水电站工程重力坝混凝土裂缝的处理

[摘要]兴水之利，谓之水利；利水之力，建二次能源，称水电；坝、渠道、隧洞、水电站等为体现人类改造自然，开发水利水电的水工建筑物。而重力坝工程是电站工程的主要组成部分，其工程质量的好坏，将对工程安全及投资产生极大的影响。

[关键词]水电站 水利 水电 裂缝

1 前言

大坝混凝土裂缝是大坝的病害表现之一，裂缝的存在直接导致混凝土抗拉性能的降低，裂缝也会引导有害物质进入混凝土内部，造成钢筋锈蚀，甚至混凝土结构破坏。对于水库蓄水发电和灌溉来说，挡水混凝土结构的裂缝会直接引起渗漏，如果渗漏量达到一定程度，就直接危及工程的蓄水能力；对于混凝土重力坝来说，如果裂缝达到一定贯穿深度和宽度，会引起坝体内压力的急剧增长，削弱坝体的抗滑能力，对结构抗震非常不利，甚至会对整个坝体的结构稳定和安全造成威胁。几乎所有的大坝混凝土工程都有不同程度的裂缝，只是裂缝的多少、大小(长,宽和深)不同而己.国内著名的葛洲坝,兴建时期先后发现大小裂缝4807条。大坝上游面混凝土竖向裂缝也是一种常见的病害，我国的柘溪大头坝、潘家口重力坝、黄龙滩重力坝、美国的德沃夏克重力坝、俄国的基洛夫大头坝、加拿大的雷沃斯托克重力坝等上游面混凝土都有较长的裂缝,有的还相当严重.。这类混凝土竖向裂缝大部分产生在坝段的中心线附近，并多半是施工期产生的。一般讲产生这类缝是多种因素作用的结果，举世瞩目的三峡大坝也未能避免这类竖向裂缝的产生。

2 某电站重力坝裂缝概况

大坝为碾压混凝土重力坝，最大坝高50.2m。在大坝混凝土浇筑后第二年春季裂缝调查时发现，6号溢流坝段上游出现一条竖向裂缝，其最大缝宽有0.2mm.。

3 关于混凝土结构出现裂缝的原因

混凝土结构物裂缝分为两大类：一是因荷载引起的裂缝，二是因结构变形变化引起的裂缝。工程实践中结构物裂缝的原因，属于由变形变化引起的裂缝，据有关统计资料显示约占已发现裂缝数量的80％左右。变形变化包括因温度变化而产生的裂缝，即外界气温的骤降、混凝土水化热温升高的变化导致混凝土内外温差加大，当对混凝土的保护不利，温度应力超过混凝土抗裂性能时而出现温度裂缝包括因混凝土在硬化过程中自生体积变形呈收缩状态，尤其在与基岩相接触的强约束区混凝土，更容易出现因混凝土的收缩而出现的收缩性裂缝。试验证明，当水泥品种一样、水灰比不变、掺和料（粉煤灰）掺加量不变时，粉煤灰品种及品质对混凝土收缩性能有较大的影响；试验证明，一旦混凝土出现了收缩变形即使重新浸水饱和（施工中采取长流水养护等），其变形也不能完全恢复，即出现永久性收缩变形；包括因基础岩性复杂，节理、裂隙发育或夹层较多时，或因施工进度的约束，混凝土盖重过厚才进行基岩固结灌浆，从而导致基岩承载后产生不均匀沉陷，出现沉陷性裂缝。

综上所述，该水电站重力坝段出现裂缝经分析其原因也不外乎混凝土收缩问题、基础不均匀沉陷问题、温度问题等，但也不能排除施工中不良因素促使混凝土出现裂缝的可能性。如混凝土浇筑过程中垂直运输手段不足而使用滑槽下料混凝土分离严重，加之平仓不利、过震或欠震，造成入仓后的混凝土质量不均，则极易在薄弱面提供出现裂缝的条件；施工过程中对混凝土进行标准养护或保护，极易因进度的要求而被简化或忽略。

4 裂缝的处理

4.1要求

裂缝的出现破坏了坝体的整体性，将使坝体的整体抗滑稳定和应力状态无法满足设计要求，因此必须进行化学灌浆的补强处理。经处理后坝体应恢复完整性，其应力状态应符合设计要求。所以，选择的化灌材料必须满足下列要求：

（1）弹性模量≥27×103MPa;（2）抗压强度≥30MPa;（3）与混凝土的粘结强度≥3MPa;（4）对水、潮湿或干燥的缝面情况均有较好的适灌性；（5）稠度小、可灌性好。

4.2化学灌浆材料的选择

根据对裂缝处理的要求和对化学灌浆材料的要求，经几种材料的对比检验，选用中国科学院广东化学研究所的国家专利产品YDS-0浆材，该材料物理性能优越，最大的特点是具有良好的可灌性。

4.3化灌设备

①灌浆泵，选用美国生产的化学灌浆堵漏注浆专用设备，该设备的灌浆压力控制范围可在 0.5～20 MPa，性能极佳。②灌浆咀，选用仿进口的可进浆、可回浆、可排气的多功能灌浆咀，它的最大优点是不会堵塞，能保证灌浆顺利实施。

4.4浆材灌注

①该坝段和相邻坝段之间是结构缝,化灌浆材不能灌入结构缝而使结构缝堵塞失去作用；所以首先用LW型遇水膨胀的弹性材料灌入永久缝达到封闭永久缝的目的，且不能占据坝段的有效断面。LW浆材遇水后体积成倍地膨胀，且抗拉强度小但变形量很大呈弹性状态。因永久缝与下游尾水相连通（利用尾水水压在运行工况下为窝壳平压，从而简化结构措施），因此非常适合作为永久缝的填缝材料。

②灌注程序，采用分区施灌的办法，从最下面的灌区（高程最低的）向上面的灌区灌注。在同一灌区内自下而上分层推进灌注，灌下层孔时利用上层孔排气回浆，直至灌满一个区。

③为不破坏裂缝状态，灌浆压力取0.5～1.0 MPa。

④当灌注孔在设计灌注压力下连续20 min进浆率小于10 mL/min时灌浆结束。

4.5质量检查与控制

①执行准灌证制度，当一个灌区开灌前质检人员对灌浆设备是否完好、计量仪器是否经过校验、缝的清洗情况等进行检查，合格后签发准灌证。

②在灌注过程中质检人员对灌浆压力、吃浆量、灌注程序、结束标准进行跟踪控制。

5 质量检验

经取混凝土心样，外观检查，裂缝浆液充填饱满，黄褐色固化浆液呈椭圆状、薄片形，胶结良好。YDS-0浆材检验，抗压强度32.2MPa,满足设计要求。在发生裂缝部位安装了6只测缝计，经下闸蓄水后两个月的观测数据表明，裂缝开度无变化。经处理后的裂缝满足设计要求。

参考文献：

[1]水电站大坝运行安全管理规定实施手册.第二章.

[2]沈新普.混凝土断裂的理论与试验研究.中国水利水电出版社.

[3]戴会超，王建.国内外水利水电工程混凝土裂缝及其防治技术研究.黄河水利出版社.