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1、迎水面混凝土裂缝处理施工技术以丹江口大坝初期工程为例技术与市场技术研发第18卷第9期2011年迎水面混凝土裂缝处理施工技术以丹江口大坝初期工程为例程雪军,金文华z,马江权s?(1.湖北葛洲坝试验检测有限公司,湖北宜昌443002;2.中国水电顾问集团西北咨询公司丹江口监理中心,湖北丹江442700;3.葛洲坝集团第二工程有限公司,四川成都610091)摘要:南水北调中线水源工程丹江口大坝在初期工程建设时期.由于受到当时的施工条件及技术水平的限制.大坝初期工程迎水面存在大量的混凝土裂缝及层间结合缝.在对丹江口大坝加高过程中,通过对大坝迎水面混凝土裂缝的全面检查和分析,采取缝口封闭,化学灌浆,粘贴
2、防渗材料,增设排水等多种技术手段对迎水面的混凝土裂缝进行了处理,取得了较好的应用效果.关键词:丹江口大坝加高;迎水面;裂缝处理;施工技术.doi:10.3969/j.issn.10o68554.2011.09.057.1工程概述丹江口水利枢纽初期工程混凝土坝分为58个坝段,全长1141m,最大坝高97m.工程于1958年开工建设,1962年初因混凝土质量等问题暂停施工,对已浇筑的大坝混凝土的缺陷进行了全面详细的检查,并有针对性地进行了补强加固处理.工程于1964年底复工续建,1967年开始蓄水,1974年全部完建.2005年大坝加高工程开工建设,为查清丹江口初期大坝的裂缝及大坝混凝土缺陷状况,
3、经过组织对初期工程混凝土裂缝进行专项检查,发现存在大量的混凝土裂缝,浇筑长间歇导致的水平层间缝等混凝土缺陷,尤其是大坝迎水面,存在大量的水平层间缝,需要进行处理.2迎水面混凝土裂缝的分类丹江口大坝大体积混凝土裂缝分类标准如下:I类:一般缝宽8<0.2Inln,缝深h30em,性状表现为龟裂或呈细微规则特.陛;类:表面(浅层1裂缝,一般缝宽0.2mm8<0.3mm,缝深30cm<h<100em,平面缝长3mL<5rn,呈规则状;类:表面深层裂缝,缝宽0.3mm6<0.5mm,缝深100em<h<500em,缝长大于500em,或平面1/3坝块宽度,
4、侧面大于12个浇筑层厚,呈规则状;类:缝宽8I>0_5mm,缝深>500em,侧泣)面长度h>500cln,平面上贯穿全坝段的贯穿裂缝.3迎水面混凝土裂缝的处理原则丹江口大坝初期高程迎水面混凝土裂缝按照高程EL142.5m为分界线,分成水上和水下两部分类型的裂缝,水上和水下裂缝分别按照不同的技术方案进行处理施工.根据丹江口大坝初期工程的裂缝情况和坝体结构特点,结合加高工程的施工条件,在进行大坝裂缝处理时遵循以下一般性原则:(1)在进行裂缝处理前,应查清裂缝构造,分析裂缝对大坝加高工程的稳定,结构应力,防渗性能等影响特点,根据裂缝所在部位的环境条件选择合理的处理措施.(2)贯穿
5、上游面的水平层间缝,竖向裂缝,坝顶横向裂缝,渗流弱面的处理措施一般以前封后排为主;对于规模较大的纵向裂缝则以加强构造作用为主.(3)对于贯穿上游面的水平层间缝,类上游坝面竖向裂缝和坝顶横向裂缝,廊道渗水裂缝,应通过缝内的渗压力,裂缝渗流量监测监视裂缝渗漏状况进行处理.(4)裂缝处理所用的灌浆材料应满足环保要求,并经验证对人畜无害.4迎水面混凝土裂缝处理工艺4.1迎水面水上部分混凝土裂缝处理工艺4.1.1I,类裂缝处理上游面I类裂缝一般不作特殊处理.类裂缝处理采用凿u型槽,以SR2进行缝口封堵,以聚合物砂浆防护方式进行处理,处理结构详见图1所示.具体工艺要求:1)u型槽槽口宽15cm,深1012
6、cm;2)槽底4cm,嵌填塑性止水材料SR2,槽口68cm,深度回填HTCX高强修补砂浆并抹平,槽内左右边交错布置锚筋.HTCX高强修补砂浆应分层回填,锚筋采用喜利得RE50o植筋胶进行锚固.3)竖向或斜线缝凿槽区域为裂缝长度范围并向两端外延50cm.4)所有槽口的HTCX高强修补砂浆表面应与所在部位上游坝面平齐,不应出现明显的外突和凹陷.HTCX高强修补砂浆回填后覆盖毛毡进行保湿养护7天.图1II类水上裂缝处理示意图4.1.2lU,1V类裂缝处理,类裂缝处理先进行切槽埋管灌浆处理后再进行嵌入式混凝土保护.嵌入式处理构造见图2所示,具体工艺要求如下:(1)沿裂缝凿槽宽60cm,深10cm的U型
7、槽,凿槽范围顺缝端延伸80cm,槽底采用切割方式整平,不平整度不大于1cm.(2)切凿灌浆嵌缝槽.在U型槽内骑缝切割用于裂缝缝口封闭灌浆的V型槽.v型槽宽度为5cm左右,深度为3cm左右.1o3技术研发TECHN0LoGYANDMARKET(3)钻骑缝孔埋设灌浆管.钻灌浆孔时为防止钻孔的灰尘堵塞裂缝影响灌浆效果,钻孔采用手持式岩心带水钻骑缝钻灌浆孔,钻孔孔径为(I)28mm,孔深为68em,钻孔间距为3080cm.骑缝孔钻好后用高压水冲洗干净.全部灌浆孔钻孔完成后开始埋设灌浆嘴,将灌浆嘴放入到灌浆孔内,采用灌浆专用堵漏材料进行封孔.(4)HTCX型高强修补砂浆嵌填v槽封闭裂缝缝口.在嵌缝前用高
8、压风将裂缝周边混凝土的水吹干,然后HTCX型高强修补砂浆嵌填V槽,达到封闭裂缝缝口的目的.(5)灌浆嘴试气检查.待HTCX高强修补砂浆达到一定强度后(一般为24h),通过灌浆嘴对裂缝试气,试气压力0.20_3MPa,在裂缝槽口用肥皂水检查嵌缝漏气情况,如有漏气的部位剔除嵌缝的砂浆后采用快速堵漏砂浆重新嵌填,再进行试压检查,确定裂缝嵌缝质量后可以进行化学灌浆.(6)化学灌浆.1)灌浆压力及灌浆顺序:一般采用0.20.4MPa,根据进浆速度逐级缓慢提升,在屏浆时根据实际情况可以适当提高压力,以保证浆材更好地渗透到细微裂缝.水平缝由一端向另一端逐嘴灌注,垂直缝由下往上逐嘴灌注.2)化学灌浆:化学灌浆
9、材料选用的是LPL环氧灌浆材料.灌浆时可采用逐点法或者多点同步法进行灌浆,当灌浆嘴停止进浆或在稳定压力下15rain内连续吸浆率小于10mL/min,且压力不下降,即可结束灌浆.3)灌浆质量检查:裂缝化灌后3d对灌浆裂缝骑缝钻孔取芯,压水检查.采用岩芯钻机钻100Inin骑缝取芯孔,用混凝土芯样对浆材结石情况进行检查,并进行压水试验检查灌浆质量.(7)在裂缝灌浆质量满足技术要求后,剔除v槽内嵌填的封缝砂浆,在v型槽内及U型槽槽底涂刷塑形止水材料SR2的配套底胶,在底胶达到指触干后,用塑形止水材料SR2嵌填V型槽,然后用SR2材料对整个U型槽槽底找平.50cm宽的SR防渗盖片粘贴在U型槽槽底,盖
10、片粘贴后用木锤锤密实.(8)在槽内两侧设置l4的锚筋,采用喜利得RE500植筋胶植筋,植筋深度25cm,外露25cm,从外露的5cm处将钢筋垂直弯折.锚筋穿透防渗盖片的部位用塑形止水材料SR2对锚筋和盖片之间的孔洞进行密封处理.槽内在锚筋上焊接钢筋网,钢筋网规格为8mm,间距为1010cm.U型槽槽内采用HTCX高强修补砂浆填平,修补砂浆回填后覆盖毛毡进行保湿养护7d图2III,IV类水上裂缝处理示意图4.2迎水面水下混凝土裂缝处理工艺丹江口迎水面水下裂缝包括两部分内容,一部分是新检查出的水下裂缝,另一部分是原来已经进行过水下修补处理的裂缝.对于已经进行过修补的裂缝,在水下检查时应对原来的修7
11、D4补材料进行专门检查,修补材料已损坏的应进行清除后重新处理,对于修补材料完好的裂缝,考虑耐久性的问题,在原来处理的基础上增加一道防护处理.水下裂缝处理通过潜水作业完成施工.4.2.1水下未修补混凝土裂缝的处理工艺水下未修补裂缝的处理构造如图3所示.水下I类裂缝不需作特殊处理.水下裂缝修补具体工艺如下:4.2.1.1水下II类裂缝处理工艺(1)裂缝两侧混凝土表面清理.在对水下裂缝进行处理前首先对裂缝两边各50cm混凝土进行水下清理.清理方法主要用钢丝刷清洗并用液压旋转动力刷进行水下打磨.将混凝土表面打磨干净,去除浮生及松动体.(2)切v型槽.水下切割由潜水员沿裂缝长度方向,平稳把持液压盘锯开v
12、型槽,施时可根据裂缝长度,走向及设备工效分序分段进行.切割的v型槽尺寸符合缝宽5cm,深度3cm,骑缝凿v型槽,应顺缝端延伸30cm的要求.(3)涂刷塑形止水材料SR2的配套底胶:将调制好的底胶由潜水员带到水下在V型槽内进行涂刷,要求均匀涂刷底胶;待底胶表干后,即可进行SR2材料的嵌填.每次涂刷长度在lI5m左右.(4)塑形止水材料嵌缝.水上配合人员将塑形止水材料SR2搓成细条,潜水员沿接缝嵌填,按先缝里,后缝外,先两边,后中间的原则,将SR2填人接缝及两个侧面,用榔头将SR2表面整理成平面形状.(5)粘贴sR防渗盖片:在水上对SR塑性止水盖片涂刷HK一963粘合剂,待塑性盖片表面指触干后,由
13、潜水员带到水下将SR防渗盖片粘贴到开槽两侧已涂刷水下涂料的坝面上,粘贴时按由上而下,由中间向两边的顺序粘贴在裂缝面上并打压密实,盖片周边用SR2封边处理.(6)防渗盖片保护板:在盖片外采用80cm宽PVC板进行保护,板厚6cm,两侧压不锈钢压条后采用不锈钢螺栓固定在坝面.4.2.1.2水下III,Iv类裂缝处理工艺水下III,Iv类裂缝处理的总体:艺流程与水下II类裂缝的处理方法大致相同,只是在嵌缝之前需要对裂缝先进行化学灌浆处理,在灌浆处理完成后剔除V槽内的嵌缝材料,冉进行塑性材料嵌缝,粘贴盖片以及安装保护板.增加的化学灌浆工艺要求如下:(1)在裂缝两侧混凝土坝面清理以及切v型槽完成后,沿裂
14、缝钻骑缝孔埋设灌浆管.灌浆管钻孔孔径为(I)28mm,孔深为68cm,钻孔间距为3080cm.骑缝孔钻好后用高压水冲洗干净.全部灌浆孔钻孔完成后开始埋设灌浆嘴,将灌浆嘴放入到灌浆孔内,采用SXM水下快速密封材料埋设灌浆管及封缝.(2)灌浆嘴试气检查.用SXM快速密封剂封缝后,灌浆前,先检查封面的密封情况,作压气,压水试验,查看裂缝表面封闭质量,各灌浆孔的串通情况,并进一步对缝内的杂物进行清洗,压气压水试验时,管口压力保持在0.3MPa左右.对在试验过程中出现的缝面漏气处重新封闭,并再次试压,直至全部合格为技术与市场技术研发第l8卷第9期2Ol1年止,以保证封缝不跑浆,漏浆;并做好记录.(3)化
15、学灌浆.水下裂缝化学灌浆材料选用LW弹性聚氨酯灌浆材料,由于LW具有遇水膨胀的特性,为达到更好的灌浆效果,在灌注LW之前,先对裂缝缝内灌注丙酮驱水,再进行LW灌浆,可以更好的填充裂缝.灌浆时可采用逐点法进行灌浆,灌浆压力采用0.2MPa.灌浆结束标准:当裂缝缝面停止吸浆,再继续灌注30min,灌浆完成.灌浆结束后24h,剪除灌浆管.(4)在裂缝化学灌浆完成后,剔除v槽内嵌填的封缝材料,再按照水下II类裂缝处理工艺对裂缝进行塑性材料嵌缝,粘贴盖片以及安装保护板.图3水下裂缝处理示意图4.2.2水下已修补裂缝处理工艺对于修补材料完好的裂缝应在不破坏修补材料前提下进行防护处理,处理构造如图4所示,具
16、体工艺要求如下:(1)对已处理的裂缝以及裂缝两侧总宽1.0m范围表面进行清理.清除表面的附着物,并对混凝土表面进行打磨处理.(2)采用多层氯丁橡胶片将修补区填平补平,并将两边各加宽5em,两端及氯丁橡胶接缝处采用SR2进行封缝处理.(3)在补平区及两侧总宽1.0m范围表面涂刷水下专用底胶,粘贴sR防渗盖片.(4)根据氯丁橡胶片将修补区找平的厚度和宽度尺寸定制成型PVC保护板,板厚6mm,采用不锈钢螺栓固定.由潜水员在水下钻孔安装保护板对防渗盖片进行保护.图4水下已修补裂缝处理示意图4.2.3迎水面水平裂缝与坝体横缝贯通部位的处理工艺迎水面水平裂缝与横缝贯通部位的处理采用裂缝端头封闭加局部横缝灌
17、浆的方式进行处理.(1)裂缝端头封闭孔处理.当水平缝与横缝贯通时在距横缝30em处骑缝钻水平孔,钻孔深度穿过大坝横缝止水埋设部位50cm,钻孔孔径102mm,孔位偏差不大于2em,孔斜偏差不大于1%.孔内填塞SR2止水材料,孔口6em的深度填塞高强修补砂浆,以达到将水平裂缝同横缝阻隔的作用.(2):kN横缝灌浆处理.在水平缝与横缝贯通处上下各30em处骑横缝钻灌浆封闭孔,孔径102mm,孔深80cm.孔内填塞SR2止水材料.对封闭孔间的横缝进行缝口封闭后灌浆,灌浆材料采用LW弹性聚氨脂.4.2.4其它裂缝处理辅助技术丹江口大坝初期工程迎水面混凝土裂缝处理还辅助了其它一些处理措施,以进一步提高处
18、理效果,提高工程耐久性的防护效果.具体包括以下几点:(1)初期大坝迎水面表面防渗处理.大坝加高后初期工程迎水面基本位于水库水位以下,上游坝面水位变幅区I,类裂缝较为发育,该部位采用满涂水泥基渗透型结晶防水材料进行了防水处理,以提高工程耐久性.首先对初期工程迎水面混凝土表面进行清理,清除混凝土壁面附着物,然后用金刚石磨片将混凝土表面打磨一遍,露出新鲜混凝土面,用水冲洗表面,待混凝土面表干后再进行水泥基渗透型结晶防水材料的涂刷施工.(2)疏通和加密坝体排水孔.由于丹江口大坝已运行30多年,经过检查坝体廊道的排水孔很多已经被析钙物堵塞,对于排水效果较差的坝体排水孔进行了疏通,并增加了一部分新的排水孔
19、,已达到恢复或改善坝体的排水效果.5结语通过对丹江口大坝初期工程迎水面混凝土裂缝的全面检查和分析,采取缝口封闭,化学灌浆,粘贴防渗材料,增设排水孔等多种技术手段对迎水面混凝土裂缝进行处理,丹江口大坝加高工程初期工程大坝迎水面混凝土裂缝修补取得了较好的处理效果,也为类似的老坝体裂缝检查和处理提供了借鉴.作者简介:程雪军(1971一),湖北天门人,高级工程师.现从事混凝土无震动切割拆除,混凝土缺陷修补,结构加固,防渗堵漏等特种专业工程施工.金文华(1978一).湖北仙桃人.注册质量工程师,注册监理工程师,注册安全工程师.西北公司丹江口大坝加高工程监理中心总工,现从事大坝基础处理,混凝土施工监理工作
20、.马江权(1966一).江苏杨中人,教授级高级工程师,现从事水电,路桥工程施工管理.(上接第102页)5.6.5封底砼浇注混凝土的灌注应遵守以下原则:一次到位,由边到中,储料足够,保证埋深.导管首封砼施工顺序:1,23411,12,13,14,5,8,7,10,6,9.6结语该深基坑采用以上施工方法,确保了围堰基坑施工的安全,而且基坑渗水非常小.采用射水空气吸泥机对基坑进行开挖,施工时问比原计划提前了20d,而且解决了设备不能直接在围堰内进行开挖(支撑太密)的施工难题.作为10m以上的深基坑,施工中特别注意了钢板桩插打定位精度的控制,确保围堰顺利合拢,没有出现严重的渗漏情况.另外,基坑封底混凝土的施工,为承台施工创造了干地施工的条件.此深基坑的施工方法为以后类似的工程施工提供了参考.105