官地水电站大坝混凝土裂缝检测及处理技术

杨 军

(中国水电顾问集团成都勘测设计研究院，四川成都 610000)

1 工程概况

官地水电站大坝为碾压混凝土重力坝，最大坝高168 m，坝顶长度516.00 m。大坝混凝土总方量约344.5×104m3，其中RCC 约292.7×104m3。

官地大坝混凝土施工具有工程量大、坝体结构复杂、浇筑强度高、施工工序复杂、施工相互干扰大等特点，在施工过程中，除精心管理、严格控制以减少混凝土开裂外，还应对已出现的裂缝及时处理，以免对大坝结构安全造成不利影响。

2 混凝土裂缝分类和统计

2.1 裂缝成因

为对裂缝进行危害性评估和选择正确处理方案，应对裂缝所处部位、产状、形状(包括长度、表面宽度、深度等)、成因等进行分析和分类。裂缝的成因如表1 所示。

2.2 大体积混凝土裂缝分类及评价标准

按所产生的裂缝性质、所在部位、是否位于基础约束区及对结构应力和运行安全影响程度，大体积混凝土裂缝分类及评价标准如下:

(1)Ⅰ类裂缝:缝宽δ＜0.1 mm，缝深h≤30 cm，缝面长度≤1.5 m，外观为龟裂状呈细微而不规则裂缝或呈细微规则性裂缝。

(2)Ⅱ类裂缝:缝宽0.1 mm≤δ＜0.3 mm 和缝深30 cm ＜h≤100 cm 者，缝平面长3m ＜L＜5m，数量极少，呈规则状。

(3)Ⅲ类裂缝:

①缝宽0.3 mm≤δ≤0.5 mm 和缝深100 cm ＜h≤500 cm，缝平面长度≤坝块宽度的三分之一，侧面长度大于1～2个浇筑层厚度，呈规则状;

②缝宽0.2 mm≤δ＜0.3 mm 和缝深30 cm ＜h≤100 cm者，裂缝长度贯穿整个坝块;

③缝宽0.2 mm≤δ＜0.3 mm 和缝深30 cm ＜h≤100 cm者，且裂缝位于上游迎水面;

④缝宽0.2 mm≤δ＜0.3 mm 和缝深30 cm ＜h≤100 cm者，且裂缝位于迎水面基础强约束区内。

(4)Ⅳ类裂缝:裂缝宽度δ＞0.5 mm，深度h＞500 cm，侧(立)面长度L＞5 m，裂缝若从基础向上开裂，且平面上贯穿全仓，称为基础贯穿裂缝，其余称为贯穿裂缝。

表1 混凝土裂缝的主要原因

3 混凝土裂缝检测

3.1 检测仪器

根据以往工程实践经验，推荐使用下列检测仪器:回弹仪、非金属超声波检测仪、取芯机、压力试验机、读数放大镜、地震(或声波)CT 层析成像、钻孔全景图像等。

3.2 检测方法

混凝土裂缝检测应采用人工外观检测结合适宜的仪器进行，推荐采用读数放大镜及超声波回弹检测法，必要时可采用地震(或声波)CT 层析成像技术、钻孔取芯及钻孔全景图像。

裂缝缝深检查方法:

(1)裂缝深度可采用无损检测和钻孔检测。

(2)表面浅层裂缝可采用沿缝凿槽法，凿至目测见不到缝为止。

(3)钻孔压水(风)法。沿裂缝一侧或两侧打斜孔穿过缝面(过缝＞0.5 m)，然后在孔口安装压水(风)设备(压水(风)管、手摇泵)和阻塞器，进行压水(风)，压风时在裂缝表面涂刷肥皂水或洗涤剂水等。若压水(风)缝表面出水(冒气泡)，说明钻孔过缝且缝深大于钻孔穿过缝的垂直深度，之后再打少量斜孔检查，直至表面无水(气泡)冒出。此时斜孔与缝的交点至混凝土的垂直距离即为裂缝深度。同时可利用斜孔进行钻孔全景图象观察缝的位置。

(4)超声波检测。裂缝深度小于0.5 m 时(表浅层裂缝)可采用纵波绕射无孔检测;裂缝深度大于0.5 m 时采用钻孔对穿声波检测。在混凝土裂缝的两侧(距1.00 m 左右)各打一个孔，要求终孔孔径应大于50 mm，对穿声波测点点距不大于20 cm，测孔前应冲洗干净，并灌满清水。经过波幅的分析，判定其缝深。

(6)内部裂缝检查。混凝土内部裂缝的检查采用钻孔取芯直观、钻孔全景图象方法、压水试验以及CT、声波等物探方法进行检测。

4 混凝土裂缝修补材料

一般来说修补材料的性能指标要求不低于母体混凝土，过流表面不低于表面抗冲磨混凝土原设计指标。

5 混凝土裂缝修补技术

5.1 混凝土裂缝处理原则

水工混凝土危害性较大的裂缝，将会破坏建筑物的整体性，改变建筑物的受力状态，造成渗水、漏水、钢筋锈蚀，降低建筑物的耐久性，危害建筑物安全运行。因此，必须认真对待每一条已被发现的裂缝，分析产生裂缝的原因，严格按有关要求进行补强处理。

裂缝修补主要可采用喷涂法、粘贴法、充填法和灌浆法等方法。

(1)喷涂法适用于宽度小于0.3 mm 的表层裂缝修补。

(2)粘贴法分表面粘贴法和开槽粘贴法两种，前者适用于裂缝宽度小于0.3 mm 的表层裂缝修补，后者适用于裂缝宽度大于0.3 mm 的表层活缝修补。

(3)充填法适用于缝宽大于0.3 mm 的表层裂缝修补、深层裂缝及贯穿裂缝外露缝面处理。

(4)灌浆法适用于深层裂缝、贯穿裂缝、混凝土内部裂缝的修补。

修补时机:对已经稳定不再发展的裂缝应及时处理;对于尚未发展稳定的裂缝，应待其稳定后再行处理或裂缝开度中等偏大时处理或采用特殊方法处理。

5.2 Ⅰ类裂缝处理

大体积混凝土Ⅰ类裂缝经监理工程师确认后一般可不作修补。

5.3 Ⅱ类裂缝处理

主要采用表面喷涂法和灌浆法进行处理。对重要部位的Ⅱ类裂缝可根据现场具体情况采用钢筋网补强。

5.4 Ⅲ类、Ⅳ类裂缝处理

5.4.1 裂缝在非大坝迎水面

Ⅲ类、Ⅳ类外露裂缝产生在非大坝迎水面的部位视重要程度采用如下方法之一。

(1)化学灌浆法加表面喷涂法，主要适用于Ⅲ类裂缝;

(2)化学灌浆法加凿槽嵌填止水材料加表面喷涂法，主要适用于Ⅳ类裂缝和重要部位的Ⅲ类裂缝;

(3)化学灌浆法加凿槽嵌填止水材料加表面喷涂法加锚固法，主要适用于对结构有整体性影响的Ⅳ类裂缝和Ⅲ类裂缝。

5.4.2 裂缝在大坝迎水面

Ⅲ类、Ⅳ类裂缝产生在大坝迎水面的部位视重要程度采用如下方法之一。

(1)化学灌浆法加充填粘贴法;

(2)化学灌浆法加充填粘贴法加锚固法。

5.4.3 裂缝分布于坝体中部

Ⅲ类、Ⅳ类混凝土内部裂缝分布于坝体中部，贯穿深度较大，隐蔽性较强，主要采用钻孔穿过裂缝进行水泥灌浆或者化学灌浆处理，同时根据裂缝出现的部位不同及危害程度，可选取钢筋网、锚筋桩、预应力锚杆、对穿锚索或者端头胶结锚索等加固。

6 常用的裂缝处理方法

6.1 锚固法

根据裂缝出现的部位不同，可选取锚筋桩、预应力锚杆、对穿锚索或者端头胶结锚索等加固裂缝出现区域或者布置在限制裂缝发展方向区域，锚固施工应在灌浆完成后3～7d(化学灌浆)或14d(水泥灌浆)进行。

(1)锚筋桩。在裂缝分布区域或者要求限制裂缝发展方向的区域布置，布置方向应与裂缝面垂直，参见图1。钻孔直径90～110 mm，间排距1.5×1.5～3.0×3.0 m，孔深穿过裂缝3 m，孔内布置332 螺纹钢筋，灌注与坝体混凝土同等强度等级的水泥浆或者水泥砂浆。

(2)预应力锚索。预应力锚索的吨位、布设方向、孔深设置，需由设计方分析计算确定。

图1 锚筋桩布置典型示意

6.2 钢筋网补强

对增长缝发展方向(包括坝段内方向和相邻坝段方向)布置限裂钢筋网，钢筋采用II 级螺纹钢，直径28～32，间排距20 cm，缝发展方向2～4 层，层间距40 cm。钢筋在缝两侧长度分别为1.5～2.0 m，超过缝两端1.0～2.0 m，长短间错布置，参见图2。

图2 钢筋网布置典型示意

6.3 凿槽嵌缝

施工工艺参见图3，具体要求如下:

(1)沿裂缝凿U 型槽，凿槽顶宽8～10 cm，深度5～8 cm，底宽5～8 cm，凿槽向裂缝两端顺延0.5 m，并清洗干净;

(2)槽底面用砂浆找平并铺设隔离膜，回填预缩砂浆;

(3)缝面为浇筑仓面时，槽外回填砂浆与原混凝土面齐平;缝面为横缝面时，嵌填2 cm 厚SR－2 塑性止水材料，要求压实并与原混凝土面齐平。

图3 混凝土内部裂缝凿槽嵌缝修补典型示意

7 质量检查

进行过水泥灌浆和化学灌浆的混凝土裂缝，灌浆后必须进行压水和声波检查，每条裂缝至少有两组检查孔，缝面透水率不大于0.1Lu，声波波速满足相应部位混凝土质量验收标准要求。

对重要部位的II、III 类裂缝和IV 类裂缝处理后需进行钻孔取芯检查，观察其缝面浆液结石和充填情况，并测定其力学指标是否达到相应部位混凝土设计要求值。

8 结论

在官地水电站的施工过程中，按照上述方法对大坝出现的裂缝采取恰当的修补技术及时进行处理，避免了裂缝的进一步扩大及其对大坝结构安全产生的不良影响。官地工程的设计和施工实践表明:上述混凝土裂缝修补技术方法可以安全可靠、经济合理的对混凝土裂缝进行有效的处理，对工程施工的顺利进行及工程的质量有重要意义。