水库面板坝混凝土裂缝处理

董丽杰

（山西泽城西安水电有限公司，山西 晋中 030600）

1 工程概况

山西某水库主要承担着地区农田灌溉、城镇供水、发电、防洪等功能，主要建筑物为钢混面板堆石坝、引水发电洞和进水塔、冲砂放空洞和泄洪排砂塔及溢洪道、地面发电厂房等。该水库大坝为混凝土面板堆石坝，坝高最大为146 m，坝顶长度为323.40 m，净宽67 m。水库大坝面板和趾板均采用C30钢混结构，面板分成两期浇筑，总混凝土浇筑方量21 968 m3。在面板混凝土浇筑施工过程中，先后出现明显裂缝，经过施工方和监理方的联合勘察，发现数百条裂缝，具体可以分成面板原施工缝贯穿裂缝、面板表层裂缝和面板深层裂缝三类，具体见表1。结合相关勘察结果，面板混凝土裂缝在初期大多表现为细微裂缝，此后逐渐发展为引发坝体渗漏的严重裂缝，引发面板结构下碾压堆石体损坏的同时，还引发填筑料流失、面板脱空及塌陷，十分不利于大坝安全稳定运行，必须及时修复处理。

表1 水库面板坝混凝土裂缝统计表

2 处理方案

根据调查发现，该水利枢纽大坝混凝土面板裂缝开度不大且较浅，同一条裂缝内部宽度并不均匀，灌浆补强存在较大难度。所选用的浆液必须将裂缝孔隙充填饱满，灌注后可短期内凝结固化；在施工聚脲封闭层前，必须将混凝土面板表层的浮土、灰尘和杂物彻底清除，将聚脲层刮涂厚度控制在2 mm，混凝土和封闭层之间的粘结强度不低于2.50 MPa。

结合该水利枢纽工程实际及类似水利工程大坝混凝土裂缝处理实践经验，提出“内填外堵”的裂缝处理方案，即混凝土裂缝内部填充或灌浆以堵塞渗漏通道，同时封堵外部裂隙，避免水流进入裂隙。具体而言，对于宽度不足0.20 mm 的裂缝，主要进行涂刷界面剂+涂刷手刮聚脲+铺设胎基布的处治方案，即将其表面打磨光滑后，直接封闭表面，具体结构详见图1。对于宽度在0.20 mm 及以上的分散性裂缝，则采取化学灌浆+基层处治+涂刷界面剂和手刮聚脲的处治方案，即通过化学灌浆技术补强处理后封闭裂缝表面。该水库面板坝混凝土裂缝处理项目包括裂缝检查、水泥基界面剂涂刷、手刮聚脲涂刷、裂缝灌浆、封缝试验、取芯检查等，工程施工任务主要由中国水电十一局太原科研设计公司负责，补强施工拟开始于2020年6月10日，止于同年7月18日，历时38 d。

图1 混凝土裂缝表面封闭示意图（单位：mm）

3 施工工艺及方法

3.1 施工材料与设备

结合裂缝处理质量要求，选用环氧树脂砂浆、环氧胶泥、双组分手刮聚脲等材料进行该水库面板坝混凝土裂缝处理。①HK-WG-22双组分环氧灌浆材料强度高、抗腐蚀性能良好，可与混凝土较好粘结，对面板混凝土补强加固效果好，其A、B组分分别为透明液体和棕色液体，抗压强度、抗拉强度和粘结强度分别在70 MPa、15 MPa 和4 MPa 以上。②应用高渗透改性环氧基层专用界面剂粘结面层混凝土和聚脲涂层，该界面剂属于固含量为100%的环氧底胶，只需要在完成基面处理后均匀涂刷在混凝土裂缝表面。③双组分手刮聚脲与基面具有较好附着力，抗冲击性好，干燥速度快，在使用过程中按照A、B组分1∶1的质量比均匀混合，该材料性能详见表2。

表2 双组分手刮聚脲材料性能表

水库面板坝混凝土裂缝处理设备主要为1 台CDS-190 型取芯钻机、2 台GM-512 型电动灌浆泵、5 台1000W 电动角磨机、2 台BS-40S 电 动 冲 击 钻、1 台DM8032 型 清 洗 机、1 台MAHA130型高压水枪、1台0.80 m3/0.8 MPa空压机。

3.2 宽度不足0.20 mm的裂缝处理

通过角磨机将混凝土裂缝两侧表面打磨，将水泥基表面的棱角彻底清除，并通过高压水枪将清除后的松散水泥、灰尘、浮渣等吹除，达到裂缝处理所要求的清洁、干燥状态。通过高强找平SK-6 型环氧胶泥填补打磨处理后的混凝土表面局部孔洞，要求所用环氧胶泥材料与混凝土良好粘结，且不流淌；对于局部较深坑槽也应采用SK-6型环氧胶泥找平，并待填补材料完全固结后通过角磨机打磨平整表面。

完成基层处理后将专用界面剂均匀涂抹在混凝土表面，涂刷过程中必须避免产生气泡。待所涂界面剂指触表干（即粘手但不拉丝）后，再刮涂双组分聚脲，涂刷面积应不超出界面剂涂刷范围，并保证各层聚脲和胎基布之间良好粘结，手刮聚脲涂抹3～4层且总厚度应达到2 mm。如果在界面剂和手刮聚脲等材料涂刷的过程中遭遇强风和降雨天气，必须立即暂停施工，并用防水帆布覆盖已涂刷好的涂层，待恶劣天气结束后擦干净涂层上的附着物，并涂刷活化剂后再恢复施工。手刮聚脲涂刷结束后24 h内不得浸水，常温干燥养护，并保证其表层平整，无流挂。结束手刮聚脲施工后通过超声测厚仪进行涂层涂刷厚度检测，确保涂层总厚度不小于2 mm。

3.3 宽度在0.20 mm以上的裂缝处理

对于此类裂缝，先通过铲刀将裂缝两侧混凝土表面灰尘、析出物等铲除，再通过电动打磨机磨光，最后用高压水枪彻底冲洗缝面，达到清洁、干燥状态。沿着裂缝走向在裂缝宽度较大的位置粘贴灌浆嘴，间距控制在约25 cm，并通过环氧胶泥封闭缝面。24 h后进行试气检查，试气压力按照0.10 MPa的标准依次增大，最大不超出0.30 MPa。

此后将进气灌浆嘴以外的灌浆嘴全部堵塞，通过洗涤水满涂封闭裂缝表面，如果试气期间无冒泡漏气，则封闭缝面成功；相反，若出现冒泡漏气现象，则应对漏气部位二次封闭，直至满足封缝要求。在进行缝面封闭检查的同时，还应检查灌浆嘴的畅通性，即将进气嘴以外的其余灌浆嘴全部堵塞，沿着裂缝走向由下至上依次检查。具体见图2。

图2 化学灌浆注浆嘴布置图

采用电动化灌浆泵由下至上或从裂缝一端向另一端逐孔灌浆，待灌浆孔出浆后封闭，再继续灌注下一注浆孔。灌浆压力应从小至大缓慢升压，最大注浆压力控制在0.20 MPa以内。灌浆施工期间，如遇灌浆缝面无浆液外溢或压根不进浆，则应调整孔位后再行灌浆。待灌浆设备显示器显示进浆过程停止，且灌浆压力保持稳定的情况下，继续灌注30 min 即可结束灌浆。待浆液固化并达到设计强度后，进行裂缝压水试验和钻孔取芯试验，保证灌浆施工质量。

此后在面板坝混凝土裂缝表面涂刷手刮聚脲的操作与宽度在0.20 mm以下裂缝表面涂刷手刮聚脲的处理完全一致。

4 结论

综上所述，该水库面板坝浇筑施工过程中先后出现各种形式的裂缝，结合裂缝病害实际对宽度在0.20 mm以下的裂缝实施手刮聚脲处治，对宽度在0.20 mm以上的裂缝则采用化学灌浆+手刮聚脲的处理方案，处治效果较好。裂缝修复后补强加固材料和原水库面板坝混凝土结构粘结较好，且抗拉强度满足设计要求，使面板坝混凝土结构整体强度得以恢复和提升。该水库面板坝裂缝处理过程严格按照修补方案执行和控制，如期完工，保证了大坝提前安全蓄水和水库经济效益、社会效益的顺利发挥。