化学灌浆在混凝土大坝裂缝修补施工中的运用

化学灌浆在混凝土大坝裂缝修补施工中的运用

刘妍陈翔

湖南水利水电职业技术学院常德市西洞庭管理区水利局410131

摘要：随着当前我国水利工程事业的持续发展，混凝土大坝工程的数量和规模也呈现出迅速增长的情况。但由于受到使用材料、温度环境等诸多因素的影响，使得部分混凝土大坝比较容易出现开裂问题并生成诸多裂缝。如果无法对其进行有效修补，则势必会影响混凝土大坝的自身质量以及后续的实际使用，因此在这一背景下，本文将通过结合具体工程项目，着重围绕化学灌浆在混凝土大坝裂缝修补施工中的有效运用进行简要分析研究，希望能够为相关研究人员以必要参考帮助。

关键词：化学灌浆；混凝土大坝；裂缝修补；实际运用

引言：在当前混凝土大坝修补施工工程当中，化学灌浆技术是其中使用比较频繁的一项裂缝修补技术。其可以在不破坏大坝整体结构完整性的同时，快速修补大坝裂缝，从而有效恢复混凝土大坝的正常使用。而为了能够帮助人们加深对化学灌浆技术的理解与认知，明确其在混凝土大坝裂缝修复中的具体运用方式以及关键要点，本文将以混凝土大坝作为主要研究对象，初步探究化学灌浆在混凝土大坝裂缝修补施工中的应用。

一、工程项目简要概况

为有效说明化学灌浆技术在混凝土大坝裂缝修补施工中的有效运用，本文将以某水电站混凝土大坝工程为例。该混凝土大坝工程中，坝顶高程超过400m，坝高最高值达到了205m，整体大坝坝顶长度为830m，总共由30个坝段共同构成，其中电梯井、通航以及转弯坝段各1个，底孔坝段共有两个，河床与岸边挡水坝段各为6个，另外还有溢流坝段与进水口坝段共计17个。除却特殊要求需使用常态混凝土之外，在该混凝土大坝工程中，坝体结构统一采用碾压混凝土，整体大坝混凝土总量大约为720万m³，其中有将近500万m³为碾压混凝土，在总坝体混凝土中的占比大约为70%。13#到18#坝段均为溢流坝段，一律使用表孔溢洪道负责完成泄洪工作，泄量最大时可以达到至少27000m³/s。利用高低坎差动式挑流消能作为下游消能方式，在后期的下闸蓄水时，有工作人员发现在部分溢流坝段以及底孔坝段出出现了混凝土裂缝，因此为保障整体大坝结构的完整与安全性，需要采取相应的处理措施及时修补混凝土大坝裂缝。

二、混凝土大坝裂缝检查与结果分析

（一）裂缝检查情况

在对该混凝土大坝进行裂缝检查的过程中，检查人员为避免对整体大坝结构造成破坏性影响，因而选用了声波探测法，搭配使用专业的裂缝测宽仪器，针对混凝土大坝工程中存在的裂缝，分别从其深度、宽度以及走向三个方面进行检测[1]。在此次裂缝检查当中发现该混凝土大坝出现了多条竖向以及水平裂缝，其中在某桩号位置处出现了一条裂缝宽度达2mm的贯穿坝顶的裂缝，而在I区高程为87到89m的位置处也出现了一条宽度基本相同的水平裂缝。图1展示的就是裂缝测宽仪器的主要构件：

图1裂缝测宽仪

（二）统计结果分析

根据此次对混凝土大坝裂缝检查的总体结果来看，其总共出现了18条裂缝，其中在迎水侧以及坝顶混凝土位置处共有6条裂缝，在背水坡底部混凝土位置处则出现了4条裂缝。除此之外，在大坝其余部位也分散出现了诸多裂缝，总体来看，在12#坝底孔明渠右导墙位置处的裂缝，绝大多数为直贯坝顶的贯穿裂缝。而在13#坝段迎水侧位置处的裂缝，除却部分表层裂缝之外，有大部分裂缝属于深层裂缝。

（三）裂缝出现原因

通过对以往混凝土大坝出现的裂缝进行分析，可知按照类型主要可以将其细分成温度裂缝、沉降裂缝以及干缩裂缝。由于外界环境温度与混凝土内部温度之间存在温差过大的情况，因而比较容易导致出现温度裂缝，特别是在夏季高温时期以及冬季低温时期，受温差过大的影响，混凝土将会迅速出现收缩情况，进而容易生成裂缝[2]。除此之外，由于混凝土大坝垫层施工未能严格按照相关标准要求进行规范施工，使得大坝荷载力难以达到相应要求，进而容易产生沉降不均匀的情况，导致混凝土大坝出现沉降裂缝。此外，值得注意的是，在部分出现裂缝的坝段，其裂缝位置基本位于迎水侧，在长时间受到水的侵蚀作用影响下，也比较容易加速封闭材料出现开裂或是脱落失效等问题。加之混凝土大坝内部本身也存在混凝土炭化以及钢筋锈蚀等风险，因而也极大地影响了混凝土大坝本身的质量水平。

三、混凝土大坝裂缝修补施工方案

（一）整体方案

针对该混凝土大坝中存在的裂缝，在与当前我国制定的裂缝处理技术规程以及工程自身实际情况进行充分结合下，最终选择在对迎水侧以及溢流坝段位置处的裂缝进行修补处理的过程中，选用手刮聚脲法处理裂缝表面以及利用化学灌浆技术处理深层内部裂缝的方式[3]。对于水位在67到69m处的大坝裂缝，如果其施工条件不符合手刮聚脲以及化学灌浆技术要求时，则选择使用T1密封带搭配使用不锈钢条锚固的方式处理裂缝表面，对于深层内部裂缝则同样使用化学灌浆技术。

（二）技术参数

根据混凝土大坝裂缝修补的具体要求，选择使用手刮聚脲弹性体以及强度较高的砂浆、聚合物混凝土等作为修补材料。其中手刮聚脲技术参数如表1所示：

表1手刮聚脲技术参数表

通过结合此次制定的混凝土大坝裂缝修补施工方案可知，对于裂缝表面则采用粘贴手刮聚脲材料的处理方式，在固化之后手刮聚脲涂膜的平均厚度至少为2mm，而一般缝开口位置的表面手刮聚脲涂膜的平均厚度范围则在3到4mm之间。聚脲涂刮宽度至少为40cm，且其涂层边缘距离缝口至少20cm。如果手刮聚脲混凝土位置处出现麻面、蜂窝或是局部缺失与振捣不实等问题，则首先需要严格按照相关施工要求对上述缺陷进行预处理，随后进行打磨并保障打磨深度在2到2.5mm左右，使得表面在打磨处理完毕后拥有良好的平整性。

（三）工艺流程

在采用化学灌浆技术处理该混凝土大坝深层裂缝的过程中，施工人员首先应当依照相关技术标准要求完成相应的前期准备工作，如搜集整理裂缝宽度、深度等数据信息，准备好需要使用的相关仪器设备等等。随后确定需要处理的裂缝及其具体位置，并按要求进行灌浆孔的布设与钻孔。及时将钻孔中的杂物彻底清除干净后，进行检查嘴的规范安装，并同步检查压水以及压气[4]。此后进行灌浆嘴的科学安装，对裂缝表面进行临时性封堵。此时需要依照混凝土大坝裂缝修补施工方案科学完成浆液的配制与灌浆，最后开展裂缝修补质量的严格检查，确保检查结果与规定裂缝修补要求完全相符后，即可将表面临时性封堵全部去除并进行封孔和表面处理即可。

四、混凝土大坝裂缝修补施工中化学灌浆的实际应用

（一）化学灌浆的技术参数

在此次将化学灌浆运用在混凝土大坝裂缝修补施工的过程中，首先需要施工人员根据标准要求进行灌浆孔的布设。在布设时，需从距离起止点10cm的位置处开始钻孔，主要采用双侧错位钻孔的方式，适当搭配单侧钻孔。其中单排钻孔为斜孔，而外侧钻孔则为深孔。其具体技术参数如表2所示：

表2化学灌浆技术参数表

（二）所选用化学灌浆材料

通过认真筛选众多可用于混凝土大坝裂缝处理的化学灌浆材料，最终在此次混凝土大坝裂缝处理中选用CW系环氧化学灌浆材料。这主要是由于该种化学灌浆材料的初始粘度相对较低，拥有较高的渗透性和强度，并且能够有效调整胶凝时间。无论是在干燥还是潮湿环境下均可以得到有效运用，同时适用于含有流动有压水以及环境温度在0℃以上的工况中。加之其配制流程相对简便，成本较为低廉并且几乎不会对周围环境产生有毒有害影响，因此可以有效满足此次混凝土大坝裂缝修补的基本要求。所使用的化学灌浆设备如下图所示：

图2化学灌浆设备示意图

（三）控制灌浆顺序与压力

考虑到在此次混凝土大坝中既存在垂直走向以及倾斜裂缝，同时也在部分坝段位置处存在贯穿整个桩号的水平裂缝。因此在确定灌浆顺序时，也需要依照具体裂缝的特点以及走向进行科学确定。如针对水平裂缝，在需要按照从低端到高端的顺序或是参考灌浆之前获取的压水试验数据，从吸浆量相对较大的孔开始进行灌浆。在压水试验时，需要在保障压力稳定的条件下，每隔五分钟对压入流量进行一次精准测读，如果连续4次测定的压入最大值减去最小值，比1.0L/min要小则可以结束压水。压水试验的主要目的在于帮助工作人员全面掌握待灌混凝土裂缝的原始透水性能，从而可以选择合适的灌浆材料与顺序。

针对混凝土大坝中的垂直以及倾斜裂缝，则按照由深到浅的顺序从下往上进行灌浆。根据化学灌浆技术规程，需要将灌浆压力控制在0.2到0.5MPa的范围内，并且如果在进浆较为顺利的情况下，选取低值作为灌浆压力。如果出现进浆相对困难的情况则可以适当提高灌浆压力，但不允许超过0.5MPa。

（四）确定灌浆标准与时段

在此次混凝土大坝裂缝修补施工工程中，为了保障进浆顺利，并有效控制孔内占浆，施工人员在实际进行化学灌浆之前按照规定要求预埋直径为8mm的塑料灌浆管，同时密实峰填灌浆管以及钻孔的间隙。在埋设骑缝孔灌浆管的过程中，灌浆管需深入裂缝大约0.05m，而斜孔灌浆管距离裂缝应当保证0.1到0.2m[5]。在设计压力最大的情况下，灌浆孔吸浆量在不超过0.02L/5min时即可结束灌浆。此时需要施工人员牢牢扎紧塑料灌浆管，并将其移动至相邻灌浆孔，进而继续按照要求进行灌浆。

为了有效保障化学灌浆施工的质量水平，达到彻底填补、妥善处理混凝土大坝裂缝的效果，在运用化学灌浆技术的过程中，需要保障环境温度至少为5℃，但最高环境温度不超过25℃，以有效防止因温差过大反而加剧混凝土大坝裂缝出现的情况。如果在气温相对较高的时期进行混凝土大坝裂缝修补施工，则需要在夜间或是气温相对较低的时间段开展化学灌浆施工。

（五）裂缝修补效果的检验

1.裂缝表面修补效果

在完成所有混凝土大坝的裂缝修补施工之后，需要相关工作人员及时对修补成果进行综合评估与检验，以此保障所有裂缝均得到有效填补和处理，确保混凝土大坝得以继续投入使用。在此过程中，工程人员采用了现场目视检查配合使用橡皮锤敲击的外观检查方式，证明修补材料与混凝土结合极为紧密，不存在任何施工缺陷，涂层和基层之间具有良好的粘结性。其具体试验结果如表3所示：

表3手刮聚脲涂层同混凝土面正拉粘结强度检测结果统计表

2.化学灌浆效果评估

根据工程人员提供的相关检测结果可知，在使用化学灌浆技术后混凝土大坝两侧位置的有效检查孔数至少达到了85%，粘结性良好的裂缝数达到有化灌浆液充填裂缝总数的52%。在进行芯样抗拉试验当中，在裂缝面处于断开状态下，粘结强度在1MPa以上的芯样数与混凝土已经断裂但裂缝面尚未完全断裂状态下的芯样数的综合，在此番芯样试验总数中的占比超过75%。压水试验合格裂缝段在压水总段数中的占比则超过95%。表4展示的就是部分溢流坝端混凝土温度缝以及裂缝的灌浆情况：

表4部分溢流坝端混凝土温度缝以及裂缝的灌浆情况

整体来看，本次共计82个有效检查孔当中，芯样裂缝填充良好率超过90%，芯样粘结良好率超过75%，透水合格率达到了100%，而压水试验合格率也在98%以上，混凝土内部温度裂缝化学灌浆浆液充填情况整体较好，与该混凝土大坝裂缝修补要求完全相符。

五、关于在混凝土大坝裂缝修补施工中运用化学灌浆的注意事项

（一）注意及时清理钻孔

为了能够有效达到缩短钻孔时间的目的，部分施工人员在采用化学灌浆技术进行混凝土大坝裂缝修补的过程中比较容易选择使用转速相对较快的风钻。但使用风钻时无可避免地会出现大量粉末，进而容易导致钻孔出现堵塞的问题，影响后续的正常灌浆。因此建议施工人员选择使用芯钻代替风钻，在尽可能一次性完成灌浆孔的钻孔之后，需要及时对钻孔当中的粉末以及杂物进行有效清除，进而方便之后的灌浆操作。

（二）注意科学配置浆液

在对浆液进行配置时，考虑到环境温度以及其他气候条件会直接影响其化学反应速度，因此需要相关人员在配置浆液的过程中注重对气候条件的有效控制。通常情况下，气温越高化学反应速度也会越快。在对化学浆液进行搅拌调和的过程中，同样需要依照具体温度确定适应的搅拌速度和使用的固化剂比例。如果在夏季高温时期，则需要适当降低固化剂的使用比例以及搅拌速度，从而有效防止出现化学浆液的化学反应变化速度过快而提前固结的情况。

（三）及时处理特殊情况

另外，假如在实际进行化学灌浆操作时出现浆液从相邻孔中流出的情况，则意味着此时孔内还存在部分积水未能有效排出，需要工作人员采用抽水机将孔内的残余积水全部抽排干净后再重新对相邻孔进行灌浆处理。如果发现孔内吸浆量比标准值要大时则需要立刻终止灌浆同时仔细检查裂缝情况和灌浆孔的当下状态，判断浆液渗漏与否。一旦发现有漏洞存在，则需要立即填补处理漏洞，随后再依照相关技术规程规范进行灌浆。

结束语：本文通过以某水利混凝土大坝工程为例，指出该工程中存在包括深层和表层裂缝以及贯穿裂缝等众多不同类型的裂缝。导致裂缝出现的原因除了与环境温度有关之外，还有可能是由于大坝迎水侧长期受到水的侵蚀影响，因此工程人员通过结合该混凝土大坝的实际情况，采用化学灌浆技术处理其裂缝，取得了良好的质量成效，这也证明化学灌浆技术可以有效用于混凝土大坝的裂缝修补。

参考文献：

[1]耿琳.大坝混凝土裂缝化学灌浆技术分析[J].中国战略新兴产业：1-3.

[2]魏新.罗圈背水库混凝土裂缝修补技术研究[J].中国水能及电气化，2017（02）：22-26.

[3]于会明.水利大坝混凝土裂缝化学灌浆施工技术[J].黑龙江水利科技，2016，44（10）：46-47.

[4]漆巨彬.化学灌浆在龙滩电站碾压混凝土大坝裂缝修补施工中的运用[J].四川水利，2015，36（05）：108-109.

[5]韩启民.观音阁水库23~#～26~#坝段裂缝修补浅析[J].内蒙古水利，2015（02）：43-44.