水利水电技术 第38卷 2007年第11期
水布垭水电站混凝土面板堆石坝面板混凝土
裂缝处理技术综述
林荣张,吴跃伟,徐汝霖,蔡 伟,汪健斌
2.湖北清江水布垭工程建设公司,湖北宜昌 443000)
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(1.杭州华能大坝安全工程技术有限公司,浙江杭州 310014;
以水布垭水电站混凝土面板堆石坝为例,对目前国内外混凝土面板坝的混凝土裂缝处理所
选择的施工材料、方法和设备进行简单的综述,重点介绍了在利用开槽埋管法、打斜孔埋管法、粘贴灌浆嘴法进行化学灌浆后,在待处理表面粘贴SG305-C1液体橡胶或PSI-TAPE快速修补带,涂刷PSI-200水泥基渗透结晶型防水涂料,对建筑物混凝土缺陷进行的加固处理。处理后,经压水试验
和蓄水运行表明,处理效果较好,满足工程需要,可供其他类似工程参考借鉴。
水布垭水电站;混凝土面板堆石坝;混凝土裂缝;灌浆;修补技术
中图分类号:TV1.4(263) 文献标识码:B 文章编号:1000-0860(2007)11-0071-04
OncrackingtreatmenttechniqueforfacingconcreteofconcretefacedrockfilldamofShuibuyaHydropowerStation
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LINRong-zhang,WUYue-wei,XURu-lin,CAIWei,WANGJian-bin
(1.HangzhouHuanengDamSafetyEngineeringCo.Ltd.,Hangzhou 310014,Zhejiang,China;2.HubeiQingjiangHydroelectricDevelopmentCo.Ltd.,Yichang 443000,Hubei,China)
Abstract:TakingtheconcretefacedrockfilldamofShuibuyaHydropowerStationasanactualcase,theconstructionmaterials,methodsandequipmentsforthetreatmentofconcretecrackingontheconcretefacedrockfilldamathomeandabroadarebrieflydescribedherein,inwhichtheemphasisisonthestrengtheningtreatmentonconcretedefectsbymeansofplacingSG305-C1liq-uidrubberorPSI-TAPErapidmendingtapeforconcretecrackingandcement-basedpermeablecrystallizationtypewaterproofma-terialonthesurfacetobetreatedafterthechemicalgroutingbythemethodsofembedded-pipegroutingwithslottingorinclinedholeandnipple-sealinggrouting.Afterthetreatment,therelevantwaterpressuretestandimpoundingoperationshowthatbettereffectsareobtainedbythetreatmentandthentherequirementoftheprojectismetaswell,whichcanprovideareferenceforthesimilarprojectsconcerned.
Keywords:ShuibuyaHydropowerStation;concretefacedrockfilldam;concretecracking;grouting;mendingtechnique
1 工程概况
水布垭水电站位于清江中游巴东县与长阳县交界
处,坝址在巴东县境内是清江流域开发的骨干工程和湖北省“十五”计划最大的项目,以发电防洪为主,兼顾航运及其他的水电工程。电站装机容量1840MW,年发电量41亿kW·h,为多年调节水库,工程级别为Ⅰ等大(1)型,电站主要建筑物有:混凝土面板堆石坝,左岸河岸式溢洪道,右岸地下式电站和放空洞。
WaterResourcesandHydropowerEngineeringVol.38No.11
大坝为混凝土面板堆石坝,最大坝高233m,为目前世界已建及在建面板堆石坝高度之最,预计2007年首台机组发电,2009年全面竣工。一期混凝土面板
(高程177～278m)于2005年1月6日开始浇筑,2005年3月27日全部浇筑完毕,2006年1月初对其进行了检测。
收稿日期:2007-06-07
作者简介:林荣张(1972—),男,助理工程师,工程技术部主任。
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林荣张,等∥水布垭水电站混凝土面板堆石坝面板混凝土裂缝处理技术综述
2 面板混凝土裂缝情况
水布垭大坝面板裂缝的检测结果是:裂缝主要集中在高程235～240m之间及260～270m之间两个区域内;宽度最大值到0.70mm;深度最小值为9.3cm,最大值为55.0cm;平均宽度分布为<0.1mm占77%,0.1～0.2mm占17%,4%,
>0.3mm占2%。
(1)面板裂缝处理。
目前,国内外修补面板裂缝的方法有多种,一般认为0.2mm以下的裂缝可不进行处理,但在许多实际操作中,为慎重起见,对0.2mm以下的裂缝采用简单的处理:对裂缝凿槽后用预缩砂浆或高强度聚合物砂浆进行修复处理,或者在裂缝区域涂刷水泥结晶体,或者直接在裂缝表面直接进行封闭处理(封闭的材料有:HK-96系列增厚环氧涂料、SR防渗保护盖片、SG305-C1液体橡胶、PSI-TAPE裂缝快速修补带等,用其中的一种材料或两种材料结合在一起)。而对0.2mm以上的裂缝则进行较为全面的处理:灌浆后在表面进行封闭处理;有的工程为了提高防渗和补强加固的要求,裂缝宽度提高到0.1mm的界限,如水布垭工程。
面板混凝土裂缝进行化学灌浆处理的目的主要是进行防渗堵漏和补强加固。防渗堵漏要求缝面灌后具有较高抗渗性和抗老化性能,能阻止外来水汽碳化混凝土和锈蚀钢筋,满足结构耐久性和安全运行;补强加固要求缝面浆液固化后有较高粘结强度,最终要求能恢复混凝土结构的整体性。目前裂缝处理一般采用高渗透改性环氧浆材或聚氨酯,但均存在一定的局限性,需研究环保型低粘度无收缩抗老化强粘结强度高,能满足温度缝反复收缩开裂的处理要求。
(2)灌浆材料的选择。
化学浆材选择应掌握的原则:一是浆材的可灌性,所选化学浆材必须能够灌入裂缝,充填饱满,灌入后能凝结固化,以达到补强和防渗加固的目的;二是浆材的耐久性,所选用材料在使用环境条件下性能稳定,不易起化学变化,并且与混凝土裂缝有足够的粘结强度,不易脱开,对于一些活动裂缝和不稳定裂缝要特别注意这条原则。面板混凝土裂缝的特点是:裂缝开度较小、位置较浅、同条缝上从表面到混凝土的宽度不均匀、浆液较难灌入,一般处理要求既要满足补强又要防渗堵漏。
通过现场的实验施工,从开始SG305-C4到改
72成的CW系灌浆材料。CW系灌浆材料具体有以下的
优势:配制简便、粘度适中可调、渗透性好、可操作时间长、适应性广(干燥、潮湿、水下),通过独具特色的工艺措施灌注,浆材在处理对象内固化物密实性好、力学强度高、与被灌体粘结牢固。除具有国内环氧—糠醛—丙酮类浆材可灌性好等特点外,CW系化学灌浆材料兼具憎水性与亲水性特色,并以憎水性为主。新型环氧树脂和憎水性固化剂的使用,进一步降低了浆液粘度,简化了操作,克服了同类浆材早期发热量大,粘度增长过快,初凝时间过长,强度增长过慢等问题。经现场取样表明被灌部位浆液充填密实,粘结牢固,灌注的混凝土裂缝两侧附近也得到了补强,这对工程处理效果的耐久性是十分重要的。
(3)灌浆方法的选择。
目前,国内外修补面板裂缝方法主要三种:开槽埋管法、打斜孔埋管法和粘贴灌浆嘴法。
水布垭工程,基本上是采用开槽埋管法,但从现场的情况来看,由于很多裂缝是浅层裂缝,且裂缝的深浅度、宽度不一;对同条裂缝来说,缝的表面相对较宽,缝内相对越来越窄,而开槽后,缝宽的部分基本上被凿掉了,剩下较窄的部分,那再钻孔灌浆的话,相对来说进浆效果不明显:而缝凿槽后用预缩砂浆进行修补后效果没有原先整体混凝土结构面好;再加上在凿槽时,施工难度比较大(面板的坡度是1∶1.4),进而工期相对来说较长等。所以,目前由于开槽埋管法对原混凝土结构破坏较大,浆材损耗大,开槽处难以修复好等问题已普遍较少采用。类似工程如:福建万安溪面板坝、公伯峡面板坝。
水布垭工程,Ⅰ类裂缝中的部缝,是打孔埋管法。从现场的情况来看,基本上比表面缝宽0.1mm≤δ≤0.2mm的进浆效果更加明显。但此方法的缺点是:①温度裂缝走向是个曲面,在混凝土内的走向复杂,一般从钢筋边通过,钻孔时易碰到钢筋,造成的“废”孔较多,对原混凝土结构的整体性造成损坏。②钻孔时的微细粉尘难于有效清出,粉尘易堵塞灌浆通道,浆液难以进入缝面,降低化灌质量。③管容、孔容大,浪费浆材;灌后的裂缝复灌量较大,且需多次复灌,增加了资金投入。所以说,打孔埋管法能解决开槽法的诸多不利,但存在管容耗浆大,微细粉尘易堵塞缝面影响灌浆质量,由于该方法施工简单而被普遍采用。类似工程有:江西南车水库、浙江白溪电站、上虞汤浦水库等。
(4)灌浆设备的选择。
在水布垭工程中,从开始的手揿化学灌浆泵到改
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0.2～0.3mm占
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进的气压式化灌泵,实现了裂缝灌浆的自动稳压调压,连续稳定的灌浆压力是保证浆液能否使裂缝充填饱满的关键;设备轻便小巧,便于移动、操作;与手揿化学灌浆泵相比,灌浆压力易于控制,极大地减轻了化灌施工的劳动强度;并且灌浆时,可以通过三通管相连,变成群孔灌浆,目前,很多单位都采用这种裂缝灌浆设备进行灌浆施工。
贯通全块,则可从一端向另一端逐孔施灌;灌浆采用并联灌和群灌相结合;灌浆压力及灌浆结束标准是开灌后进浆压力0.05MPa逐步升至0.3MPa,当吸浆率<5mL/min时,灌浆压力提升到0.5MPa;当吸浆率<1mL/min时,延续灌注30min结束。⑥灌浆结束14d后,每条缝至少有一个压水试验检查孔,采用单点法压水,压力为0.6MPa,缝面透水率≤0.3Lu即为合格;对平均宽度大于0.3mm的裂缝取2个孔,其余灌浆的裂缝取3个孔。⑦待浆液固化(一般24h即可)后凿除灌浆管,所有检查孔,在灌浆、检查工作完成清孔后,采用环氧基液封堵,确保封孔质量。
(2)涂刷液体橡胶。
①先用打磨机磨掉裂缝基面上的异物(槽两侧各10cm的范围内);然后用高压水及硬质地刷(钢丝刷)清洗施工面,直至露出混凝土的原貌。②待基面完全干燥后,骑缝涂刷一层液体橡胶,材料型号为305液体橡胶(SG305-C1),骑缝涂刷宽度10cm,厚1.0mm。
(3)表面PSI-TAPE裂缝快速修补带封闭处理。①清理裂缝基面后涂刷PSI-108水泥基防水涂料25cm宽,涂层厚度1.0mm。②在裂缝涂层部位,用刮板压实粘平修补带。③修补贴完后再涂刷一层PSI-108,厚度为1.2mm。
Ⅲ类裂缝(表面缝宽δ≥0.3mm,或缝深h>30cm)的施工工艺处理方法同Ⅱ类裂缝。3.2.3 需按II、Ⅲ类裂缝处理的Ⅰ类裂缝(表面缝
宽δ≥0.1mm的检测点连续三个点位以上,
包括三个点位)的施工工艺
化学灌浆的施工程序:基面处理埋管
嵌缝
化学灌浆
灌后检查。
钻孔
清洗
3 处理方案与工艺
3.1 面板混凝土裂缝处理方案
根据水布垭大坝面板裂缝的实际情况,处理方
案要点为:(1)Ⅰ类裂缝(浅层裂缝,表面缝宽δ<0.1mm),对裂缝进行基面处理后涂刷液体橡胶。(2)Ⅱ类裂缝(表面缝宽0.1mm≤δ<0.3mm,缝深h≤30cm),对裂缝进行凿槽嵌缝埋管灌浆,表面涂刷液体橡胶后,用PSI-tape裂缝快速修补带封闭处理。(3)Ⅲ类裂缝(表面缝宽δ≥0.3mm,或缝深),处理方案同Ⅱ类裂缝。(4)需按Ⅱ、Ⅲ类裂缝处理的Ⅰ类裂缝(表面缝宽δ≥0.1mm的检测点连续三个点位以上,包括三个点位),对裂缝进行钻孔埋管封缝灌浆,表面涂刷液体橡胶后,并用PSI-tape裂缝快速修补带封闭处理。(5)对裂缝区域全部涂刷一层PSI-200水泥基渗透结晶型防水涂料。3.2 施工工艺3.2.1 I类裂缝(浅层裂缝)
(1)用钢丝刷或打磨机将裂缝两侧各6cm范围内的混凝土,对于表面坑洼处用高标号砂浆修平。(2)用抹布或毛刷清理基面干燥后,骑缝涂刷一层液体橡胶,宽10cm,厚1.0mm。3.2.2 II类裂缝的裂缝施工工艺
(1)化学灌浆的施工程序:凿槽清洗
埋管
嵌缝
化学灌浆
找缝
钻孔
灌后检查。
①先清理缝面后用 16钻具骑缝钻孔,孔深15～20cm,孔距30cm左右。②冲洗烤干孔。③埋设
一进一回上下两层的两根灌浆管。④用HK-961环氧增厚涂料对埋设灌浆管以外的缝面进行涂刷封缝,确保灌浆时不漏浆。⑤接下去的工艺同Ⅱ类裂缝中的化学灌浆工艺的第5步至第8步。⑥对于需涂刷液体橡胶和表面PSI-TAPE快速修补带封闭处理的处理方法同Ⅱ类裂缝。3.2.4 对裂缝区域全部涂刷一层PSI-200水泥基渗
透结晶型防水涂料的施工工艺
①用高压水冲洗施工面,并用钢丝刷等工具清理施工面上的杂物、松散水泥浮灰尘等。②按质量比为水∶干粉(PSI-200)=0.26∶1,用手提搅拌机搅拌均匀。③用水湿润施工面,以保证施工时施工面潮而不
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①沿缝凿宽5～6cm,深5～6cm的V型槽后用高压水冲洗烤干并找缝。②用 16钻具骑缝钻孔,孔深15～20cm,孔距30cm左右。③用大流量水流
冲洗孔并吹干。④用 8铜管间隔性埋设单根灌浆管,埋入孔内3～5cm,两铜管间埋设单根耐高压灌浆管,临近的铜管和耐高压灌浆管之间的距离是60cm;然后采用预缩水泥浆嵌缝。⑤在嵌缝预缩砂浆具有足够强度后用CW进行化学灌浆;在灌浆前,先对灌浆管路进行试气、编号,以确定灌浆群灌的数量,对试气不通畅的裂缝处补打排气孔并冲洗、吹干;而灌浆顺序是如裂缝贯通整块面板,则应先灌靠纵缝侧,以封闭两端,然后再灌部分;如裂缝未
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湿;涂刷必须均匀一致,涂刷两遍;在第一遍PSI-200完成后,用手指轻压无痕,宜喷水湿润养护,约4h后即可以进行第二遍PSI-200施工;然后进行不小于48h时间的养护。
综合结合变形而引起的基层裂缝等特点;还有如PSI
-tape,它具有使用寿命在50年以上,高延伸率,耐候性好,与基面粘结力强、无脱落现象,抗渗可达300m水头压力等特点,所以这三种材料可以类似工程的处理中应用。(3)粘贴灌浆嘴法:在水布垭工程中,没有用此方法,但从很多工程实例中看出,混凝土温度缝一般较细,且不在一个平面上,裂缝很难找准,浆材难以灌入,最好是采用贴嘴无损法施工,既减少了钻孔量,又可减少孔容、管容的浆材耗用量,降低成本;而凿槽灌浆法和打孔灌浆法,对原结构的破坏比较严重。在以后灌浆施工中,可以根据裂缝情况、业主要求(如不能破坏混凝土表面,不得凿槽等),在满足裂缝防渗补强加固要求前提下,粘贴灌浆嘴法是值得推广。
(4)灌浆设备的改进:气压式小型灌浆设备也存在一定缺陷:灌浆压力范围有限(一般小于1MPa)、不能实现比例配浆、不易实现灌浆参数的纪录等,而目前国内市场的相配套的灌浆设备比较贫乏,所以这个领域需要进一步的开发,使之有相应的现代化灌浆设备。
(5)其他建筑物细裂缝处理方法:在面板裂缝处理的开槽埋管法、打孔埋管法和粘贴灌浆嘴法,同样使用于趾板裂缝、引水洞裂缝、溢流面裂缝、桥梁裂缝等其他建筑物细裂缝的处理,在这些细裂缝处理方法中,贴灌浆嘴法是目前比较先进被广泛使用的方法,值得推广。
(责任编辑 欧阳越)
4 效果检查
经处理,竣工验收时,监理单位每条缝压水试验检查都合格,而抽查取芯6条裂缝,化灌区域充填了饱满的浆液,并且经过将近一年以来水库慢慢蓄水后
无一条处理裂缝脱落或渗水等,无一裂缝返工,得到业主监理等专家的一致好评,达到了预期的效果满足了工程要求。
5 结 论
在目前的化学灌浆中,面板混凝土裂缝的处理难度相对较大,通过此次水布垭面板堆石坝一期面板混凝土裂缝的处理,认为在处理类似过程中有以下几点结论。
(1)从化学灌浆的含义中可以得出:化学灌浆中的材料、方法、设备,三个缺一不可,只这三个都改进提高完善,才能在化灌的质量、进度、经济上综合达优。
(2)材料的正确选择:化学灌浆应选择低粘度、低收缩的环氧浆材。水布垭工程中的CW环氧灌浆材料,性能优良,通过大量室内现场试验,表现出处理混凝土微细渗水裂缝的优异性能;再如SG305-C1,具有操作简单,优异的物理性能,很好的弹性、拉伸连接等性能,与混凝土木质金属结构粘结性能强,可·简 讯·
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