響洪甸水庫大壩裂縫的成因分析與處理方法

陳金干

一、工程概況

響洪甸水庫位于六安市金寨縣境內(nèi)西淠河上游，屬淮河流域淠河水系。水庫大壩坐落在金寨縣麻埠鎮(zhèn)，距下游六安市58km。水庫壩址以上控制流域面積1400km2，是一座以防洪、灌溉為主，兼有發(fā)電、水產(chǎn)、航運(yùn)等綜合效益的大（1）型水利樞紐工程。

水庫工程于1956年4月動工興建，1958年7月竣工。2009年7月—2012年7月，水庫實(shí)施了除險(xiǎn)加固。水庫按500年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，5000年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)校核。設(shè)計(jì)洪水位140.98m（廢黃河口高程，下同），校核洪水位143.37m，正常蓄水位128.00m，死水位100.00m，水庫總庫容26.1 億m3。

水庫樞紐工程由混凝土重力拱壩、溢洪道、新泄洪隧洞、老泄洪隧洞、發(fā)電引水隧洞、發(fā)電廠房和升壓開關(guān)站等建筑物組成。水庫水質(zhì)長期保持為Ⅰ～Ⅱ類，現(xiàn)為合肥市、六安市的重要水源地之一。水庫建成運(yùn)行以來，在防洪、灌溉、發(fā)電等方面發(fā)揮了巨大效益。

二、裂縫的檢查與分布

（1）1962年3月—1964年3月（庫水位119.72～123.0m）全面檢查，發(fā)現(xiàn)大壩共有大小裂縫269 條，其中上游面有豎直縫13 條，水平縫1 條，下游面裂縫255 條，并發(fā)現(xiàn)1#、24#壩段徑向貫穿性裂縫，1#壩段裂縫已裂至壩頂，24#壩段裂縫開裂至該壩段壩高的1/2 處。

（2）1994年11月—1995年3月（庫水位106～108m）檢查，當(dāng)時共發(fā)現(xiàn)大小裂縫247 條，其中比較大的有1#、2#和24#壩段徑向豎直貫穿裂縫，都位于壩段中部，從基礎(chǔ)一直裂到壩頂，1#壩段裂縫冬季縫寬1.0mm 左右。

（3）2003年7月庫水位128.0m 左右，采用帶示波器的低頻超聲儀和平測法對大壩裂縫進(jìn)行檢測檢查，發(fā)現(xiàn)裂縫共計(jì)486 條。其中下游面發(fā)現(xiàn)主要裂縫共358 條，主要分布在大壩中、下部，大部分縫內(nèi)滲水，有白色物質(zhì)析出。水平貫通壩段的裂縫共158 條，其中有91 條為貫穿的施工縫，縫內(nèi)滲水，有白色物質(zhì)析出；縱向貫通壩段的裂縫共7 條。上游面128m 高程以上共發(fā)現(xiàn)主要裂縫共37 條，均滲水，有白色物質(zhì)析出，另有10 條施工縫滲水，有白色物質(zhì)析出，其中水平貫通壩段的裂縫2 條，局部滲水，有白色物質(zhì)析出或有滲水痕跡，縱向貫通壩段的裂縫共3 條。在壩頂共發(fā)現(xiàn)主要裂縫共91 條，其中貫通裂縫26 條。

三、裂縫的分類

響洪甸水庫按照裂縫的寬度和深度及裂縫處理的方式對大壩裂縫進(jìn)行分類。第①C 類貫穿大壩的結(jié)構(gòu)破壞性裂縫，1#、2#、3#、24#壩塊各一條，共計(jì)4 條，縫寬0.1～0.4mm，局部大于0.4mm，總長度187m，屬于結(jié)構(gòu)破壞性裂縫。第②B 類滲水裂縫，主要是水平施工縫和徑向收縮縫，縫寬0.05～0.4mm，共計(jì)232條，總長度1595m。第③A類不滲水細(xì)小裂縫，延伸長度較短，貫穿深度較淺，縫寬小于0.1mm，共計(jì)239 條，總長度2244m。

四、裂縫的成因分析

對響洪甸水庫大壩多年的運(yùn)行狀況及裂縫的部位、規(guī)模等進(jìn)行綜合分析，裂縫產(chǎn)生的原因主要為：第①類裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展主要是溫度變化引起，壩體溫度應(yīng)力較大，引起結(jié)構(gòu)破壞而產(chǎn)生。第②類裂縫主要是溫度變化引起，且這類裂縫本身就是施工縫或縱向收縮縫，經(jīng)多年運(yùn)行后，建壩時設(shè)置的止水材料老化，接縫材料被拉裂，從而產(chǎn)生沿裂縫滲水現(xiàn)象。第③類裂縫多為混凝土早期干縮、收縮和溫度變形引起的，多為表面微細(xì)裂縫。

響洪甸水庫大壩壩身的橫向和縱向貫通裂縫，特別是縱向貫穿縫已破壞了大壩整體結(jié)構(gòu)，使大壩拱梁受力體系發(fā)生變化，減小了大壩結(jié)構(gòu)安全度；多數(shù)裂縫和張開的施工縫都存在滲水現(xiàn)象，并析出白色CaCO3，這對混凝土材料耐久性產(chǎn)生不利影響，必須進(jìn)行有效處理。

五、裂縫的修補(bǔ)處理

（一）處理原則

1.按照裂縫不同類型，采用不同的處理方法。對滲水裂縫主要是封堵滲水，對結(jié)構(gòu)破壞性裂縫進(jìn)行滲水堵漏和補(bǔ)強(qiáng)加固，對細(xì)小裂縫做縫面育合和修復(fù)處理。

2.為保證裂縫修補(bǔ)徹底并減小溫度荷載，施工應(yīng)安排在冬季氣溫較低時段內(nèi)完成。

（二）處理方法

1.裂縫修補(bǔ)材料的選擇

（1）縫面修補(bǔ)材料的選擇

通過選取凱頓百森、賽柏斯等縫面修補(bǔ)材料進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果表明賽柏斯是一種較好的防滲補(bǔ)縫材料，也是推廣應(yīng)用的新材料，響洪甸水庫大壩縫面修補(bǔ)育合處理，尤其是滲水裂縫的處理選用“賽柏斯（XYPEX）”。

（2）縫面灌漿材料選擇

SK-E 改性環(huán)氧和改性聚氨脂常用于大壩裂縫灌漿補(bǔ)強(qiáng)和灌漿止漏。SK-E 改性環(huán)氧材料粘度低，可灌性好，可滲入寬0.1mm 的混凝土裂縫；親水性較好，可在低溫和水下灌漿使用，發(fā)熱量低，施工操作方便。改性聚氨脂粘度較高，遇水反應(yīng)產(chǎn)生較好的彈性凝膠體，膠體吸水膨脹，體積可達(dá)原來的3 倍以上，是理想的堵水止漏材料。

響洪甸大壩存在大量滲水裂縫，有些還屬于結(jié)構(gòu)性破壞裂縫。參照以往工程裂縫灌漿經(jīng)驗(yàn)，對于滲水、非結(jié)構(gòu)性破壞裂縫，若裂縫修復(fù)材料無法封堵時，擬選用改性聚氨脂作為灌漿材料，采用灌、堵、排綜合措施進(jìn)行裂縫修補(bǔ)；對于結(jié)構(gòu)破壞性裂縫，可選用高強(qiáng)結(jié)構(gòu)灌注膠進(jìn)行灌漿。

2.裂縫修補(bǔ)施工方法

（1）A 類微細(xì)不滲水裂縫的處理：①壩面清洗：騎裂縫兩側(cè)寬400mm，采用鋼絲刷刷除壩面松散物質(zhì)和表面污物，采用高壓水沖洗干凈；②清潤：用水浸漬基面，讓水浸透混凝土后，再去掉表面上的明水；③刷漿：裂縫兩側(cè)混凝土面各清理0.2m 寬，在清理好的混凝土面上涂刷一層賽柏斯?jié)饪s劑，再涂一層賽柏斯增效劑；⑥養(yǎng)護(hù)：噴霧水養(yǎng)護(hù)7 天，使縫面自行愈合。

（2）B 類滲水裂縫或縫面較寬（大于0.4mm）的處理：①開槽：把裂紋或連接處挖呈25mm 寬、35～70mm 深的“U”型槽（有水流時挖深些，無水流時挖淺些）；②清潤（清理與濕潤）：除掉松散物質(zhì)，用水浸漬基面。讓水浸透混凝土后，去掉表面上的明水；③填縫（用XYPEX 修補(bǔ)堵漏劑半干料團(tuán)）：去掉明水之后，在槽深度的一半處，壓上按體積取3.5份料、1 份水混合而成的XYPEX 修補(bǔ)堵漏劑半干料團(tuán)，適時填壓在開槽的區(qū)域，擠壓時間與水流量成正比（一般是2～5 分鐘）；④刷漿：按容積把5 份料2 份水調(diào)和成XYPEX 濃縮劑灰漿，在槽內(nèi)和沿槽口的兩面寬150mm 處涂一層灰漿，可以用刷子或手套涂抹；⑤填縫（用XYPEX 濃縮劑半干料團(tuán)）：當(dāng)灰漿涂層干燥約10 分鐘，但仍然有粘著性的時候，用XYPEX 濃縮劑按體積取1 份水、6 份料混合的半干料團(tuán)填滿槽與表面平齊（在混合時用鏝刀拌和調(diào)成半干的團(tuán)快，戴手套裝填，然后用氣動或手工工具，牢牢壓實(shí)）；⑥刷漿：稍微用水灑濕填縫的表面，然后在所修復(fù)的區(qū)域上再涂一道XYPEX 濃縮劑灰漿；⑦養(yǎng)護(hù)：在3 天內(nèi)，定期用霧狀水進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

滲水點(diǎn)出現(xiàn)涌水，無法封堵，可采用化學(xué)灌漿（如SK-E 改性環(huán)氧樹脂等）進(jìn)行封堵。

（3）C 類結(jié)構(gòu)破壞性裂縫處理：首先按照滲水裂縫封堵方法進(jìn)行堵漏，經(jīng)處理后的縫面灑水養(yǎng)護(hù)一個月后，再進(jìn)行灌漿封縫，具體做法是跨縫打斜孔，用SK-E 改性環(huán)氧或高強(qiáng)結(jié)構(gòu)灌注膠進(jìn)行灌漿。對于1#、2#、3#、24#壩段的徑向貫穿性結(jié)構(gòu)縫，除進(jìn)行結(jié)構(gòu)膠灌漿外，還需在裂縫表面貼碳纖維板封縫，碳纖維封縫范圍為騎縫兩側(cè)各寬500mm，以阻止裂縫的擴(kuò)展。

3.壩面混凝土保溫層

溫度荷載是引起拱壩拉應(yīng)力值較大的主要因素，也是響洪甸水庫大壩裂縫產(chǎn)生的主要原因，因此改變大壩的溫度場，降低大壩的溫度荷載是行之有效的辦法。為了保護(hù)大壩混凝土，減小溫度應(yīng)力對大壩的破壞作用，預(yù)防新的裂縫，同時保護(hù)已處理的裂縫，在響洪甸水庫大壩表面噴涂聚氨酯保溫層。

根據(jù)大壩應(yīng)力應(yīng)變的分布狀況，大壩在高溫低水位工況下，下游面拱座部位右岸87.0～133.9m高程、左岸87.3～134.7m 高程出現(xiàn)計(jì)算拉應(yīng)力值大于規(guī)范允許值，范圍分別達(dá)1208m2和986m2。因此，大壩保溫層噴涂范圍為上游壩面從水位變動區(qū)118m 高程至壩頂防浪墻下，噴涂層厚5.0cm；下游壩面從壩腳至壩頂，噴涂層厚3.5cm。涂層總面積24180m2。

六、結(jié)語

（1）賽柏斯在水載體的滲透作用下，充盈在混凝土的微孔及毛細(xì)管中，使混凝土中尚未水化的水泥發(fā)生水化作用，形成不溶性的枝蔓狀結(jié)晶體，從而對裂縫起到修補(bǔ)作用。規(guī)模較大的裂縫進(jìn)行的化學(xué)灌漿，其灌漿材料可灌性好、收縮性小、強(qiáng)度高，灌漿后裂縫內(nèi)充滿高強(qiáng)度的漿體材料，與縫面牢靠粘結(jié)；表面粘貼的碳纖維材料強(qiáng)度高，能抵抗拉應(yīng)力的作用，阻止裂縫重新張開。

（2）通過對大壩監(jiān)測資料的分析，響洪甸水庫大壩結(jié)構(gòu)及裂縫補(bǔ)強(qiáng)加固后，壩內(nèi)測縫計(jì)測值均有略微減小，壩體變形量年變幅和極值總體上也有減小，大壩變形和應(yīng)力水平受壩面保溫層作用影響，有了較大改善■