水库混凝土坝体裂缝产生原因分析及处治对策

水库混凝土坝体裂缝产生原因分析及处治对策

【摘要】为了保证混凝土大坝的安全可靠运行，必须对混凝土坝浇筑后出现的裂缝进行有效处治。本文结合水库工程，分析了混凝土坝裂缝的特点及产生原因，阐述了裂缝的处治方案和处治原则，并制定了相应的技术对策，以确保大坝的安全运行。本工程的处治经验可供类似缺陷工程参考借鉴。

【关键词】混凝土；深层裂缝；原因；方案；处治对策

水库大坝不仅为防汛抗洪调度、确保一方平安做出了巨大贡献，而且兼顾灌溉、发电、供水的重任，因此，确保水库大坝的安全就尤为重要。水利工程大坝由混凝土和钢筋混凝土承担，因此混凝土在工程建筑物中显得尤其重要。但混凝土坝在施工过程中会出现各种裂缝，其原因主要是温度变化引起的，这种裂缝特别是深层裂缝和贯穿裂缝，对混凝土坝的整体性、耐久性和防渗能力具有严重的危害。为了确保混凝土大坝的安全和长期可靠运行，必须对裂缝产生原因进行分析，进而采取处治对策。

1.工程概况

某水库工程是以发电为主，兼有防洪、灌溉、养殖和旅游等综合利用效益水利枢纽工程，水库具有不完全多年调节能力。

2.裂缝特点及产生原因分析

2.1坝体裂缝特点

（1）开裂的位置较为奇怪，发生在大坝内部。

（2）缝面的面积较大，极为少见。

2.2裂缝原因分析

产生裂缝的主要原因有以下几个：

（1）大坝采用的混凝土温度控制措施不合理，使二冷过程中未在高程方向上形成相对均匀的温度梯度，使二冷区与未二冷区交界处温度梯度过大；同高程范围内左右岸大坝混凝土二期冷却不同步，在左右岸分界处形成明显温度梯度；二期冷却沿上下游方向划分的不同封拱温度分区冷却开始时间不同步。这些是导致大坝混凝土开裂的一个重要因素。

（2）大坝按照设计要求进行15～21d的一冷，但通水过程中还存在一定的缺陷，降温不均匀，并且在二冷开始前，坝体温度平均回升4℃左右，以致二冷降温幅度过大（按观测到的坝内最高温度计算，最大降幅为18℃～19℃），这是产生裂缝的重要原因。（3）已进行封拱灌浆的下部拱坝对上部各坝段混凝土产生的约束是导致大坝混凝土开裂的重要因素。

（4）对于底宽较大的拱坝，二冷6m盖重明显偏小，加剧了裂缝的产生。

3.裂缝处理方案及处理原则

3.1裂缝处理方案

由于拱坝本身受力特性，裂缝处理目的以补强加固为主，经过前期钻孔电视观测，裂缝宽度一般在1mm以内，处理方法应以化学灌浆为主。化学灌浆材料虽然较昂贵，但属于真溶液，比水泥具有更好的可灌性，而且可按工程需要调节浆液的凝固时间，有的化学灌

浆材料还具有较高的粘结强度，用于结构补强可获得较好的效果。

3.2处理原则

利用坝后马道、栈桥、排架和检查廊道打设灌浆孔穿过坝体裂缝，通过灌浆孔将环氧浆材灌入裂缝中，将裂缝填充密实并与缝面混凝土有效粘结。考虑到裂缝分布范围较大，可视坝体结构分区灌浆。化灌材料性能首先须符合jc/t1041-2007《混凝土裂缝用环氧树脂灌浆材料》，再根据生产性试验及灌浆情况调整。施工必须通过招标选择国内有类似工程经验、有强大实力的单位实施。

4.混凝土深层裂缝化学灌浆工艺技术

本工程裂缝处理从2008年5月开始至2009年12月，期间经过了生产性试验阶段、高程1061m以下裂缝处理、高程1061～1084m 裂缝处理、高程1084m以上裂缝处理共4个阶段。每个阶段每个灌区都根据具体情况制定灌浆方案，每个阶段每个灌区都根据灌浆情况进行总结分析，根据总结分析来优化调整灌浆工艺参数，最终总结完成了适合大范围深层裂缝灌浆的施工技术。

4.1工艺流程

孔位布置→钻孔→单孔压水→孔内物探测试→射浆管安装→灌

区压水及外漏封堵→方案拟定、模拟灌浆→压气排水→化学灌浆→灌后质量检查。

4.2布孔

根据生产性试验，拟定间排距6m（高差）×4m（间距），通过压水检查情况可进行加密，浆液扩散半径能满足要求。

4.3钻孔

考虑到尽量减少化学浆液孔占量，钻孔孔径尽可能小，但应满足能通入射浆管，目前国内类似化灌工程基本采用60mm孔。在钻孔设备选用上，考虑到后续孔内物探的效果，且避免更多的粉沫污染缝面，本工程均选用地质钻机造孔。

4.4单孔分段压水

单孔压水检查采用正规单点法压水，由孔底向孔口分段压水，分段长度为5m，压水压力为0.5mpa。压水过程中通过流量的变化大致确定裂缝部位，便于与孔内物探成果相互验证。

4.5孔内物探

钻孔及单孔压水试验完成后，将孔内冲洗干净，进行数字成像测试。主要查明以下内容：钻孔孔深、裂缝距离孔口位置、裂缝缝面充填情况、裂缝宽度及孔内其它情况。

4.6射浆管安装

根据各灌浆孔的孔深，用4″钢管接箍连接到孔底作为射浆管，射浆管距孔底深度不大于10cm。为减少化灌孔占量，曾提出将止浆塞设置在裂缝外端一定距离，裂缝端灌化学材料，另外段灌水泥浆。试验表明橡胶止浆塞容易被化学材料腐蚀，密封效果不好，且不能重复使用。又提出采用模袋法制作止浆塞，现场试验发现由于钻孔较深，按预定位置放置模袋难度较大；又因钻孔孔径较小，同时放置射浆管及模袋注浆管难度较大，模袋密封效果受孔壁情况影响，综合技术经济分析，采用孔口灌浆方式。孔口段用快硬材料埋设进

浆管（射浆管）和排气管，封堵密实，防止浆液外漏。

4.7灌区压水及漏点封堵

灌区压水是指对拟灌区域内所有孔进行全孔压水，压水顺序为从下层往上层，压力为0.5mpa。上层的灌浆孔返水后，再从上层的进浆孔压水，依次逐层实施，直到灌区顶层灌浆孔返水并关闭阀门，测出灌区稳定流量。灌区压水检查的目的是全面了解灌区各孔串通情况、串漏量大小、查出外漏部位及外漏量等。对灌区漏点一般采用直接封堵的方法，实践发现外漏点可在灌浆过程中进行排气和排水，对提高灌浆效果有利，因此此后对灌区漏点采用埋管封堵的方法。

4.8灌浆方案拟定及模拟灌浆

根据灌区压水成果，制定出针对本灌区的化学灌浆施工方案。由于化学灌浆的不可逆性及重要性，灌浆过程必须受控，因此有必要进行模拟灌浆，以便掌握各种情况。考虑水的价格低廉及粘度与环氧浆液接近，本工程采用水模拟浆液进行灌浆，进一步确认灌区的封闭性、外漏处理效果、是否会有其它特殊情况发生、灌区总灌水量等。通过模拟灌浆，可较合理地计划灌浆材料用量，让灌浆实施人员掌握整个灌浆工艺流程和应急处理方法，从而保证灌浆施工效果。模拟灌浆进一步清洗了裂缝缝面，有利于环氧灌浆材料的粘结，可提高灌浆效果；同时，也验证了拟定灌浆方案的可行性。模拟灌浆在整个灌浆过程中起了非常大的作用，今后类似大规模化学灌浆均可参照实施此工序。