杨房沟水电站大坝混凝土裂缝化学灌浆处理施工

王元鹏 刘涛

摘要：为了处理杨房沟水电站拱坝上游坝面出现的局部裂缝，保持其混凝土的耐久性并达到补强、抑裂、防渗等目的，通过试验论证并结合刻槽、钻孔、埋管、封缝、化学灌浆、防渗盖片封闭等方法进行了裂缝处理。灌浆检查成果表明：裂缝处理效果满足规范及设计要求，处理方法合理。经过2个洪水期后混凝土裂缝未渗水且未二次张开及扩展，拱坝混凝土裂缝处理整体效果良好。该裂缝处理技术可供类似工程借鉴。

关键词：混凝土裂缝； 化学灌浆； 防渗盖片； 杨房沟水电站； 雅砻江

中图法分类号：TV543.2;TV64

文献标志码：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2023.S2.008

文章编号：1006-0081（2023）S2-0027-05

0 引 言

高拱壩大体积混凝土裂缝处理技术是水利水电工程专家、学者研究的重要课题。杨培洲等［1］采用钻孔法环氧树脂灌浆工艺，选在冬季低温时进行高寒高海拔地区大型水工隧洞混凝土裂缝处理施工。梁皓［2］通过化学灌浆进行水电站混凝土裂缝修复，达到补强、抑裂和提高流道混凝土抗冲磨、防渗耐久性能的目的。徐凯［3］对沿河县甘溪水库工程大坝裂缝进行处理，采用洁净空气对裂缝与预埋管间的畅通情况和裂缝口密封情况及管路安装的牢固性、可靠性等进行检查。本文基于中国首个采用EPC模式建设的百万千瓦级水电站裂缝处理施工实践，采用化学灌浆及防渗盖片处理技术进行裂缝处理，以期为同类工程裂缝处理提供借鉴。

1 工程概况

杨房沟水电站是四川雅砻江中游河段一库七级开发的第六级，工程规模为大（1）型。工程枢纽主要建筑物由挡水建筑物、泄洪消能建筑物及引水发电系统等组成。挡水建筑物采用混凝土双曲拱坝，坝高155 m，泄洪消能建筑物为坝身表、中孔+坝后水垫塘及二道坝［4］，泄洪建筑物布置在坝身，消能建筑物布置在坝后；地下厂房采用首部开发方式，尾水洞布置在杨房沟沟口上游。电站总装机容量1 500 MW，安装4台375 MW的混流式水轮发电机组［5］。2020年12月19日，对拱坝基础强约束区范围上游坝面高程2 005 m以下进行裂缝检查：右岸11号坝段发现1条裂缝，12号、13号坝段分别发现1条、3条裂缝，右岸其他坝段及左岸坝段未发现裂缝。

2 裂缝分布、产状及成因分析

（1） 裂缝分布。大坝基础强约束区范围上游坝面5条混凝土裂缝分布位置示意见图1。

（2） 裂缝产状。上游坝面裂缝主要产状统计见表1。

（3） 裂缝成因分析。寒潮影响、昼夜温差较大，混凝土表面拉应力增大，在空库情况下，坝体下游坝面拉应力区叠加，贴角部位结构突变应力集中，局部保温失效等多种因素叠加作用，造成了裂缝的产生。

3 灌浆材料及性能

采用环氧树脂作为裂缝灌浆材料，材料性能检测指标均满足JC/T 1041-2007《混凝土裂缝用环氧树脂灌浆材料》、DL/T 5193-2004《环氧树脂砂浆技术规程》要求，详见表2。

4 裂缝处理方法

4.1 裂缝刻槽

沿混凝土裂缝走向在混凝土表面刻一外窄内宽的燕尾槽，表面宽7 cm、内部宽10 cm、深度5 cm。用高压水将槽面冲洗干净，吹干槽内后用毛刷均匀地涂抹一层环氧基液。环氧基液涂刷完毕30 min 后进行预缩砂浆嵌填，嵌填完成后表面涂刷HK增强型涂层。刻槽回填示意见图2。

4.2 裂缝钻孔

（1） 11-1号裂缝为分布在F11横缝左岸侧约50 cm的竖向裂缝，长度约2 m，高程约1 974～1 976 m，宽度约0.02 mm，深度小于25 cm，采取应力释放孔+横缝F11缝面局部封灌+刻槽回填+化学灌浆+防渗盖片封闭的综合处理措施。

施工时，共在11-1号裂缝两端钻设应力释放孔2个，孔深20 cm，钻孔角度为沿裂缝缝面延伸方向；灌浆孔+骑缝孔7个，孔深20 cm，钻孔角度为距离裂缝20 cm，45°向裂缝倾斜，埋设Φ10 mm灌浆管，骑缝孔在刻槽回填时埋设灌浆管；排气孔4个，孔径均为Φ14 mm，钻孔角度为距离裂缝20 cm，45°向裂缝倾斜。11-1号裂缝施工钻孔布置见图3。

同时，对其附近的11号横缝采取了聚氨酯灌浆处理措施，处理范围为沿横缝方向对应11-1号裂缝位置向上、下各延伸1.0 m。先在底部端头钻设一个Φ14 mm阻断孔，孔深20 cm，并用棉纱混合堵漏王对钻孔进行封堵；使用手持式切割机对缝面进行清理，然后用风将缝面吹净，使用环氧胶泥对横缝表面进行封堵，同时埋设Φ14 mm灌浆管。强度达到设计要求后进行聚氨酯化学灌浆。

（2） 12-1号裂缝为分布在12号坝段基础强约束区的竖向裂缝，长度约5 m，高程约1 973～1 978 m，宽度约0.03～0.40 mm，深度小于50 cm。对该裂缝采取应力释放孔+刻槽回填+化学灌浆+防渗盖片封闭的综合处理措施。

施工时，共在12-1号裂缝两端钻设应力释放孔2个，孔深20 cm，钻孔角度为沿裂缝缝面延伸方向；灌浆孔+骑缝孔14个，孔深20 cm，钻孔角度为距离裂缝20 cm，45°向裂缝倾斜，埋设Φ10 mm灌浆管，骑缝孔在刻槽回填时埋设灌浆管；排气孔10个，孔径均为Φ14 mm，钻孔角度为距离裂缝20 cm，45°向裂缝倾斜。12-1号裂缝施工钻孔布置见图4。

（3） 13-1、13-2、13-3号裂缝为分布在13号坝段基础强约束区中部的竖向裂缝，分布高程约1 984～1 996 m，长度分别约6 m、3 m、3 m，宽度约0.03 mm，深度小于50 cm。对上述3条裂缝采取应力释放孔+刻槽回填+化学灌浆+防渗盖片封闭的综合处理措施。① 在13-1号裂缝两端钻设应力释放孔2个，孔深20 cm，钻孔角度为沿裂缝缝面延伸方向；骑缝兼灌浆孔16个，孔深20 cm，在刻槽回填时埋设Φ10 mm灌浆管。② 在13-2号裂缝两端钻设应力释放孔2个，孔深20 cm，钻孔角度为沿裂缝缝面延伸方向；骑缝兼灌浆孔6个，孔深20 cm，在刻槽回填时埋设Φ10 mm灌浆管。③ 在13-3号裂缝两端钻设应力释放孔2个，孔深20 cm，钻孔角度为沿裂缝缝面延伸方向；骑缝兼灌浆孔4个，孔深20 cm，在刻槽回填时埋设Φ10 mm灌浆管。13-1、13-2、13-3号裂缝施工钻孔布置见图5。

4.3 预灌性压水检查

灌浆管全部安装结束后，采用自下而上的方式对各灌浆孔进行压水检查。具体操作要求如下。

① 压水压力为0.1 MPa。

② 从最低高程裂缝灌浆孔开始压水，其余灌浆孔阀门全部打开。待上部各灌浆孔出水后，按出水先后顺序依次关闭管口阀门，同时保持底部灌浆孔持续进水，直至顶部裂缝灌浆孔出水。

③ 当出现某一裂缝灌浆孔全部未出水时，则改从临近灌浆孔进行压水，其余裂缝灌浆孔阀门全部打开。若不出水，依次改换灌浆孔直至全部灌浆孔均压水；若仍不出水，则可判定此处裂缝灌浆孔间距偏大或灌浆孔未钻遇裂缝（斜孔），在其中间加密灌浆孔或调整钻孔角度（斜孔）并配合通水检查，再次加密直至各灌浆孔与缝面全部畅通或最小孔距为20 cm为止。

4.4 试气检查

灌浆管埋设、通水检查完成封闭后，根据JC/T 1041-2007《混凝土裂缝用环氧树脂灌浆材料》要求，采用空气压缩机对裂缝与预埋管间的畅通情况和裂缝口的密封性及管路安裝的牢固性、可靠性等进行试气检查。试气压力先小后大，控制不超过0.1 MPa。试气时吹尽缝内的积水，使裂缝面保持干净、干燥状态，然后关闭除进气管以外的其余灌浆管，用肥皂水或洗涤剂水满刷封闭裂缝表面，如有漏气，则需重新封闭漏气部位。

4.5 化学灌浆

4.5.1 横缝F11缝面局部聚氨酯封灌

在横缝F11高程1 973～1 977 m采用水溶性聚氨酯将上游坝面与横缝F11第一道止水之间的缝面进行灌封。

施工时共埋设灌浆管4孔，化学灌浆时，先从底部孔进浆施灌，待中间孔串浆后，封闭被串孔，直至顶部沿缝面串出聚氨酯浆液后，即停止灌浆，关闭进浆阀门，完成灌浆施工。

4.5.2 裂缝灌浆

（1） 裂缝化学灌浆配浆。灌浆材料采用PSI-501低黏度改性环氧树脂灌浆材料，配比为9∶1（质量比）。① 化学灌浆浆液配制时，由配浆人员在现场根据规定比例配置A、B两组份材料。② 由专人按量进行浆液配制，遵循少配、勤配的原则。③ 固化剂（B组份）的加入应慢速、自落式成线状加入A液，边加入边搅拌，搅拌时间以固化剂加完后约3 min 为宜。每次配浆量应与进浆速率相应，否则配制浆液放置时间过长，容易造成黏度增大、灌注困难，进而影响灌浆质量。④ 每配置一次化学浆液均应详细记录。

（2） 化学灌浆施工。① 按自低高程孔至高高程孔的顺序施灌，施工过程遵循“低压力、长时间、慢速率”的原则。先将其余灌浆孔阀门全部打开，从最低高程进浆管进浆，待其上部灌浆孔排出浆液后，关闭该进浆管，逐级升压。待顶层灌浆孔排浆后，进行屏浆与闭浆。② 进浆管管口压力为0.10～0.15 MPa，在灌浆过程中，由监测人员安装监测仪器对缝面张开情况进行监控，裂缝张开度为0.002～0.013 mm。

③ 在设计压力下，当浆液注入量小于0.01 L/min后，继续保持设计压力屏浆15 min后结束灌浆。灌浆结束后进行闭浆，直至浆液完全失去流动性。

④ 当灌浆结束、浆液终凝后，即可沿混凝土表面切除灌浆嘴，同时清理已固化的外溢浆液。

4.6 表面处理

化学灌浆完成后，对刻槽部位混凝土表面进行打磨，在表面垂直涂刷两道环氧胶泥，其中11-1号裂缝涂刷范围为裂缝左岸侧25 cm至横缝F11右岸侧25 cm，上下端部以外各25 cm，其余裂缝涂刷范围为裂缝两侧及上下端部以外各25 cm。

4.7 防渗盖片封闭

先将防渗盖片铺设范围的坝体表面打磨平整，清理干净后，涂刷2道SR配套底胶，将SR防渗盖片黏贴好，采用6 mm厚镀锌扁钢和膨胀螺栓进行周边加固，然后采用封边剂对四周进行封边。对于需搭接的部位，搭接长度为25 cm，在搭接段SR盖片上先刷SR配套底胶，再进行搭接黏贴，见图6。

5 化学灌浆成果分析

5.1 预灌性压水检查

预灌性压水压力为0.1 MPa，从最低高程裂缝灌浆孔开始通水，其余灌浆孔阀门全部打开。待上部各灌浆孔出水后，按出水先后顺序依次关闭各裂缝灌浆孔阀门，同时保持底部灌浆孔持续进水，直至

顶部裂缝灌浆孔出水。12-1号裂缝各灌浆孔均出水，缝面畅通。11-1、13-1、13-2、13-3号裂缝各孔均未出水，缝面闭合。

5.2 试气检查

试气压力为0.08 MPa。试气时吹尽缝内的积水，使裂缝面保持干净、干燥状态，然后堵塞除进气管以外的其余灌浆管，用肥皂水满刷封闭裂缝表面，重新封闭漏气部位。

5.3 灌浆串孔情况

上游坝面化学灌浆施工于2020年12月26～27日进行。施工过程中，11-1、13-1、13-2、13-3号裂缝均无串孔，表明裂缝缝面未张开，各灌浆孔串通性差；12-1号裂缝在灌注12-1-5孔时串浆至12-1-6孔，12-1-7孔串浆至12-1-8孔，12-1-9孔串浆至12-1-10孔，表明裂缝缝面张开，各灌浆孔串通性好。

5.4 灌浆成果

上游坝面5条裂缝化学灌浆累计耗浆（含外漏、废弃、设备清洗）47.432 kg，纯灌注量为19.467 kg，各缝单位耗浆量0.053～8.388 kg/m2，平均单耗4.421 kg/m2。各裂缝灌浆成果见表3。

根据裂缝长度、宽度、深度计算缝容，与化学浆液灌入体积对比，11-1、13-1、13-2、13-3号裂缝浆液灌入量与缝容相近，12-1号裂缝浆液灌入量远大于计算缝容，原因可能为裂缝宽度、深度不规则，导致计算缝容不准确。裂缝计算缝容与灌入浆液体积对比见表4。

5.5 裂缝处理成果

化学灌浆施工中，11-1、13-1、13-2、13-3号裂缝均无串孔现象，但有少量浆液灌入，分析其原因为局部缝面填充或混凝土浸渗耗浆，说明上述裂缝张开度极小，不具可灌性或裂缝为浅层裂缝；12-1号裂缝耗浆量较大，且灌浆时发生串孔现象，这与其缝面宽度较大的情况相符。对灌浆施工记录成果资料的分析结果表明，大坝坝面裂缝化学灌浆质量合格。

5.6 裂缝检查成果

灌浆完成后，通过钻孔、压水试验检查，结果表明：裂缝面闭合，缝面化学浆液结石充填饱满、密实，压水试验透水率均为0，灌浆效果满足要求。

5.7 裂缝灌浆效果

混凝土裂缝已按设计要求进行了处理并通过了验收，各单元质量验收合格，施工材料质量全部合格，裂缝处理效果满足规范及设计要求。

6 结 语

本文通过调查研究、试验论证及现场施工实践，验证了采用化学灌浆及防渗盖片的混凝土裂缝处理技术可以达到补强、抑裂、防渗的目的。经过两个洪水期的验证，混凝土裂缝未渗水，且未进一步变化及扩展。由于国内采用EPC模式建设的百万千瓦级水电站高拱坝较少，采用裂缝化学灌浆+防渗盖片处理技术的经验也较少，本文研究成果可为同类工程裂缝处理提供借鉴。

参考文献：

［1］ 杨培洲，董小虎，孙起军.高海拔寒冷地区大型水工隧洞混凝土裂缝处理［J］.水利水电快报，2022，43（增2）：27-31.

［2］ 梁皓.化学灌浆在水电站混凝土裂缝修复中的应用［J］.云南水力发电，2022，38（2）：143-146.

［3］ 徐凯.沿河县甘溪水库工程大坝裂缝处理方案浅谈［J］.内蒙古水利，2021（1）：51-52.

［4］ 王国力.杨房沟水电站尾水洞施工支洞布置优化［J］.四川水利，2017，38（5）：43-44，52.

［5］ 刘涛.杨房沟水电站坝肩高陡边坡支护设计与施工［J］.建筑技术开发，2021，48（19）：160-162.