排气管一并用环氧砂浆封牢。

3.2.5 封缝待凝

由于伸缩缝均为竖向裂缝，坡度大、裂缝长，因此合理的封缝方法对封缝尤为重要，施工中发现柔韧性比较大的固化剂即使调整固化剂加入比例也难以封缝，凝结时间长，最终采用柔性材料进行封缝处理。

3.2.6 配浆灌浆

拱坝坝体厚，裂缝深，为保证浆液能充满整个坝体，因此采用深浅孔相结合的方式进行灌浆，同时考虑浆液在坝体内的流动性，需要适当的延长其固结时间，因此采用韧性好的固化剂，根据灌浆当天的天气温度加入比例为40%～50%。影响化学灌浆效果主要因素之一是裂缝内的空气和积水无法排除，导致灌浆不彻底，效果差。本次灌浆的灌浆孔埋设进浆管和排气管，在施工现场配置浆液，灌浆时利用浆液的密度比水大的特性，灌浆时慢慢的把裂缝及孔内的空气及积水排出，然后封住排气管，用灌浆泵按自下而上的原则逐孔逐盒进行灌浆，灌浆压力一般不超过0.3MPa。

4 处理结果统计及灌浆后效果分析

满天星水电站拱坝伸缩缝灌浆处理完成的工程量详见表2。

表2 大坝化学灌浆处理情况

满天星水电站拱坝伸缩缝灌浆处理完成后试验结果的详见表3。

上述结果表明，伸缩缝经化学灌浆处理后，3条伸缩缝的压水试验结果表明其处理效果良好，试段几乎不渗水，达到了很好补强防渗堵漏的目的。

表3 大坝化学灌浆单位透水率试验结果统计表

5 结语

先后对满天星水电站大坝HF1、HF5、HF9伸缩缝进行了环氧树脂化学灌浆处理。采用复合固化剂和不同的固化剂掺量，灌浆时深浅孔及灌浆盒相结合，灌浆管和排气管的配合利用，有效阻止了库水进入裂缝，取得了很好的灌浆效果。上游灌浆时在下游裂缝中可以观察到浆液，进一步说明施工工艺完善，浆液充分贯穿整个坝体。固化后的化学材料具有很好的韧性和强度，满足了坝体伸缩缝随季节变化的需要，为坝体在不同的气候环境下提供足够的安全保障。

[1]陈安新.混凝土渗漏水裂缝化学灌浆处理与探讨[J].水利发电，2007，6（33），45－48.

[2]马哲，庞浩，等.化学灌浆材料的研究进展综述[J].广州化学，2014，39（1），9－13.

2017－02－09）

尹帮达（1987-），男，硕士研究生，助理工程师，主要从事化学灌浆施工及水利工程质量检测工作，手机：14726970049。