大坝裂缝缺陷堵漏加固施工技术探讨

李 斌

（安徽省淠史杭灌区管理总局工程处，安徽 六安 237010）

1 工程概况

佛子岭水库位于淮河支流淠河东源东淠河上，在安徽省霍山县境内，是一座以防洪、灌溉为主，结合发电、供水、养殖、旅游等综合利用的Ⅱ等大型水利水电枢纽工程。佛子岭水库工程于1952年1月开工兴建，1954年11月竣工，主要建筑物有拦河坝、溢洪道、泄洪及发电引水钢管、电站厂房等。水库坝址控制流域面积1840km2，总库容4.91亿m3，其中调洪库容1.56亿m3，兴利库容3.67亿m3，死库容0.29亿m3。设计洪水标准100年一遇，校核洪水标准5000年一遇。经过半个世纪的运行，佛子岭水库大坝3#、4#、21#拱出现裂缝渗漏、结构破坏，其中3#拱圈施工缝渗漏、拱冠出现纵向裂缝并渗漏，4#拱圈出现较长叉缝并渗漏，21#拱圈施工缝渗漏、施工缝与变形缝交界位置出现叉缝并渗漏，需要维修。

2 渗漏成因分析

（1）佛子岭水库大坝是新中国成立后国内第一座自主设计施工的大坝，建成年代久远，部分施工缝开裂，施工缝内止水措施已遭破坏失效，产生渗漏。（2）坝体高、体量大，拱圈部分位置应力集中并产生裂缝，形成窜水通道，从而出现渗漏。

3 治理方案

由于3#、4#、21#拱圈施工缝张开未破坏拱圈的结构强度，为封堵渗漏水、恢复拱圈结构的完整性，采用化学灌浆封堵并进行裂缝封闭处理。而3#拱冠纵缝以及4#、21#拱圈叉缝不仅存在渗漏水现象，同时由于裂缝的存在破坏了拱圈结构，除采取灌浆封堵及裂缝封闭处理措施以外，还应进行结构加固。通过勘察现场、查阅大坝结构图，遵循设计要求，同时对多种材料进行比选后，施工单位采用比利时先进堵漏加固材料及工艺对大坝进行裂缝渗漏水治理和结构加固、补强。

3.1 拱圈施工缝、拱圈叉缝渗漏水封堵及封闭处理

针对水利工程的特殊性及汛期高水压的实际情况，根据施工单位以往治理众多类似工程的经验，如采用目前国产的传统堵漏材料及常规方式，难以根治。施工单位采用比利时DE NEEF®的Hydro Active® Cut AF、Denepox 40和深层注浆工艺，对拱圈施工缝、拱圈叉缝进行化学灌浆治理。施工单位引进的比利时先进堵漏材料Hydro Active® Cut AF是新一代的单组分硬质聚氨酯注浆液，具有优异的防水和止水性能。浆液遇水后发生反应，迅速膨胀并固化成高强度硬质闭孔固结体。其20倍的膨胀倍率，极大地改善了固化后的闭孔结构和闭孔性，具有优异的机械性能和耐久性，且低黏度、可灌性好，有较好的憎水性，不会被水稀释或发生流失，可以用于处理高静水压、高流速情况下的渗漏。其不含邻苯二甲酸盐，不易燃、不含溶剂，固化后能够耐大部分有机溶剂，耐受弱酸、耐碱、耐微生物侵蚀，并且具备德国KTW饮用水认证。Denepox 40超低黏度双组分环氧树脂注浆液具备对湿度不敏感、在潮湿环境中固化、高强度的优异特性，超低的黏度确保其能够渗透至细微裂缝深处，且具有优异的黏结力（超过混凝土的内聚力）。不仅环保、使用寿命长，而且固化后不受腐蚀性环境的影响。

具体处理方案：（1）基面打磨处理，确定渗漏水裂缝的准确位置和长度，绘制裂缝分布图。（2）沿施工冷缝或渗漏水裂缝表面延伸打磨50cm宽，裂缝两侧打第一排斜注浆孔，深度约为所在位置混凝土拱体厚度的2/3，孔径为14mm，孔距以实际施工中的浆液可灌性确定，一般为200～500mm。进行第一期化学灌浆，灌浆材料为Hydro Active® Cut AF，对裂缝渗漏水从根本上予以有效封堵。（3）裂缝渗漏水封堵后打第二排斜孔，深度约为所在位置混凝土拱体厚度的1/3，孔径为14mm，孔距以实际施工中的浆液可灌性确定，一般为200～500mm。进行第二期化学灌浆，灌浆材料为Denepox 40，对细微裂缝予以封闭和加固。（4）化学灌浆结束后，沿施工冷缝或渗漏水裂缝背水面开槽，槽尺寸为3cm×2cm，槽内先刷界面剂，界面剂表干后涂刷一遍SK手刮聚脲，SK手刮聚脲表干后对槽内嵌填高弹性聚脲砂浆。（5）混凝土冷缝表面涂刷SK手刮聚脲，聚脲中问复合一层25cm宽的胎基布，SK手刮聚脲厚度为4mm，宽度为40cm。

SK手刮聚脲为单组分材料，具有如下特点：（1）材料为脂肪族，耐老化性能好，不变色；（2）抗冲磨性能好、耐老化；（3）强度高、柔性好，与基础混凝土黏接强度大于2.5MPa；（4）分层施工，可以保证涂层厚度的均匀性；（5）无毒、可用于饮用水建筑物；（6）由于不含催化剂，分子结构稳定，具有优异的耐水、耐化学腐蚀及耐老化等性能，在水、酸、碱、油等介质中长期浸泡，性能不会降低；（7）局部缺陷修补使用同一种材料，不需要专门的施工设备，施工方便。

高弹性聚脲砂浆用于混凝土薄层抗冲磨修补及嵌填伸缩缝，这种高弹性砂浆材料最大的特点是有极佳的弹性，弹性模量为16～50MPa，比普通砂浆低1000倍左右，其最大拉伸率在10%～25%（根据配比不同而异），压缩40%后可以完全恢复，是一般混凝土的几百倍，因此具有良好的抗裂性和变形性。这一特点使充填伸缩缝时可以抵抗1.5MPa以上的外水压力。

裂缝灌浆施工示意图如图1所示。

图1 裂缝处理化学灌浆示意图

3.2 拱冠纵缝及拱圈叉缝的加固处理

3#、21#拱拱冠纵缝结构加固范围示意图分别如图2、图3所示。针对3#拱冠纵缝及21#拱圈叉缝，因其结构完整性已被破坏，对大坝结构安全造成危害。根据设计要求，碳纤维片材厚度取0.25mm，加固范围于裂缝两侧宽度不小于1000mm，单层碳纤维布的单位面积碳纤维质量不宜低于150g/m2，也不宜高于450g/m2。该次加固处理采用2层高强Ⅰ级碳纤维布进行加固修缮。高强Ⅰ级碳纤维布技术性能指标如图4所示。

图2 3#拱拱冠纵缝结构加固范围示意图（单位：mm）

图3 21#拱拱圈叉缝结构加固范围示意图（单位：mm）

图4 碳纤维布抗拉强度标准值

具体处理方案：（1）基层处理。清除被加固结构表面的剥落、疏松、蜂窝、腐蚀等劣化混凝土，露出混凝土结构层，并用修复材料将表面修复平整；将被粘贴的混凝土表面打磨平整，除去表面浮浆、油污等杂质，直至完全露出混凝土结构新面；转角粘贴处进行导角处理并打磨成圆弧状，圆弧半径不小于20mm；混凝土表面清理干净并保持干燥。（2）涂刷底层树脂。采用滚筒刷将底层树脂均匀涂抹于混凝土表面。在找平材料表面底层树脂指触干燥后，尽快进行下一工序的施工。（3）找平处理。配制找平材料，用找平材料将混凝土表面凹陷部位填补平整，不应有棱角。转角处采用找平材料修理成为光滑的圆弧，半径不小于20mm。在找平材料表面指触干燥后，尽快进行下一工序的施工。（4）粘贴碳纤维布。按设计要求的尺寸裁剪；按规定配制浸渍树脂，并均匀涂抹于粘贴部位；将碳纤维布用手轻压贴于需粘贴的位置，采用专用的滚筒顺纤维方向多次滚压，挤除气泡，使浸渍树脂充分浸透碳纤维布，滚压时不损伤碳纤维布；第二层碳纤维布粘贴时重复上述步骤，并在最后一层碳纤维布的表面均匀涂抹浸渍树脂。（5）表面防护。碳纤维布的表面均匀喷撒石英砂，确保防护材料与碳纤维布材之间可靠黏结。最后，涂刷一层添加防水聚合物的抗裂砂浆作为保护层。

4 结束语

佛子岭水库大坝通过化学灌浆、结构加固对拱圈施工缝进行处理后，防渗效果明显，大坝安全状况明显改善，施工效果受到参建各方的肯定。新时期，大坝安全管理的要求较高，相关人员必须加强对我国老旧的中小型水库大坝除险加固，推进新时期水利改革发展，确保水库大坝安全运行，充分发挥工程效益，使水库大坝安全管理朝着规范化、制度化、科学化、现代化方向发展。