白鹤滩水电站混凝土裂缝化学灌浆试验

尹作仿1，2，3，李春伟4，董铁斌2，李发权2

(1.长江科学院，湖北武汉，430010;2.长江科创科技发展有限公司长江工程技术分公司，湖北武汉，430010;3.国家大坝安全工程技术研究中心，湖北武汉，430010;4.中国水利水电第五工程局有限公司，四川成都，610000)

作者简介: 尹作仿(1965—)，男，湖北仙桃人，高级工程师，主要从事水利水电工程基础加固与防渗施工。

【摘 要】 以金沙江白鹤滩水电站导流隧洞混凝土裂缝为例介绍了化学灌浆处理混凝土裂缝的施工工艺。水工混凝土导流隧洞裂缝调查分析是首要工序，分析裂缝的产状、走向、坐标、缝长、缝深、缝口张开度、是否渗漏水以及缝口有无钙化物等，并调查分析可能造成裂缝的各种原因，这是采用化学灌浆处理混凝土裂缝的前提条件。不同的裂缝、不同的裂缝成因应采用与之相对应的化学灌浆材料和与之相对应的化学灌浆施工工艺，这样才能达到有效处理混凝土裂缝的理想效果。通过采用CW系化学灌浆材料进行灌浆处理，白鹤滩水电站导流隧洞整体综合评定达到设计要求。在施工中应用的新材料、新设备、新工艺值得在类似水电工程中推广应用。

【关键词】 白鹤滩水电站; 化学灌浆; 导流洞; 混凝土裂缝

1 试验概况

金沙江白鹤滩水电站位于四川省宁南县和云南省巧家县境内，距巧家县城45km，上接乌东德梯级，下邻溪洛渡梯级，距离溪洛渡水电站195km，是金沙江下游干流河段梯级开发的第二个梯级电站，具有以发电为主，兼有防洪、拦沙、改善下游航运条件和发展库区通航等综合效益的巨型水电站。电站装机容量约16000MW，是目前我国仅次于三峡工程的第二大巨型水电站，是西电东送骨干电源点之一。

白鹤滩水电站共布置5条导流隧洞，其中左岸布置3条，右岸布置2条。导流隧洞混凝土衬砌后在底板、边墙局部发现有混凝土裂缝，裂缝的存在和发展通常会使其内部的钢筋等材料产生锈蚀，从而降低钢筋混凝土材料的承载能力，影响混凝土的外观及使用寿命，需对裂缝进行处理。

2 试验范围

对导流洞进水口附近裂缝宽度为0.2mm和导流洞中间段裂缝宽度为0.3mm及湿润缝选择部分区域进行化学灌浆试验。左岸试验区域选择在左岸1#和2#导流洞底板，见表1。

表1 白鹤滩水电站左岸2#导流洞底板混凝土裂缝化学灌浆试验区

3 试验布置

金沙江白鹤滩水电站导流洞混凝土裂缝化学灌浆处理试验，具体试验区域为左岸2#导流洞底板试验Ⅳ区(0+480) ～(0+487)。在监理工程师指定的试验施工区域，采用水泥做了一个临时施工围堰，在其外围做好警示牌和照明设施，并确保左岸2#导流洞主体工程的正常施工、道路通畅。

根据本次试验要求和我们借用类似工程的施工经验，白鹤滩水电站导流洞混凝土裂缝化学灌浆处理试验施工主要设备与材料配置见表2。

表2 混凝土裂缝化学灌浆处理施工主要设备与材料配置表

4 试验施工工艺

白鹤滩水电站2#导流洞进水口底板混凝土裂缝化学灌浆施工工艺流程见图1。

表面清理、打磨: 将混凝土表面杂物清理干净，用钢丝刷沿缝清理并用高压水或风将缝面清理干净。以裂缝为中线，沿缝用角磨机打磨至新鲜混凝土面，宽度15～20cm。

裂缝调查分析: 现场勘察，描述裂缝的产状、走向、坐标、缝长、缝深、缝口张开度、是否渗漏水以及缝口有无钙化物等。裂缝的宽度一般用读数显微镜量测，本次试验采用裂缝宽度测试仪。

裂缝深度采用钻孔取芯、钻孔压水或通风或声波进行测试，本次试验主要采用无损声波检测技术，以摸清裂缝的深度和走向。

布(钻)孔: 本次试验采取骑孔和斜孔相结合，斜孔梅花形布置，钻孔采用手持式取芯钻机进行造孔，孔径为φ(25～32mm)。根据现场勘查和设计技术要求，现场导流洞混凝土裂缝化学灌浆试验共布孔80个，其中骑缝孔50个，斜孔21个，封闭孔9个，如图2所示。

图1 混凝土裂缝化学灌浆施工流程

通风检查(补孔): 用空气压缩机风连接气管对造好的孔进行通风，检查孔与裂隙是否相通， (否则)若不通则重新补孔。

图2 化灌现场试验布孔图

清理: 造孔、打磨和凿槽后先用洁净的压力水将钻孔内的粉末、碎屑冲洗干净，再沿缝冲洗干净，最后检查、记录孔径、孔深及孔的角度等。

埋设或安装灌浆嘴: 先将灌浆嘴放人孔内，再用水不漏、CW710系列环氧胶泥封闭固定。灌浆嘴选用φ8mm的耐压铁嘴。

封缝: 待灌浆嘴安装完毕后封缝，缝面用CW710系列环氧胶泥进行封缝，缝封完后，将每个灌浆嘴逐一记录、编号。

压风检查: 待封缝材料有一定强度后进行通风检查，对所有灌浆嘴进行编号，风压不超过0.2MPa。

灌浆泵调试及管路连接: 本次试验化学灌浆泵采用长江科学院研发生产的CY—HGB5.0/800化学灌浆泵，该灌浆泵操作简单、压力稳定、自动补压，能连续工作。泵头有限压装置，可以预先设定设计压力，灌浆过程中一旦超过此设计压力，泵就自动停止工作，一旦压力低于设计压力，泵又可以自动恢复灌浆，这样可以避免因灌浆压力超过设计压力而引发的不良后果。在化学灌浆泵前面安装一变五通道，在通道上安装压力表，使用压力应在压力表最大标值1/4～3/4之间。灌浆管路采用透明的φ8mm耐压塑料管连接，灌浆管路能承受压力为1.0MPa。

材料配制: 根据用量称取适量的A、B组分; A组分(基液) B组分(固化剂) =(6～5) 1 (重量比)，可根据灌浆情况调整配方。A组分(基液)和B组分(固化剂)混合过程中，注意将B组分(固化剂)缓慢注入A组分(基液)中，边注入边搅拌，控制注入速度以保持浆液在30℃以下。分批配制浆液，随用随配以保持浆液低粘度，提高灌浆质量，节约浆材。第一批配制量应略大于管路和钻孔占浆，以后浆液用量配制根据吸浆量而定。

灌浆: 化学灌浆时采取从一端往另一端依序灌浆或多点同步进行灌浆，灌浆压力为0.3～0.5MPa。

灌浆时打开所有灌浆嘴，采用稳压慢灌、依序灌浆的施工方法，当灌浆时间没有达到规定时间而邻近的灌浆嘴出纯浆时，关闭并结扎出浆嘴，继续压浆。当灌浆达到规定时间时或当进浆量小于0.02kg/min后可进行下一孔的灌浆施工，依序进行。

结束标准: 直至整条裂缝最后一个灌浆嘴注浆小于进浆0.02kg/min时，继续灌注30min即可结束; 或吸浆量为0时，屏浆10min即可结束。

质量检查: 首先检查灌后与灌前裂缝表面情况。委托业主中心试验室采取钻孔取芯、室内力学性能试验检测。

5 试验质量控制

CW510系改性环氧树脂化学灌浆材料是长江水利委员会长江科学院自主研发，该材料为新型的环氧树脂、活性稀释剂、表面活性剂等所组成的双组分灌浆材料，具有配制简单，可灌性好，力学强度高，在干燥及潮湿条件和水中都能很好地固化的特点。该材料及配套技术获大禹水利科学技术一等奖1项，湖北省科技进步奖1项，国家发明专利2项，已在国内外60多个大型水利水电工程基础加固和裂缝修补处理中得到成功应用，主要性能见表3。

表3 CW系环氧灌浆材料物理力学性能测试结果(室温23℃)

续表3

CW710系列环氧胶泥是由环氧树脂、助剂、固化剂组成，具有优良的综合粘结性能，综合力学强度高，适用于混凝土裂缝、缺陷的修补和表面封闭。CW710系列环氧胶泥为A、B两组分，施工工艺简单，使用配比为10 2.5～10 3。其物理力学性能指标见表4。

表4 CW710系列环氧胶泥物理力学性能

保证试验施工过程质量达标是本试验成败的关键，要求施工人员各个环节施工到位，整个施工过程要严格按施工工艺及有关文件组织进行。严格执行质量三级自检制度。质检员在施工的整个过程中坚持旁站制，在现场进行质量跟踪检查，加强对各道工序严格把关，不达到质量要求或工艺要求的工序不得进入下道工序。

图3 ZBL－F101裂缝宽度测试仪

在对水工混凝土导流隧洞裂缝进行化学灌浆试验施工中，裂缝调查分析是首要工序，在试验现场要仔细勘察，认真调查裂缝的产状、走向、坐标、缝长、缝深、缝口张开度、是否渗漏水以及缝口有无钙化物等，并调查分析可能造成裂缝的各种原因，这是采用化学灌浆处理混凝土裂缝的前提条件。不同的裂缝、不同的裂缝成因应采用与之相对应的化学灌浆材料和与之相对应的化学灌浆施工工艺，这样才能达到有效处理混凝土裂缝的理想效果。裂缝的宽度一般用读数显微镜量测，本次试验结合我们以前处理类似工程的成功经验，我们采用ZBL－F101型号的裂缝宽度测试仪。该型号裂缝宽度测试仪比一般显微镜量测更清楚、准确、直观、快速。它是目前国内外最先进的快速准确检测混凝土裂缝宽度的方法之一，见图3。裂缝的深度采用无损声波检测方法进行。裂缝的成因分析也很重要，我们通过初步调查分析，该试验区域位于左岸2#导流洞固结灌浆的试验段。引起该部位混凝土裂缝的成因可能是多方面的，可能主要包括该部位混凝土受某种外力引起局部抬动，上面又受到重车反复碾压以及该部位混凝土浇筑施工中一些不利因素等。这些综合因素交叉作用最终引起该部位混凝土裂缝的产生。

CW化学灌浆材料在研发初期就将环保性能放在首位，商品化的CW产品具有良好的环保性能。化学灌浆施工过程中，浆液的挥发会造成廊道内气体污染，有一定的气味危害人身健康。施工时材料配制结束的浆液将采取密封处理，灌浆桶也将密封，再进入密闭的灌浆系统中。同时为了防止有机物进入水循环系统，在施工中将采取以下措施确保浆液顺利回收及处理: 化学灌浆废弃浆液利用废液桶回收，配料及施工地面铺设彩条布，吸收溢出及溅撒的化学浆液，并及时更换，确保浆液不进入废水处理系统。化学灌浆过程中产生的弃浆、废浆及废水集中储存。待灌浆结束后，对弃浆、废浆进行胶凝处理，对废弃的化学品包装袋、罐(桶)、废水按照相关规定进行处理。

6 试验成果初步分析及建议

从我们这次试验施工的整个过程看，每条裂缝的连通性较好，化学灌浆连续进行，化学浆液填充良好。从现场外观情况看，化学灌浆效果非常明显，原来裂缝里都充满水，灌浆前现场钻孔取芯时混凝土从裂缝处断开，无法取出完整芯样，灌浆完成后，各裂缝表面均非常干燥，无渗出物，整个混凝土表面也是干燥的。在业主、监理工程师现场旁站监督下，由监理工程师指定现场取芯检查孔，我们钻取了3个混凝土裂缝芯样。从取出的混凝土芯样表面看，由灌浆前的破碎状到灌浆后的整体芯样，说明CW环氧灌浆材料在混凝土裂缝内部扩散良好、能有效充填和胶结。同时进行了压水检查，在0.4MPa检查压力下透水率为零，完全不漏水，达到了设计技术要求。