某水库砌石重力坝裂缝成因分析及处理方案

刘慎凯

（贵州中水建设管理股份有限公司 贵阳 550003）

1 工程概况

某水库校核水位812.46m，正常蓄水位810.00m，总库容114万m3，工程规模为小（1）型，工程等别为Ⅳ等。挡水建筑物为砌石重力坝，大坝轴线长129.50m，最大坝高29.6m，坝顶宽度4.0m，最大坝底宽度25.55m。坝顶高程813.30m，上游坝面793.70m高程以上铅直，793.70m高程以下坡比为1：0.2；下游坝面809.8m高程以上铅直，809.8m高程以下坡比为1：0.75。坝体材料采用C10细石混凝土砌毛石，上游坝面设置厚0.6m的C15细石混凝土砌C15混凝土预制块+1.0m厚的C20混凝土防渗心墙，防渗心墙抗渗等级W6。下游面采用0.6m厚的C15细石混凝土预制块护面。大坝共设置5条横缝，将坝体分为6个坝段，从右至左各坝段长度为27m、30m、30.1m、15m、15m、12.4m。

2 裂缝分布情况

2017年6月至7月右岸第一个坝段开始砌筑，2017年8月上旬砌筑完成。2017年8月底，现场发现大坝右岸第一个坝段出现裂缝，至2018年1月底裂缝发展基本稳定，裂缝位于第一个坝段中部0+014.10m位置，裂缝由上游坝面和下游坝面分别贯通至大坝坝基高程804.70m，缝宽1～3mm，缝面与坝轴线大致呈垂直方向发育。

3 裂缝成因分析

3.1 大坝分缝

大坝分缝长度为27m，分缝长度符合《砌石坝设计规范》（SL 25—2006）第5.5节横缝间距宜为20～40m的规定，因此排除了坝体分缝长度过长导致坝体出现裂缝的可能。

3.2 大坝应力复核计算

3.2.1 荷载组合

应力计算的荷载组合分基本组合和特殊组合两种，本工程考虑以下三种荷载组合情况。

基本组合1：自重+正常蓄水位+扬压力+泥沙压力+浪压力。

基本组合2：自重+设计洪水位及相应下游水位+扬压力+泥沙压力+浪压力+动水压力。

特殊组合1：自重+校核洪水位及相应下游水位+扬压力+泥沙压力+浪压力+动水压力。

3.2.2 坝体应力计算

坝体应力计算采用材料力学法计算，根据《砌石坝设计规范》（SL 25—2006）的规定，在各种荷载组合下，坝基面最小垂直正应力应为压应力，坝体最大主压应力小于砌石体容许压应力，坝体内一般不得出现拉应力。计算公式如下：

式中：σy——坝踵、坝趾垂直应力，Mpa；

∑W——作用于计算截面以上全部荷载的铅直分力的总和，kN；

∑M——作用于计算截面以上全部荷载对截面垂直水流流向形心轴的力矩总和，kN·m；

B—计算截面的长度，m。

3.2.3 计算结论

大坝桩号0+014.10纵剖面位置应力计算结果如表1所示。

表1

查《砌石坝设计规范》（SL 25—2006）表A.0.7可知：本工程砌石体采用C10细石混凝土砌毛石，基本荷载组合工况下毛石砌石体容许压应力值为2.9MPa，特殊荷载组合工况下毛石砌石体容许压应力值为3.3Mpa；地基容许承载力2.0～2.5MPa。由上表计算成果可知应力计算成果和地基承载力满足规范要求。故可排除因坝体应力不满足要求导致坝体出现裂缝的可能。

3.3 施工工艺

从区域坝体砌筑的时间分析，砌筑时6-7月属于一年中气温较高的时段，且现场未有效利用上午或夜间等气温相对较低的时段砌筑，也未采取其它有效措施控制入仓温度，混凝土入仓温度过高易导致坝体后期出现温度裂缝。同时，大坝为细石混凝土砌毛石重力坝，出现裂缝的坝体底部宽度7.8m，顶部宽度4.0m，由于靠近坝顶施工仓面变窄，毛石用量减少，细石混凝土用量增加，坝体内部混凝土水化热过高导致后期出现温度裂缝。

经综合分析，大坝坝体裂缝为坝体内部温度应力释放产生，且在同一部位出现上游坝面、坝顶、下游坝面贯穿性裂缝。

4 裂缝处理

为保证大坝工程安全，防止工程蓄水后从裂缝处产生渗漏，需要对大坝0+014.10m处裂缝进行处理，采用上游面预制块沿裂缝刻槽+柔性填料封闭+坝体灌浆方式。

4.1 裂缝填料

采用聚硫密封胶、聚合物水泥砂浆、环氧基液对上游裂缝进行处理，坝体段采用钻孔灌注水泥浆处理。聚硫密封胶，具有良好的耐油、耐水、耐大气老化、耐紫外线、耐酸碱、耐高温120℃、耐低温-40℃（低温柔曲性良好）、耐冲击、无毒、无污染、属低模量高伸长、非下垂型密封材料。适用于土木工程混凝土结构的变形缝密封，使变形缝具有热胀冷缩、变形移位同步协调的作用。聚合物水泥砂浆是通过向水泥砂浆掺加聚合物乳胶改性而制成的一类为有机无机复合材料，能承受较大振动、反复冻融循环、温湿度强烈变化等作用，耐久性优良，抗压强度高，极限拉伸率高，与老混凝土的粘结强度高。

4.2 灌浆孔布置

根据裂缝的发育位置，在坝顶共设置3个灌浆孔，距离坝顶上游面1.1m的裂缝位置（防渗墙中部）设置1#灌浆孔，钻孔垂直布置，孔深9.6m，深入基岩1.0m；距离坝顶上游面2.8m的位置设置2#灌浆孔，钻孔垂直布置，孔深9.6m，深入基岩1.0m；坝顶中部距离裂缝1.5m的位置设置3#灌浆孔，钻孔向下游倾斜布置，倾角20°，钻孔深度11m，深入基岩1.0m。

4.3 施工次序

施工顺序：上游坝面预制块沿裂缝凿槽→密封界面处理→SGJL-851聚硫密封胶施工→聚合物水泥砂浆施工→环氧基液涂刷→坝体灌浆。

4.4 施工技术要求

4.4.1 上游缝面处理

首先沿上游坝面预制块裂缝面凿成宽30～50mm，深30～50mm的“U”型小槽。采用手提式砂轮机或钢刷对小槽表面进行处理，确保粘接界面干燥、清洁、无油污和粉尘，并表露出坚硬的结构层，涂刷底涂料，然后手工涂胶一层并反复挤压后才可用注胶枪注射涂胶，涂胶过程中要注意从一个方向进行，并保证胶层密实，避免出现气泡和缺胶现象。待聚硫密封胶完全硫化后（7-14h）进行聚合物水泥砂浆施工，最后在聚合物水泥砂浆上涂刷环氧基液，凿槽密封结束。

4.4.2 钻孔灌浆施工

凿槽密封结束后，根据灌浆孔布置位置进行钻孔，钻孔钻进结束之后要求进行冲洗，冲洗水压采用80%的灌浆压力（灌浆压力0.3MPa），直至回水澄清无岩粉为止。灌浆采用一次性灌浆法，灌浆压力为0.3MPa，水泥采用P.O.42.5水泥，所用水泥细度的要求为通过80um方孔筛的筛余量不宜大于 5%，浆液水灰比采用 3：1、1：1、0.5：1 三个比级，逐渐变浓，当注入率不大于1L/min时，继续灌注30min，灌浆结束。

5 结束语

2019年4月，施工现场按照方案处理完毕后水库开始蓄水，现水库已蓄水至正常蓄水位810.00m高程，经过近3个月的观察，裂缝未出现渗漏情况，处理效果较好。大坝出现裂缝的主要原因是高温季节施工未采取温控措施所致，告诫相关施工单位在进行大体积混凝土工程施工时一定要按照设计和规程规范采取温度控制措施，防止出现温度裂缝。