李 磊

(中國水電建設(shè)集團(tuán)十五工程局有限公司第三工程公司，陜西 咸陽 712000)

1 工程概況

漢陰洞河水庫是國家大中型水庫規(guī)劃內(nèi)項(xiàng)目，是陜西省首個(gè)PPP水源項(xiàng)目、“十二五規(guī)劃”“雙十雙網(wǎng)”重點(diǎn)水利工程的骨干工程，位于漢江北岸月河一級支流洞河下游，庫容為4361萬m3。攔河壩設(shè)計(jì)為同層變厚的變曲率中心對稱的拋物線型雙曲薄拱壩，壩頂高程397.50 m，最大壩高65.50 m，壩底寬15.751 m，壩頂寬6.5 m，厚高比0.24。碾壓混凝土設(shè)計(jì)方量為12萬m3。為確保汛前攔洪高程的順利實(shí)現(xiàn)，2016年6月3日至6月15日項(xiàng)目完成了高程347 m～351.2m混凝土澆筑。汛期后，在左壩段高程351.2 m巡查中發(fā)現(xiàn)一條混凝土裂縫。該裂縫走向?yàn)轫標(biāo)鞣较?東西斜向)，平面位置在左3#誘導(dǎo)縫左側(cè)約13 m，縫寬1.0 mm以內(nèi)，深度0.5 m左右，縫長度約5.5 m，裂縫情況描述見圖1。

圖1 351.2 m 3#誘導(dǎo)縫左側(cè)13 m處裂縫情況描述

2 裂縫成因

與普通混凝土相比，碾壓混凝土添加了大量的粉煤灰，水泥用量相對減少，因此水泥水化過程中絕熱溫升幅度降低。但在實(shí)際工程施工中，高溫季節(jié)混凝土施工，原材料溫度高、混凝土出機(jī)口及入倉溫度高，加之碾壓混凝土的層間間歇時(shí)間較短，施工速度快，澆筑熱量若不能及時(shí)散失，則會使混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生危害性裂縫[1]。

3 裂縫處理

3.1 總體處理方案

處理的目的是恢復(fù)壩體結(jié)構(gòu)完整性及防滲功能，根據(jù)裂縫的走向及貫穿情況，取縫面安裝閉縫筋、縫內(nèi)化學(xué)灌漿綜合治理加固方案。縫處理施工示意圖見圖2。

圖2 裂縫處理施工示意圖

3.1.1 施工工序

裂縫普查—鉆孔—預(yù)埋灌漿管—清縫—縫面封閉—縫內(nèi)灌漿—質(zhì)量檢查—封閉筋安裝

3.1.2 施工技術(shù)

(1)裂縫普查

根據(jù)上述裂縫位置，清理縫面的雜物，弄清裂縫的走向、寬度、深度便于孔位的確認(rèn)及材料定性。

(2)鉆孔施工

手風(fēng)鉆鉆孔50 mm孔徑，灌漿孔選用20 mm孔徑，孔、縫相交在縫深1/2～1/3處，孔深130 cm～180 cm，孔距2.0 m。排氣孔采用騎縫孔，孔深15 cm。

(3)安裝并預(yù)埋灌漿管

在鉆孔內(nèi)安裝內(nèi)徑不小于20 mm灌漿管。灌漿完成后另行掃孔預(yù)埋鍍鋅鋼管，將管口引至壩面下游側(cè)。保證后期二次補(bǔ)灌。

(4)清縫

采用風(fēng)水聯(lián)動措施清理裂縫，利用灌漿孔壓水清理縫內(nèi)的雜物，待縫內(nèi)出清水后，采用有壓風(fēng)將縫內(nèi)水吹干凈。

(5)縫面封閉

待縫內(nèi)無積水后，縫面封閉。沿縫切割正“T”型槽，槽體底寬3 cm、頂寬5 cm、深度3 cm，由兩側(cè)向頂面順序采用環(huán)氧砂漿修補(bǔ)封閉。上下游縫面打磨并修補(bǔ)平整，粘貼高強(qiáng)一級碳纖維布封閉縫面。

(6)縫內(nèi)灌漿

灌漿前縫內(nèi)植入直徑14 mm螺紋鋼筋，增強(qiáng)其裂縫處理后的整體性。灌漿塞選用自膨脹、逆止原理的灌漿塞，灌漿泵選用無極調(diào)速電動隔膜泵，灌漿壓力不超過0.6 MPa，灌漿液采用改性環(huán)氧樹脂灌漿液性能指標(biāo)如下：灌漿液選用環(huán)氧樹脂灌漿液。該材料粘度較小，可灌性好，可以灌入0.05 mm寬度的裂縫；固結(jié)體強(qiáng)度可達(dá)80 MPa以上，粘結(jié)力強(qiáng)，耐油蝕等優(yōu)點(diǎn)，適用于寬度較小的裂縫和施工縫的灌漿施工。材料及相應(yīng)指標(biāo)見表1。

表1 灌漿用材料及相應(yīng)技術(shù)指標(biāo)

(7)質(zhì)量檢查

質(zhì)量檢查采用壓水的方式，壓水最大壓力不超過0.4 MPa。

(8)縫面封閉筋安裝

灌漿施工結(jié)束檢測合格后，上層碾壓砼施工前沿縫面安裝Ф20騎縫鋼筋，封閉鋼筋網(wǎng)寬度為縫兩側(cè)各150 cm，鋼筋間距20 cm×20 cm，鋼筋單根長L=3.00 m。

3.2 壩面水平縫處理方案

3.2.1 總體處理方案

壩面水平縫處理的目的是恢復(fù)壩體結(jié)構(gòu)完整性及防滲功能，采用縫內(nèi)化學(xué)灌漿、縫面粘貼30 cm～50 cm碳纖維布綜合治理的措施。

3.2.2 施工工序

工作平臺搭設(shè)—裂縫普查—鉆孔施工—縫內(nèi)清理—縫面封閉—縫內(nèi)灌漿—壓水檢查

3.2.3 施工技術(shù)

(1)工作平臺搭設(shè)

利用主體砼澆筑工作平臺，加強(qiáng)安全防護(hù)及安全監(jiān)管。

(2)裂縫普查

裂縫普查的目的是確定孔位及孔深，確定灌漿液選用及縫面的封閉的寬度。

(3)鉆孔施工

由于裂縫的深度不確定，采用深淺相結(jié)合灌漿措施，孔徑20 mm、孔深30 cm～80 cm，沿縫的兩側(cè)交叉、斜孔布置，孔距30 cm～50 cm。

(4)縫內(nèi)清理

采用水和丙酮相結(jié)合的辦法清理縫內(nèi)積水和雜物，先期壓水清洗縫內(nèi)雜物，24小時(shí)后壓入適量丙酮將縫內(nèi)的積水排擠干凈，保證灌漿質(zhì)量。

(5)縫內(nèi)灌漿

孔內(nèi)安裝自膨脹、逆止結(jié)構(gòu)的灌漿塞，灌漿塞選用電動隔膜泵，灌漿壓力不超過0.3 MPa，灌漿液采用改性環(huán)氧樹脂灌漿液。由裂縫一端向另一端施灌，相鄰孔排漿，穩(wěn)壓10 min，換至下一孔施灌，直至灌完為止。

(6)縫面封閉

灌漿結(jié)束后，打磨縫面并修補(bǔ)平整，粘貼高強(qiáng)一級碳纖維布，順向粘貼碳布，碳纖維性能指標(biāo)見表2。

表2 碳纖維布技術(shù)指標(biāo)

(7)質(zhì)量檢查

采用相同的工藝壓水，確?？p面無滲水現(xiàn)象。

4 防裂措施

4.1 降低混凝土入倉溫度

降低混凝土出機(jī)口及入倉溫度。若混凝土出機(jī)口和現(xiàn)場澆筑溫度過大，將直接導(dǎo)致后期混凝土溫度過高。實(shí)際澆筑情況下混凝土澆筑溫度加之混凝土內(nèi)部水化熱使壩體確實(shí)產(chǎn)生了較大的溫度。因此，在實(shí)際施工中，應(yīng)盡可能采取適當(dāng)?shù)拇胧┙档统鰴C(jī)口及入倉溫度。

假設(shè)混凝土攪拌機(jī)內(nèi)部環(huán)境及蓄水池內(nèi)部環(huán)境為絕熱環(huán)境(即攪拌機(jī)內(nèi)組成混凝土的各種原材料不與攪拌機(jī)筒壁及筒內(nèi)空氣發(fā)生熱交換、蓄水池內(nèi)拌合水不與池壁及空氣發(fā)生熱交換)，而且忽略水泥水化熱，則混凝土的出機(jī)溫度T0按以下公式計(jì)算。

4.1.1 拌合物的溫度

T0=[0.92(mce×Tce+msa×Tsa+mg×Tg)+4.2Tw(mw-ωsa

×msa-ωg×mg)+C1(ωsa×msa×Tsa+ωg×mg×Tg)-C2

(ωsa×msa+ωg×mg)]÷[4.2mw+0.9(mce+msa+mg)]

式中：T0為混凝土拌合物的溫度，℃；mw、mce、msa、mg為別為水、水泥、砂、石用量，kg；Tw、Tce、Tsa、Tg分別為水、水泥、砂、石的溫度，℃；ωsa、ωg分別為砂、石的含水率(%)；C1、C2分別為水的比熱容(kJ/(kg·K))及溶解熱(kJ/kg)；C1=4.2，C2=0。

4.1.2 砼入倉溫度計(jì)算

TB.P=T0+(Ta-T0)(θ1+θ2+…+θn)

式中：T0為砼出機(jī)口溫度；Ta為砼運(yùn)輸時(shí)的氣溫；θi(i=1，2，3，…n)為溫度回升系數(shù)，混凝土裝、卸、轉(zhuǎn)運(yùn)每次θ=0.032，混凝土運(yùn)輸時(shí)，θ=At；A為混凝土運(yùn)輸過程中溫度回升系數(shù)，見表3；t為運(yùn)輸時(shí)間，min，t=30。

表3 混凝土運(yùn)輸過程中溫度回升系數(shù)A

由此可見，降低混凝土入倉口的溫度，不僅僅要考慮混凝土中膠凝材料的用量、原材料自身的溫度，還要考慮運(yùn)輸過程中溫度損失。所以條件允許的話還應(yīng)該對骨料進(jìn)行預(yù)冷處理，考慮到混凝土在高溫季節(jié)澆筑，也可以對混凝土加冷水拌和，盡量選擇在早晨或晚上施工。

4.2 加強(qiáng)混凝土冷卻通水

混凝土澆筑后及時(shí)采取通水冷卻措施，可以有效降低混凝土的溫度，從而減小拉應(yīng)力，避免結(jié)構(gòu)產(chǎn)生貫穿性裂縫，因此建議后期施工中要對混凝土進(jìn)行通水冷卻。

冷卻設(shè)施選擇及布置：大壩砼冷卻水采用固定式高位蓄水池洞河水(并對蓄水池搭設(shè)遮陽棚)，當(dāng)冷卻水管上層砼覆蓋完成后開始通水，高位蓄水池上水管路必須考慮大壩全面冷卻通水容量。下水主管路在每個(gè)誘導(dǎo)縫分區(qū)內(nèi)預(yù)留出水口接水包分支到每區(qū)層冷卻水管中。管路中水的流速可控制在0.6 m/s左右(對應(yīng)通水流量為1.2 m3/h)。倉面內(nèi)冷卻水管采用HDPE管或鍍鋅管，間排距宜為1.5 m×1.2 m，通水流量為1.2 m3/h，冷卻水管長度不大于250 m。當(dāng)冷卻水管開始通水后上層砼開始覆蓋，管中水的流速控制在0.6 m/s左右(對應(yīng)通水流量為1.2 m3/h)。管中水流方向應(yīng)每24小時(shí)調(diào)換一次，控制砼每天降溫不超過1℃。在兩期通水冷卻中，通過混凝土重的埋設(shè)對應(yīng)對每倉澆筑塊混凝土的溫度進(jìn)行全過程的跟蹤，建立溫度～時(shí)間過程線，每周進(jìn)行反饋復(fù)核，避免溫度降低過快，造成內(nèi)部溫度拉應(yīng)力。

碾壓混凝土澆筑溫度測量：

①在每倉新澆混凝土中埋設(shè)電阻式溫度計(jì)，并對成果進(jìn)行對比分析。

②對混凝土澆筑溫度、混凝土內(nèi)部溫度、每條冷卻水管的冷卻水流量、入口溫度、出口溫度進(jìn)行記錄，每周進(jìn)行一次溫度測量報(bào)告進(jìn)行分析。

③在混凝土施工過程中，每2 h測量一次混凝土原材料溫度、出機(jī)口溫度以及澆筑溫度及氣溫。在混凝土冷卻過程中，應(yīng)至少每4 h測量一次壩體冷卻水的溫度，有溫控小組現(xiàn)場溫控人員專門記錄整理。

④澆筑溫度測量，每1 h～2 h對新澆混凝土進(jìn)行一次溫度測量記錄。

⑤每倉新澆混凝土澆筑后3天內(nèi)應(yīng)加密觀測溫度變化：外部混凝土每天應(yīng)觀測最高、最低溫度；內(nèi)部混凝土8小時(shí)觀測一次。3天后12 h觀測一次；并觀測7天、14天、28天、56天、90天、180天主要齡期測試及溫度情況。通冷卻水結(jié)束前，采用悶水測溫，悶水時(shí)間為3天。

4.3 倉面噴霧降溫

對倉面進(jìn)行保溫及噴霧處理?？紤]工程壩址所處位置受陽光直射情況，新澆筑混凝土可能會出現(xiàn)熱量倒灌現(xiàn)象，因此對混凝土倉面應(yīng)采取保溫措施。夏季澆筑混凝土?xí)r，為減少陽光直射強(qiáng)度，可以對倉面進(jìn)行噴霧降溫。

4.4 加快混凝土散熱

下層混凝土產(chǎn)生溫度會受到上層新澆混凝土溫度的影響，而澆筑層之間間歇時(shí)間越短，混凝土內(nèi)部溫度下降越慢。因此，在以后的施工中可以適當(dāng)延長澆筑層之間的間歇時(shí)間，加強(qiáng)散熱。在高溫季節(jié)應(yīng)采取厚塊澆筑，防止因氣溫過高而出現(xiàn)熱量倒灌現(xiàn)象。

5 結(jié)語

造成壩體碾壓混凝土產(chǎn)生溫度裂縫的主要原因是溫度應(yīng)力，壩體混凝土溫升過大，產(chǎn)生的拉應(yīng)力超過了混凝土的抗拉強(qiáng)度，致使壩體出現(xiàn)貫穿性裂縫或表面裂縫。通過降低出機(jī)口溫度、在壩體埋設(shè)冷卻水管并及時(shí)通水降溫、減少運(yùn)輸過程中的溫度損失、倉面噴霧形成隔熱小氣候等方式可以進(jìn)一步降低混凝土溫度和溫度應(yīng)力，有效控制貫穿性溫度裂縫的產(chǎn)生，減小裂縫的范圍和深度。