堆石坝钢筋混凝土面板缺陷修补措施.pdf

第 1 2卷O 2 期 2 0 1 4年 6 月 南水北 调与 水利 科技 S o u t h - t o - N o r t h Wa t e r T r a n s f e r s a n d Wa t e r S c i e n c e&T e c h n o l o g y Vo I 1 2 No O 2 J u r L 2 0 1 4 堆石坝钢筋混凝土面板缺 陷修补措施 初从波 ， 夏世法 ， 郝 巨涛 ( 1 吉林省水利水电勘测设计研究院， 长春 1 3 0 0 2 1 ； 2 中国水利水电科学研究院， 北京 1 0 0 0 3 8 ) 摘要： 随着我国高面板堆石坝的建设 ， 钢筋 昆 凝土面板缺陷的修补已越来越受到重视 。总结了引起面板渗漏的裂 缝 ， 止水破坏、 挤压破坏等缺陷的成因， 结合国内外工程实例， 分析了这些缺陷的修补措施， 并提出相关建议， 以资类 似工程借鉴。 关键词： 钢筋混凝土面板； 缺陷； 修补技术 中图分类号 ： T V6 4 1 4 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 6 7 2 1 6 8 3 ( 2 O 1 4 ) O O 2 0 1 0 0 0 4 The Re p a i r Te c h no l o g y f o r De f e c t o f Re i nf o r c e d Co n c r e t e Fa c i n g Sl a b o f Ro c k - fil l Da m C HU Co n g - b o 1 ， X I A S h i - f a 2 ， HAO J u t a o 2 ( 1 J i l i n P r o v i n c e Wa t e r R e s o u r c e a n d Hy d r o p o we r C o n s u l t a t i v e I n s t i t u t e ， C h a n g c h u n 1 3 0 0 2 1 ， C h i n a ； 2 Ch i na I n s t i t u t e o f Wa t e r Re s o u r c e s a n d Hy d r o p o e r Re s e a r c h， B e Oi n g 1 0 0 0 3 8 ， Ch i na) Ab s t r a c t ：W i t h t h e d e v e l o p me n t of h i g h CF RD i n Ch i n a t h e r e i s gr o wi n g r e c o g n i t i o n o f t h e r e p a i r t e c h n ol o g y f o r t he d e f e c t o f r e i n f o r c e d c o n c r e t e f a c i n g s l a b I n t hi s p a p e r ， t h e r e a s o n s for t h e d e f e c t ， s u c h a s c r a c ks ， f a i l ur e o f wa t e r s e a l a n d c o mp r e s s i v e r u p t u r e， t h a t ma y l e a d t o l e a k a g e a r e s u mma r i z e d Ba s e d o n t he e n g i ne e r i n g e x a mpl e s i n h o me a n d a b r o a d， t h e r e p a i r t e c h n o l o g y i s a n a l y z e d a n d s o me s u g g e s t i o n i s g i v e n And it c a n b e r e f e r r e d b y s i mi l a r p r o j e c t s Ke y wo r d s ：r e i n f o r c e d c o nc r e t e f a c i n g s l a b； d e f e c t ； r e p a i r t e c h n o l o g y 钢筋混凝土面板堆石坝是具有悠久历史的古老学科 ， 同 时也是水利水电工程中的重要领域。面板堆石坝在我国起 步较晚， 但发展很快。近年来 ， 随着 国家经济的持续快速发 展以及西部大开发战略的实施， 一批高坝大库在我国西部拔 地而起， 目前正面临着从 2 0 0 r n 级坝高向 3 0 0 m级坝高的跨 越 。堆石坝 的钢筋混凝土面板在施工及 运行过程 中， 受各 种 不利因素的作用， 可能会引起面板裂缝、 止水破坏、 挤压破坏 等影响面板防渗效果的病害缺陷， 这些缺陷一旦发生， 将会 引起大坝的渗漏 ， 进而影响大坝的安全及耐久性， 因此， 堆石 坝钢筋混凝土面板缺陷修补越来越受到参建各方 的重视。 本文总结了国内外堆石坝工程钢筋混凝土面板缺陷的发生 原因及相应的修补措施 ， 并给出了相关的修补建议。 1 面板裂缝修补 堆石 坝面板裂 缝 主要 由施 工工 艺不 当、 坝 体 不均 匀 沉 降、 干缩、 温度变化导致。堆石坝面板裂缝的修补， 由于其结 构的特殊性， 选择修补方案应尽可能少地破坏面板原有结 构 ， 同时要达到防渗补强 的效果， 还应施工方便。国内多个 堆石坝面板出现过裂缝 ， 并采取不同措施进行了修补。 文献E l i 论述了广东阳江大河水电站面板裂缝的处理。 对裂缝宽度O 2 n l l n的裂缝， 只采用 P UA - 7 5聚脲弹性涂 料进行表面封闭； 对宽度O 2 r n r n的裂缝， 内部采用亲水性 的 HK- G环氧灌浆材料进行化学灌浆， 灌浆设备采用 HK_ 6 1低黏度环氧粘贴灌浆盒， 内部化灌结束后 ， 在裂缝两侧各 1 0 c m范围内采用 P UA - 7 5聚脲弹性涂料进行表面封闭。文 献 2 中对东北某面板裂缝的修补采取了如下措施： 首先采 用灌浆法对裂缝空隙进行封堵， 然后采用表面覆盖法， 在裂 缝表面实行二布三胶的密闭工艺。表面覆盖法中所用 的封 堵材料选用玻璃丝布 ， 布宽 3 0 C IT I 。西龙池面板贯穿性裂缝 处理采取了沿裂缝走向钻斜孔( 斜孔垂直深度不超过面板厚 度 1 3 ) ， 埋设灌浆专用止水针头， 灌注 L w Hw 聚氨酯的方 法进行了处理。水布垭大坝一期面板根据混凝土缺陷处理 技术要求， 按照缝宽、 缝深将裂缝分为三类_ 3 。I 类缝采用表 面清理保护的方法处理； I I 、 类缝采用凿槽嵌缝灌浆加表 面清理保护的方法处理。天荒坪抽水蓄能电站下库面板裂 缝的处理采用了“ 内填外堵、 多层设防、 复合 防水” 的柔性处 理方案_ 4 。“ 内填” 是指采用 9 1 1弹性胶进行灌浆， 灌浆结束 后， 在裂缝表面涂刷 9 1 1 胶 ， 粘贴丙纶止水片防水， 然后在止 水片表面覆盖一层抗老化 、 结构强度较高的胶凝聚合物砂浆 保护层 ， 提高裂缝充填材料和复合防水层抵御风化和外力破 坏的能力。此方案既保证 了裂缝修复后面板的整体性和结 构强度得到加强， 又能增强裂缝处面板吸收和适应变形的能 收稿 日期 ： 2 0 1 3 1 0 1 1 作者简介： 初丛波( 1 9 7 1 一 )， 男， 吉林长春人， 高级工程师， 主要从事水利水电工程设计工作。E - m a i l ： c c b c c b 8 7 8 7 1 6 3 c o m 1 0 0 |羔 a l 娃 笈 l 4 B g t a 4 m 4 g | * 初从波等 堆石坝钢筋混凝土面板缺陷修补措施 力。天生桥一级水电站大坝面板裂缝采用如下处理措施 ： 对 小于 0 3 r n r n的裂缝两侧各 1 0 c m范围涂刷聚硫、 HK G2 低黏度环氧、 HK 一 9 6 1 增厚型环氧进行表面封闭； 对大于或等 于 0 3 mm的裂缝 ， 首先采用灌浆盒对裂缝内部灌注 HK _ G 2 环氧， 然后采用 HK- 9 6 1型环氧涂料涂刷裂缝表面。十三 陵上库面板对小于 0 2 mm的裂缝采用 S K柔性防护涂料进 行了表面封闭 5 ； 温泉面板裂缝对于小于 0 2 mln的裂缝采 用 S K柔性防护涂料进行了表面封 闭， 对大于等于 0 2 mm 的裂缝内部采用高压灌浆灌注 S K- E改性环氧 ， 表面采用 S K 柔性防护涂料进行封闭 1 1 面板裂缝修补措施 从国内的工程实践来看， 面板裂缝的处理主要遵循“ 治 本为主， 治表为辅” 的综合治理原则。对于宽度在 0 2 mit t 以下的堆石坝面板裂缝 ， 目前国内一般采取表面封闭的简单 处理方式； 而对于宽度大于等于 0 2 mr n的裂缝， 则采取 内 部灌浆、 表面封闭的综合处理方式。同时， 考虑到大坝面板 在运行过程中受外界气温变化、 大坝沉降变形等因素的影 响， 裂缝修补应选择柔性修补方案。柔性修补方案是指裂缝 表面 的封 闭涂层 应能满 足裂缝 周期 性 张开及 大坝 变形 的需 要， 以防止修补后的裂缝被二次拉开。整个裂缝修复方案既 要保证面板的整体性和结构强度得到加强， 又能增强裂缝处 面板 吸收和适应 变形的能力 。 1 1 1 修补材料的选择 ( 1 ) 灌浆材料的选择。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 灌后缝面具有较高抗渗性和抗老化性能， 能阻止外来水汽导 致的混凝土碳化和钢筋锈蚀， 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黏结强度， 能恢复混凝 土结构的整体性。因此， 对化灌材料应从浆材的可灌性、 耐 久性 、 适用性等方面进行考察。从国内工程实践来看： 灌浆 材料主要采用环氧浆材和聚氨酯材料， 且以环氧材料为主， 各工程采取的材料既有共性 ， 又有各 自特点， 在亲水性、 黏结 强度、 耐久性等方面略有差异， 应根据具体工程的特点和要 求选用经济实用的浆材。 ( 2 ) 表面涂层材料的选择。表面涂层是面板裂缝防渗的 第一道防线， 材料的选择应掌握如下原则： 一是涂层的抗渗 性 ， 能够有效防止水汽的渗入； 二是具有配套的界面剂， 保证 表面涂层同基面混凝土具有较高的黏结强度 ， 不易脱开； 三 是具有较好的延度， 能够保证活动裂缝和不稳定裂缝在修补 后不能二次拉开 ； 四是浆材的耐久性， 选用的材料在使用环 境下性能稳定， 具有优异的耐老化性能。 目前 国内工程采 取 的表面涂 层材料 主要 有 ： P UA - 7 5聚 脲涂层， S K柔性防护涂层 ( 单组份聚脲) ， HE - 9 6 1 增厚环氧 涂料、 S G 3 0 5 一 C I液体橡胶、 P S I - 2 0 0水泥基液、 玻璃丝 布、 P S I - TA P E裂缝快速修补带等， 但从国内一些面板裂缝修补 多年的试验情况来看 ： 环氧涂层、 玻璃丝布、 液体橡胶等表面 涂层在裸露的环境下运行一段时间后容易出现老化开裂或 脱落的现象， 须慎重使用。而聚脲涂层 因为其优异的延展 性， 拉伸强度、 同基面的粘接强度等性能特点得到广泛的应 用， 因此建议作为表面涂层的首选材料。 1 1 2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、 粘贴灌浆嘴法和打斜孔埋管法。从现场施工的情况来看 ， 由 于面板很多裂缝是浅层裂缝， 且裂缝的深浅度、 宽度不一 ， 缝 凿槽后用砂浆修补后效果反而会破坏原面板的整体性 ， 现场 在斜坡上施工难度较大， 导致工期相对较长。因此， 由于对 原混凝土结构破坏较大， 开槽处理难等问题 目前开槽埋管法 已较少采用。粘贴灌浆嘴法在早期面板裂缝的处理工程中 也有一定的应用， 但粘贴灌浆嘴法因为灌浆压力低 ， 裂缝充 填不饱满， 近年来也已较少采用。打斜孔埋管法 目前在国内 面板裂缝处理工程总得到了广泛的应用。主要是其施工简 便， 进浆效果明显， 灌后裂缝充填饱满。虽然也存在钻孔易 碰到钢筋、 孔容大， 浪费浆材等缺点， 但施工方便， 并能解决 开槽法的诸多不利， 因此得到广泛应用。建议堆石坝面板裂 缝灌浆以打斜孔埋管灌浆法作为首选方案。 1 1 3 灌浆设备 的选择 目前采用的灌浆设备主要为低压灌浆泵和高压灌浆泵。 高压灌浆泵近年来在一些工程中进行 了应用， 虽然效率较 高 ， 灌 浆效果较好 ， 但用 于 面板裂缝 灌浆须 慎重 。主要原 因 是高压灌浆泵压力较大， 可达 8 1 4 MP a ， 而面板裂缝一般 深度较浅， 如采用高压泵， 一旦压力控制不当， 很可能会导致 裂缝进一步劈裂发展， 所以用于面板裂缝灌浆风险较大。因 此 ， 面板裂缝灌浆建议选择低压灌浆设备。 2 接缝止水失效修补 2 1接缝 止 水失效 原 因 面板堆石坝中的接缝止水是大坝防渗体系中的重要防 线。堆石坝面板接缝采用塑性填料作为表层止水 ， 通常是在 预留的接缝 V形槽内嵌填柔性填料， 并在填料外部设盖板对 填料加以保护。柔性填料 的作用为当坝体发生较大沉降和 变形 ， 并导致面板底部预埋的铜止水结构发生破坏时， 可在 水压力的作用下流入缝腔内封堵渗漏通道， 从而增强接缝止 水的整体安全可靠性。相关试验成果表明： 柔性填料必须与 V形槽混凝土面粘接良好且嵌填密实， 才能在水压力作用下 向缝腔内流动。所以柔性填料与混凝土面粘结紧密和填料 嵌填密实是表层止水施工 的关键。而 目前 国内外堆石面板 坝表层止水基本是按照分块、 分板、 分条的组合方式进行人 工嵌填， 同时由于柔性填料产品本身粘软并具有一定弹塑 性， 所以在坝面上用人工密实地嵌入 V形槽有一定难度， 当 外界温度偏低导致填料硬度增大时， 嵌填难的问题尤为突 出。从已建工程来看， 人工嵌填方式存在的最大问题是嵌填 不密实、 填料黏接不牢固、 效率低， 再加上止水施工队伍的不 固定、 不专业 、 技术水平低， 经常导致施工质量难保证 ， 施工 效率低， 进度不理想等情况。根据以往的工程调查， 柔性填 料人工嵌填的密实度一般为 7 O 8 0 。嵌填不密实不仅 导致填料嵌填数量不足， 更重要的是， 不密实的填料含有过 多的孔洞， 将导致填料在水压力作用下向接缝内挤压流动时 流动不稳定， 容易发生流动中断和水压力击穿， 影响填料的 流动止水效果， 造成体系防渗可靠性的降低 ， 甚至失效。因 此， 采用人工嵌填， 即使采用了优异的塑性填料， 也不一定能 疆 |镟 1 0 1 虢 | 瓣蛳 渤* g 繇 赫 赫 鳓 l 初从波等 堆石坝钢筋混凝土面板缺陷修补措施 ( 2 )修补时， 压性缝应采用压缩模量适宜的填缝材料， 以为面板向河谷中部的压缩变形提供一定的变形空间。有 关研究表明_ 】 “ ： 压性缝填充板的压缩模量越高 ， 河床中央 面板应力集中情况越严重， 因此填充板 的压缩模量要尽量 低。通过设计足够厚度的接缝填充材料， 可消除接缝内部的 压力不均匀分布， 从而可以避免接缝混凝土的挤压破坏。 ( 3 )尽量减小面板压性缝顶部缝 口的“ V” 形槽尺寸， 以 保证压性缝处面板混凝土的断面。 ( 4 )在受压区面板侧边布置抗挤压钢筋以及适当增加 面板压性区混凝土的标号， 以增强面板混凝土的抗挤压破坏 能力 。 4结论及建议 堆石坝钢筋混凝土面板的裂缝、 止水破坏、 挤压破坏等 缺陷容易导致面板渗漏， 从而威胁大坝安全， 必须采取合适 的修补措施进行处理 。综合分析国内外堆石坝面板缺陷的 处理措施 ， 得到如下结论 。 ( 1 )堆石坝面板裂缝为浅层裂缝， 裂缝处理应遵循综合 处理的原则， 即内部化学灌浆， 恢复结构的整体性； 裂缝表面 采用延度、 黏结强度 、 抗拉强度高， 耐久性 良好的涂层材料进 行封闭。从工程实践情况来看 ， 此种方案的处理效果较好。 ( 2 )在接缝嵌填材料质量过关的情况下， 面板止水破坏 的主要原因是人工嵌填填料的效果不佳， 而机械化挤出施工 可保证填料嵌填密实， 使塑性填料与混凝土表面以及橡胶盖 板的粘贴质量得到明显改善， 施工效率大大提高。因此， 机 械化施工是面板止水失效修补的发展趋势。 ( 3 )挤压破坏修补是面板缺陷修补的难点。从 目前的 发展情况看 ： 主要采用减小面板基础约束， 增加压性缝断面 尺寸， 布置抗压钢筋， 在压性缝中设置压缩模量较低的填充 板等措施。从国内外的工程实践看， 这些措施具有一定的效 果， 但由于堆石坝面板挤压破坏的机理 目前还存在争议 ， 有 些工程虽然采取了上述措施， 但仍然出现二次挤压破坏， 其 修补措施还需进一步研究。 参考文献 ： 1 刘畅彦 采用化学灌浆进行堆石坝面板裂缝修补 J 民营科 技 ， 2 0 1 1 ， ( 8 ) 2 梁龙 某堆石坝混凝土面板裂缝调查、 成因分析及修补 c 水 工混凝土建筑物检测及修 补论文集 ， 2 0 0 5 3 林荣张 ， 吴跃伟 ， 等 ， 水布垭电站混凝土 面板堆石坝面板混 凝土 裂缝处理技术综述口 水利水电技术 ， 2 0 0 7 ， ( 1 1 ) 4 周祖权 周民权 天荒坪抽水蓄能电站下库坝面板裂缝修补工 艺 I- J 水利规划与设计 ， 2 0 0 7 ， ( 6 ) I s 李守辉 十三陵上库面板裂缝处理竣工报告 R 中国水利水 电科学研究 院， 2 0 0 9 6 徐泽平 ， 郭晨 高 面板堆石坝 面板挤压破 坏问题研究 J 水力 发 电，3 3 ( 9 ) 7 关志诚 面板坝的挤压破坏和渗漏处理 J 水利规划与设计， 2 O1 2， ( 2) 8 万里 ， 罗永祥 ， 等 马来西亚 巴贡混凝土面板堆石 坝面板抗挤压 破坏措施探讨 口 西北水 电， 2 0 0 7 ， ( 4 ) 9 - I徐泽平 超高混凝土面板堆石坝建设中的关键技术问题 J 水 力 发电， 2 0 1 0 ， ( 1 ) 1 0 孔宪京 ， 周 扬 ， 等 高面板堆石坝面板应力分 析及 抗挤压破坏 措施 J 水力发电学报， 2 0 1 1 ， ( 1 2 ) 1 1 郝巨涛 ， 杜振坤 高混凝土面板堆石坝面板接缝挤压破坏预 防 措施研 究 J 水力发电， 2 0 0 8 ， ( 6 ) ( 上接 第 9 9页) 系统送浆 比重 1 1 0t m 3 ,颗粒 粒径00 2 0m m 注 ：盾构 排浆一沉 淀池 一调整槽 一剩 余槽 一盾 构 图 5 壤 土、 古土壤和混杂层处理流 程 当要求更高质量的泥浆时， 可通过减少总进浆量， 重复 旋流除砂( 泥) 器中的泥浆分选过程以达到 目的； 也可利用外 接管路和阀门切换形成二次循环净化回路。 6结语 泥水在盾构施工中具有很重的作用， 泥水就像盾构机的 “ 血液” 将优质的合格的泥水由 P 1 1 进泥泵输送到盾构泥水 舱 ， 与盾构掘削下的渣土混合后经排泥泵返回泥水调制处理 中心， 经分离、 沉淀、 调制达到适应地层的各项指标后继续重 新使用。泥水处理的作用主要有渣土输送、 泥浆护壁、 冷却 润滑等， 泥水处理技术水平直接决定着渣土排放是否顺畅 ， 经处理后的泥浆指标是否达到要求， 进而制约着工程进度、 施工安全、 盾构设备安全。 随着泥水盾构技术的广泛应用， 泥水处理系统的作用越 发显得重要。目前国内正在研发 自己的泥水处理系统并取 得 了一定 进展。主要是根 据本 工程 复杂 的地质情 况及 长距 离的掘进要求， 对盾构机泥水处理系统进行科学合理优化， 具有显著的经济效益和社会效益。 参考文献： 1 项兆池， 楼如岳， 傅德明， 等 最新泥水盾构技术 M 上海： 上 海 隧道股份有 限公 司施工技术研究所科技情报 室， 2 0 0 1 2 李建斌 ， 陈 馈 ， 康宝 生 ， 等 先进机 械施工 新技术及 案例 M 洛阳： 中铁 隧道集 团有 限公司 ， 2 0 0 3 ! 罐 l 巢 -1 0 3 4 i 5 E g g 4 I a 稀 r H E