铁川桥水电站大坝裂缝处理施工技术

王少华，吴宏丽，钟 忠，阎海娥

(中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司，湖南长沙，410014)

作者简介: 王少华(1982—)，男，湖南湘阴人，工程师，主要从事水利水电工程施工技术。

【摘 要】 铁川桥水电站大坝拱冠梁附近出现了长达50多米的贯穿性裂缝，为确保铁川桥水电站碾压混凝土拱坝的永久安全运行，必须对该裂缝进行防渗处理。本文介绍了铁川桥水电站大坝裂缝处理施工技术，可为类似工程施工提供参考和借鉴。

【关键词】 凿槽嵌缝; 超细水泥灌浆; 表面防渗补强; 大坝裂缝

1 工程概况

1．1 概述

铁川桥水电站为渔泡江梯级开发的第四级电站，坝址位于大理州宾川县平川镇朱苦拉村附近铁川桥上游约1.2km处，拦河大坝为碾压混凝土双曲拱坝，最大坝高94.50m，坝顶高程1274.50m，坝底高程1180.00m，坝顶宽度6.00m，坝底最大厚度20.00m，厚高比0.2116。大坝浇筑过程中，在大坝拱冠梁附近上、下游面各发现1条裂缝。裂缝为竖向缝，上游面裂缝展布高程1181.50～1233.50m，长度约52.00m，表面张开宽度2～5mm，高程1200.00m以下裂缝表面被钙质充填; 下游面裂缝表面展布高程1187.00～1231.50m，长度约44.50m，表面张开宽度2～3mm，裂缝未见充填物。

1．2 裂缝发展情况

大坝上、下游面裂缝所处桩号高程基本一致，上游基坑积水抽干后，坝体高程1190.00m基础灌浆廊道内基本无水，且下游面裂缝冲洗过程中上游面裂缝冒水，确定该裂缝为贯穿性裂缝。

2 裂缝处理施工技术

铁川桥水电站大坝上游面裂缝采用“凿槽嵌缝+超细水泥灌浆+表面防渗补强”处理方案，大坝下游面裂缝采用“凿槽嵌缝+超细水泥灌浆”处理方案。

2．1 施工程序

铁川桥水电站大坝裂缝处理施工程序见图1。

图1 大坝裂缝处理施工程序图

2．2 排架搭设

排架采用三排钢管扣件式落地脚手架，搭设高度超过裂缝高度4m，搭设宽度为6m(裂缝左右各3m)，立杆间排距为1000mm×1500mm，大横杆间排距为1500mm×2000mm，小横杆间排距为1000mm×2000mm。为防止排架整体倾倒，每隔2.0m高差在坝面上打设φ28L=800mm插筋，间距2000mm，入混凝土500mm，外露300mm，外露部分套在斜撑钢管内。排架基础部位打设锁脚锚杆，锁脚锚杆采用φ28L=800mm插筋，间距2000mm，入混凝土500mm，外露300mm，外露部分套在立杆钢管内。为确保施工安全，在排架顶部设置两层安全防护层，施工作业平台和安全防护层满铺脚手板，中间布置爬梯，爬梯宽600mm，为材料运输、施工人员行走提供通道。

2．3 裂缝检查

采用高压水对发现裂缝的部位进行基面清理，查明裂缝，并对裂缝的位置、形状、走向、缝长、缝宽及缝面渗水情况等作好记录，缝长用钢卷尺测得，缝宽用读数放大镜测得，按1 100比例详细描绘在方格纸上。

2．4 探缝孔钻孔及压水探缝

探缝孔结合灌浆孔布置，沿裂缝走向在上、下游坝面每4.0m高差布置一组。探缝孔为取芯孔，孔径φ75mm，在裂缝处理之前用于准确确定坝体内部裂缝实际产状。探缝孔探缝深度约6.5m，设计孔深以过缝0.5m为原则，孔向根据裂缝产状现场调整。

每个探缝孔钻孔完成后进行单孔压水探缝，若孔缝相通则表明孔内有裂缝; 若孔缝不相通则应加深钻孔或者调整位置和角度重新钻孔。未过裂缝的孔应按设计要求进行回填处理，与裂缝相通的探缝孔下一步兼做灌浆孔。

2．5 裂缝冲洗

每个探缝孔压水探缝合格后，采用压力水对大坝裂缝缝面进行冲洗，冲洗压力0.20MPa，直至回水清澈为止。

2．6 裂缝表面凿槽

采用风镐将上、下游坝面裂缝出露部位沿裂缝迹线凿“U”形槽，凿槽范围超过裂缝两端各0.5m; 槽口宽120mm、底宽50mm、槽深80mm，然后用压力水将槽面冲洗干净。

2．7 安装排气管及嵌缝

裂缝槽面用压力水冲洗干净后，沿裂缝按2.0m间距布置φ25镀锌排气(浆)管，排气(浆)管在槽底部与裂缝相通，管口安装阀门。待槽内干燥后，槽底部20mm范围内嵌填SR－2塑性止水材料，槽上部60mm范围内采用M40环氧砂浆填平，如图2所示。

图2 上、下游面凿槽嵌缝示意图

嵌填止水材料前先在嵌填SR－2的地方均匀涂刷第一道塑性止水材料底胶，常温下自然干燥1h后，再涂刷第二道底胶，常温下自然干燥0.5h或用灯烘至表面干燥，用手触摸而不沾手，即可进行嵌填SR－2止水材料作业。嵌填止水材料时将塑性止水材料搓成细条，沿槽分层嵌填，按“先里后外”的原则，将塑性止水材料填入槽内，用木榔头锤击至密实。

2．8 灌浆孔钻孔

灌浆孔采用斜孔交叉布置在裂缝的两侧，沿裂缝走向以裂缝为中心距裂缝1.0m左右各布置一排灌浆孔，孔径φ59mm，在上、下游坝面沿高程方向孔距为2m。孔向及孔深根据探缝孔钻孔资料确定，确保钻孔贯穿裂缝缝面，孔深按穿过缝面0.5m控制，如图3所示。

待槽内环氧砂浆达到70%强度后，灌浆孔钻孔采用地质钻机配金刚石钻头清水回旋钻进。每一高程的灌浆孔钻孔灌浆完成后，用手动葫芦将钻灌设备吊至上一层施工作业平台，如此循环作业。

图3 灌浆孔平面示意图

2．9 裂缝超细水泥灌浆

2.9.1 灌浆材料

水泥采用祥云建材(集团)有限责任公司生产的SGO42.5超细水泥; 外加剂采用江苏博特新材料有限公司生产的SBTHF(低泌水、微膨胀)高性能灌浆外加剂，掺量为超细水泥用量的1%; 灌浆用水引用渔泡江河水，质量符合拌制水工混凝土用水的要求。

2.9.2 灌前准备

(1)裂缝增开度控制

为防止裂缝在灌浆压力作用下继续发展，在裂缝两端各打设1个限裂孔，孔径φ75mm，孔深3m，灌浆完成后限裂孔按设计要求进行回填处理。在灌浆过程中应布置千分表进行观测，控制裂缝增开度不大于100μm。

(2)缝面浸泡

灌浆前应对缝面充水浸泡24h，待放净或通入洁净的压缩空气排除缝内积水后，方可开始灌浆。

2.9.3 灌浆方式

灌浆孔孔深分别约3.5m和6.5m，并按穿过缝面0.5m控制，施工时一次钻孔到位。灌浆时采用填压式栓塞堵在距孔口50cm的位置，射浆管距孔底0.15m，全孔循环式灌注施工。

2.9.4 灌浆压力

灌浆过程中必须控制灌浆压力和裂缝增开度，设计灌浆压力为0.30～0.50MPa，在灌浆过程中根据现场实际情况及时进行调整，若压力达不到设计值而裂缝增开度达到了设计规定值，则应以裂缝增开度为准限制灌浆压力。灌浆压力以孔口回浆管路压力表指针摆动的中值为准。

2.9.5 灌浆顺序

灌浆采用自下而上、由内向外(先深孔、后浅孔)逐孔灌注。同一高程钻孔灌浆按先下游面、后上游面的顺序进行，当下游面某一高程钻孔灌浆结束3d后，方可开始上游面该高程的钻孔灌浆。

2.9.6 浆液水灰比

浆液水灰比采用2∶1、1∶1、0.5∶1三个比级。严格控制拌浆时间和浆液密度，每隔1～2h人工测定一次浆液密度并作好记录。

2.9.7 浆液变换

(1)对缝宽＜3mm的裂缝，开始灌注水灰比为2 1的浆液，待排气(浆)管出浆后，浆液水灰比改用1 1。当排气(浆)管排出的浆液水灰比接近1 1时，改用水灰比为0.5 1的浆液灌注，当排气(浆)管排出最浓级浆液后，再关闭排气(浆)管的阀门，直至灌浆达到结束条件。所有管口每次放浆时均应测量浆液比重和放浆量，并及时做好记录。

(2)对缝宽≥3mm的裂缝，开灌水灰比直接采用0.5 1的浆液进行灌注。

2.9.8 灌浆结束标准

在设计规定的压力下，缝面停止吸浆后，再继续灌注30min即可结束。

2.9.9 封孔

单孔灌浆工作完成后，在孔底放置一根φ25L=1.0m的钢筋(钢筋穿过缝面0.5m)，在最大的设计灌浆压力下进行机械封孔，对孔口未满部分人工回填砂浆并抹平。

2．10 上游面裂缝表面防渗补强

2.10.1 混凝土表面处理

大坝裂缝超细水泥灌浆质量检查合格后，先对排气(浆)管进行拆除清理，再用小锤、角磨机等工具将裂缝两侧各1.0m宽的混凝土表面浮渣及油污等清除干净，然后用压力水将混凝土表面冲洗干净。对表面的蜂窝麻面，应进行人工凿除缺陷混凝土，并采用M25砂浆修复补平。

2.10.2 表面防渗补强

为确保防渗效果，在上游面裂缝表面增加氯丁橡胶片和SR防渗盖片粘贴、外加PVC保护板等处理措施，如图4所示。

图4 上游面裂缝表面防渗补强处理示意图

(1)混凝土表面刷洗干面后，裂缝两侧各50cm范围内采用氯丁胶粘贴氯丁橡胶片，厚度5mm，粘贴范围为裂缝两端延伸1.0m。

(2)氯丁橡胶片外侧再粘贴6mm厚SR防渗盖片，防渗盖片周边采用SR－2塑性止水材料封边。SR防渗盖片粘贴要求:

①粘贴部位基面要求平整干净，对于凹坑与不平整面，应采用SR－2塑性止水材料填平补齐;

②粘贴面涂刷SR防渗盖片配套底胶，要求涂刷均匀无漏刷;

③根据需要剪裁SR防渗盖片，并撕去面上防粘保护纸;

④待底胶表干后，粘贴盖片，使盖片与基面粘贴密实;

⑤盖片接头采用搭接型式，搭接长度不小于5cm，且需涂刷底胶，再进行搭接粘贴。

(3)SR防渗盖片表面采用6mm厚成型PVC板进行保护。根据裂缝处理范围剪裁PVC板材，在裁剪好的PVC板材两侧根据设计要求开孔，作为螺栓固定孔，利用已开孔PVC板材定位，确定螺栓钻孔孔位，并钻孔埋设螺栓，待螺栓埋设达到设计强度后，进行PVC板固定。PVC板内侧采用丁基胶带与SR防渗盖片粘结，外侧采用纵、横向不锈钢压条、不锈钢螺栓与坝体连接。不锈钢压条宽8cm，压条与螺帽间设不锈钢垫片，垫片宽5cm，横向压条间距100cm，螺栓间距为50cm。不锈钢螺栓与PVC板之间的空隙用SR－2塑性止水材料填充。

3 裂缝处理效果评价

(1)超细水泥灌浆施工结束14d后对灌浆质量进行检查，大坝上游面布置6个质量检查孔，3个骑缝孔; 下游面布置4个质量检查孔，2个骑缝孔。所有质量检查孔都进行了压水试验，压水试验压力为0.40MPa，从压水试验情况来看，在规定压力下持续5min压力基本不下降，裂缝未出现渗水现象。从骑缝孔取芯情况来看，裂缝内充满水泥结石，其中水泥结石充填裂缝最宽达5mm，水泥结石与大坝混凝土粘结较好，水泥结石密实，强度较高，说明大坝裂缝超细水泥灌浆效果显著。

(2)铁川桥水电站蓄水发电后，大坝已历经半年多的运行考验，经过防渗处理的裂缝“滴水不漏”，说明设计方案合理，施工质量可靠，采取的施工工艺是适宜和成功的。

4 结语

裂缝是大坝混凝土结构中常见的质量通病，也是备受各方关注的技术难题。裂缝处理主要应达到恢复结构的整体性，限制裂缝的扩展，满足结构的强度、防渗、耐久性和建筑物的安全运行要求。裂缝处理施工应“对症下药”，即裂缝处理方案的选择，要通过裂缝调查获得必要的数据资料，再根据裂缝所在的部位、发生的原因、裂缝规模大小和危害性评定等，进行精确地计算和分析研究，综合确定适宜的处理方案。实践证明本工程采用的裂缝处理施工措施行之有效，可为类似工程施工提供参考和借鉴。