红鱼洞水库大坝心墙基座混凝土开裂缝处理技术

王中良

(四川省红鱼洞水库建设管理局，四川 南江 636600)

1 工程概况

四川省南江县红鱼洞水库是以农业灌溉、防洪、城乡生活及工业用水等综合利用的大型水利工程。水库坝址位于南江县桥亭乡境内的南江红鱼洞河段，为“十三五”期间“172”重大水利建设工程。水库枢纽由拦河大坝、左岸泄洪隧洞(兼导流洞)、右岸溢洪道、右岸灌溉取水口及引水隧洞等水工建筑物组合。大坝正常蓄水位EL.650.00m高程，设计洪水位EL.650.50m高程，校核洪水位EL.652.11m高程，坝顶高程EL.652.80m，心墙基础最低高程EL.548.00m，最大坝高104.80m，坝顶宽10.00m，坝顶全长290.00m，最大坝底宽420.80m，总库容1.67亿m3。

红鱼洞大坝为碾压沥青混凝土心墙坝，心墙混凝土基座高2m、宽6～10m的薄而长的混凝土板状结构，同时作为帷幕灌浆压重。心墙基座浇筑时，首先浇筑C25常态混凝土，长度为12m(垂直水流方向)，相邻常态混凝土浇筑块预留2m宽槽，待常态混凝土浇筑28～42d后，预留槽内再浇筑C30UEA膨胀混凝土，形成完整的心墙基座。

2 裂缝排查情况

施工过程中发现桩号坝0+217.90，高程EL.581.40m沿基座常态混凝土与膨胀混凝土结合缝面张开，是贯通缝。后续施工中又发现坝0+102.344附近，沿基座常态混凝土与膨胀混凝土仓的缝面张开，并上下贯通，逐对基座混凝土进行了缺陷普查，发现几乎每个膨胀混凝土仓段的两端都存在着或多或少的开缝情况。对基座混凝土进行了缺陷普查，发现裂缝情况见表1。

表1 心墙基座膨胀混凝土和常态混凝土交界面裂缝统计表

普查发现心墙基座混凝土分仓缝缝面张开分布具有规律性，即常态混凝土与膨胀带混凝土结合面；因齿槽心墙常态混凝土与膨胀带混凝土结合面是薄弱面，且心墙基座混凝土宽高比较大，混凝土浇筑后达到最高温度后降温时受基岩强约束力、混凝土内外温差、地基构造面裂障卸荷等作用，以及缝面凿毛处理不到位和膨胀系数的设计参数等影响，造成分仓的结合面张开，未达到设计预期效果，初步预判为膨胀带与常态混凝土缝面为贯通性张开缝，鉴于沥青心墙为大坝防体，心墙基座混凝土裂缝渗水，直接影响沥青混凝土心墙大坝的安全运行。

3 裂缝及无止水分仓缝处理

3.1 处理技术方案

对于常态混凝土与膨胀混凝土缝面及现场实际情况，采取以“防渗为主、补强为辅”的修补方案，采取的处理方案为内部填充+表面封闭，充填材料采用遇水膨胀、且具有较好粘接性能的聚氨酯灌浆材料;表面封闭采用能够很好适应变形、强度高的SK单组份手刮聚脲复合胎基布材料。

对于顺轴线发现的裂缝(无明显渗水)采取以“补强为主、防渗为辅”的修补方案，采取的处理方案为内部填充、表面封闭，充填材料采用粘接强度、物理力学强度较高，粘度低、渗透扩散能力强、耐久性好的环氧树脂灌浆材料充填，对恢复混凝土的整体性起到修复作用，表面封闭采用能够很好适应变形、强度高的SK单组份手刮聚脲复合胎基布材料。

对于无止水分仓缝(常态混凝土与膨胀混凝土)缝面化学灌浆处理采用遇水膨胀且具有一定强度的聚氨酯灌浆材料。HW灌浆材料强度高、但膨胀量小，LW灌浆材料强度低，但遇水膨胀止水效果好，根据现场缝内漏水情况采用HW∶LW=7∶3(体积比)的浆液进行灌注；混凝土裂缝(无明显渗水)采用粘接幅度、物理力学强度较高，粘度低、渗诱扩散能力强、耐久性好的环氧树脂灌浆材料充填。

为避免蓄水后，温度降低引起的缝面进一步张开，对上游面和水平面裂缝表面采用柔性防渗材料封闭，确保在高水头下不会出现渗漏现象。

聚氨酯灌浆材料拟选用水溶性聚氨酯灌浆料，其遇水膨胀，有堵水功效。它具有粘度低，可灌性好，与混凝土粘接强度高，收缩性小等特点。其性能见表2。

表2 水溶性聚氨酯灌浆材料性能

通过在帷幕区骑缝设置遇水膨胀止水棒，再对缝面内部采用遇水膨胀且具有一定强度的聚氨酯材料进行化学灌浆；最后沿缝面涂刷SK单组份手刮聚脲，总体形成内部充填，表面封闭的防渗结构体，起到防渗以及运行期缝面张开时阻断渗水的作用。其厚度可以通过面积和用料量来控制，保证聚脲厚度不小于4mm。聚脲主要技术指标见表3。

表3 SK单组分手刮聚脲物理力学性能

裂缝处混凝土面涂刷聚脲按图1所示处理，边沿涂刷聚脲与混凝土平滑过渡。要求涂刷聚脲无流淌鼓包现象。

图1 裂缝处混凝土面涂刷聚脲示意图

在帷幕区的混凝土缝面打孔，孔内填充遇水膨胀的止水条，如图2所示，在孔内填充膨胀止水条(板)，为了将孔内渗入的积水排出，用膨胀止水条(板)缠绕在一根φ25mm钢管下部，高度大于30cm，插入孔内，与基岩紧密相接，孔内积水通过钢管排出，再将膨胀止水条分层捣入孔内，保证充填密实；孔内膨胀止水条填充完毕后将钢管内充填砂浆封闭；膨胀止水条充填至距孔口10cm处，将剩余10cm孔壁涂刷一层SK单组分聚脲，再高弹性砂浆回填至基座水平面。

图2 遇水膨胀的止水条安装示意图

3.2 施工方法

3.2.1缝面布置灌浆孔

沿缝走向左右侧50cm各设置一排灌浆孔，孔间距1.0～2.0m，孔深分别为1.2、1.8m交错布置，对已做表面刻槽封闭的缝面，上下游再各增加3个排气孔，对没有进行表面封闭的缝面，不再进行表面封闭；在原钻好的灌浆口的基础上，补打14mm的灌浆孔，孔间距可根据裂缝的开度控制在30-50cm左右，孔深应在0.5m左右，灌浆孔必须与混凝土裂缝相交。

在基座混凝土上游端的顶部钻2m深、直径150mm的骑缝孔，孔内填充防渗性能优异、与混凝土基面粘结强度好的水工改性沥青灌缝胶材料止水棒，再对缝面内部采用环氧化灌材料进行充填并等强检查；最后对临时封闭砂浆进行切割凿除，沿缝走向表面扩大刻槽填充GB柔性填料(以更好适应变形)，6mm厚三元乙丙橡胶板盖板压条封闭处理，总体形成内部充填+表面封闭的防渗结构体，起到防渗和保护心墙的作用。但在完成7个单元150mm骑锋孔钻孔后的验收过程中发现，河床段已造孔完成的孔内渗水严重，利用强排等措施均无法处理孔内渗水:根据基座前期河床段浇筑时基础验收地质资料反应，河床段存在3股泉水，使造孔完成后，孔内存在反压水，难以保证改性沥青施工。逐改变止水棒设置位置，避开地下反压水，使止水棒起到止水作用。

3.2.2膨胀止水棒施工

对原裂缝处理方案进行调整，对无止水分仓缝缝面在化学灌浆前齿槽帷幕灌浆辐射区域，即沥青心墙底部上游侧，距基座中心铜止水片80cm处骑缝钻入岩深度0.2m、直径150mm的止水孔，孔内填充遇水膨胀止水条。

采用XY-2B地质钻机在心墙基座帷幕灌浆辐射区内，即沥青心墙底部基座上游侧，距铜止水片80cm处上游侧骑缝取芯钻孔，从基座顶部采用地质钻机钻孔，要求入岩20cm、孔径150mm。钻孔后采用大流量进行冲洗，冲洗完成后尽量抽干孔内积水，在孔内填充膨胀止水条(板)，为了将孔内渗入的积水排出，用膨胀止水条(板)缠绕在一根25mm钢管下部，高度大于30cm，插入孔内，与基岩紧密相接，孔内积水通过钢管排出，再将膨胀止水条分层捣入孔内，保证充填密实；孔内膨胀止水条填充完毕后将钢管内充填砂浆封闭；膨胀止水条充填至距孔口10cm处，将剩余10cm孔壁涂刷一层SK单组分聚脲，再将高弹性砂浆回填至基座水平面。

膨胀止水条(板)遇水膨胀，有很好的止水性能，见表4。

表4 膨胀止水条(板)的性能指标

3.2.3缝面灌浆及质量检查

(1)灌浆材料及配比

化学灌浆材料采用遇水膨胀且具有一定强度的水溶性聚氨酯材料。HW灌浆材料强度高、但膨胀量小，LW灌浆材料强度低，但遇水膨胀止水效果好；故使用LW和LW混合浆液，浆液配比按照HW∶LW=7∶3 (体积比);灌浆调配采用电子秤称量，人工辅助搅拌棒搅拌均匀。

配浆应少量多次，每次配浆量要与进浆速度相应，否则容易造成配制浆液停放时间长，粘度增大，灌注困难，影响灌浆质量。

浆液配制、灌浆过程中，浆液不得因粘度增大而随意掺加稀释剂。

当进行化学灌浆时，每隔一段时间利用电子秤对灌浆桶里面的化学浆液进行称量，根据时间段内浆液质量的减少记录注入量。灌浆过程采用人工对灌浆过程(主要是灌浆压力及注入率)进行手工记录。灌浆过程中对配制好的化学浆液进行测温，一旦发现温度有较大提升的立即采取流动水降温等措施，整个灌浆过程保持浆温在5℃～45℃之间。

(2)灌浆顺序

由于缝面有渗水及缝面本身比较细微，采用敞口进行灌浆，用浆液替代缝内的水及孔隙，灌浆压力逐步升高，并控制进浆速度，灌浆按由钻孔深度由深至浅的顺序进行灌浆，即先对深孔进行灌注，待相邻排气孔或者缝面排出浓浆时，再灌注下一个灌浆孔，依次类推，直至最后一孔灌浆结束。灌浆时也可采取并联灌浆法，依次推进进行灌浆。

(3)灌浆压力

化学灌浆压力根据现场进浆量及缝宽进行控制，灌浆压力控制在1.5～8MPa。

(4)灌浆结束标准

设计灌注压力下，缝面或者排气孔出浓浆作为灌浆结束标准。

(5)特殊情况处理

灌浆中断：灌浆工作应连续进行，因故中断应尽快恢复灌浆，恢复灌浆时间较长时宜采用新鲜浆液进行灌注。若有其他中断灌浆特殊情况，应及时报告监理、设计。

大耗量控制：根据现场实际情况及岩基渗水情况，灌浆材料改为遇水膨胀的聚氨酯材料进行灌浆，聚氨酯灌浆材料有很好的止水效果，当灌浆压力没有明显的变化，缝内吃浆量过大，可采取间歇待凝的灌浆工艺进行控制，直至缝面或者挂气孔出浓浆。

3.2.4表面打磨清理

灌后取芯检查孔采用水泥砂浆封填，切除表面裸露灌浆管，清除缝面浆液，采用角磨机进行缝面打磨处理，打磨掉缝面混凝土浆及松散混凝土，用高压风清理掉表面灰尘，清理宽度50cm。

3.2.5涂刷专用底涂及SK单组份手刮聚脲

缝面清理干净且晾干后，首先在结构缝或者裂缝部位做5cm空格层，再涂刷BE14专用界面剂，界面剂涂刷宽度控制50cm，待界面剂表干后直接刮涂SK单组份手刮聚脲并复合两层胎基布，SK单组份手刮聚脲涂刷宽度40cm。其厚度可以通过面积和用料量来控制，保证聚脲厚度不小于4mm。聚脲与混凝土搭边之间的收边按图1所示处理，边沿涂刷聚脲与混凝土平滑过渡。要求涂刷聚脉无流淌鼓包现象。

3.3 裂缝处理效果

在灌浆完成后14d后，对灌浆质量进行检查，对经过裂缝处理后的部位进行了压水试验，压水试验压力为1MPa，持续施加5min的压力，最终试验结果透水率为0.2Lu，说明裂缝处理的效果较好，达到方案所预期的要求。

4 结语

裂缝是混凝土结构中常见的质量通病，其处理技术也是倍受关注的难题。裂缝处理是要恢复建筑结构的整体性，限制裂缝扩展，满足建筑结构强度、防渗、耐久性和建筑物安全运行的要求。实践证明，本工程采用的裂缝和无止水分仓缝处理施工技术是行之有效的，可为类似工程施工提供参考和借鉴。