田 波

（貴州省水利水電工程咨詢有限責(zé)任公司,貴州 貴陽(yáng) 550081）

1 工程概況

廣山水庫(kù)位于黔南布依族苗族自治州甕安縣建中鎮(zhèn)鳳凰村境內(nèi),距建中鎮(zhèn)公路距離4.1 km,距甕安縣城公路距離34.4 km,距都勻市區(qū)公路距離約135 km,有公路通往水庫(kù)區(qū),交通條件較好。水庫(kù)壩址位于甕安河二級(jí)支流后壩河中上游河段。廣山水庫(kù)壩址以上流域面積2.66 km2,截水區(qū)集雨面積1.51 km2,引水后多年平均徑流量170 萬m3,多年平均流量為0.0536 m3/s,供水管道設(shè)計(jì)流量0.1207 m3/s。廣山水庫(kù)校核洪水位1269.51m,正常蓄水位為1268.00m,死水位1256.50 m,總庫(kù)容109 萬m3,興利庫(kù)容80.9 萬m3。工程任務(wù)為：灌溉、農(nóng)村人畜用水和集鎮(zhèn)用水。工程等別為Ⅳ等,工程規(guī)模屬小（1）型。工程樞紐布置為：堆石混凝土重力壩+壩身泄洪表孔+取水建筑物+灌溉供水管線。大壩建基面高程為1239.00 m,壩頂高程為1271.00 m,最大壩高32.0 m,壩頂寬度4 m,壩頂長(zhǎng)198 m。

2 建基面及裂縫基本情況

2.1 建基面基本情況

壩基（肩）基礎(chǔ)置于巖體弱風(fēng)化帶上部,壩基開挖高程1239.00 m,最大壩高32.0 m（不含齒槽）,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際揭露情況及地質(zhì)素描,壩基開挖揭露地層為2-3ls1薄至中厚層白云巖夾薄層泥質(zhì)白云巖,以弱風(fēng)化為主,局部強(qiáng)風(fēng)化。在壩橫0+088.50處的建基面揭露出f1斷層,斷層影響帶寬1 m～6 m,齒槽段及上游壩基為巖屑夾泥充填,靠下游壩基為泥夾巖屑充填。對(duì)大壩建基面斷層破碎帶清理干凈,清理后呈倒梯形,清理底寬為斷層破碎帶寬度[1],頂寬為3 倍底寬,清理邊坡為1∶1.0。采用C20 混凝土回填至建基面高程,回填混凝土面層配置鋼筋。最后,對(duì)壩基固結(jié)灌漿的間排距在斷層破碎帶加密,固結(jié)灌漿深度與原設(shè)計(jì)方案保持一致。

2.2 裂縫基本情況

壩址河床段壩基墊層混凝土標(biāo)號(hào)為C20 二級(jí)配, 厚度1.0 m。壩基墊層混凝土于2020年11 月1 日上午9 時(shí)對(duì)1239.0 m～1240.0 m 開始澆筑,墊層混凝土于11 月2 日上午12時(shí)澆筑完成,澆筑方量約887 m3,澆筑時(shí)的氣溫為8℃～10℃；墊層混凝土施工完成后及時(shí)做好了有關(guān)的養(yǎng)護(hù)工作。

在墊層混凝土澆筑完成且強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求后,開始對(duì)河床壩段進(jìn)行固結(jié)灌漿處理。灌漿過程中,施工單位有關(guān)人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行巡視檢查,發(fā)現(xiàn)右岸河床下游段壩基墊層表面有1 條縱向裂縫,基本判定為貫穿裂縫[2],其他已澆筑墊層段未發(fā)現(xiàn)裂縫。同年11 月21 日,對(duì)灌漿后的河床壩基墊層再次進(jìn)行了全面的檢查,共計(jì)發(fā)現(xiàn)3 條裂縫,經(jīng)鉆孔壓水試驗(yàn)檢查,1#、2#及4#裂縫均為非貫穿裂縫,最大縫寬3.5 mm,縫深在20 cm～50 cm,3#裂縫為貫穿裂縫,縫寬0.6 mm,縫深100 cm。墊層混凝土裂縫分布見圖1。

圖1 壩基墊層混凝土裂縫分布圖

混凝土的裂縫是施工過程中普遍存在的,直接影響到工程質(zhì)量及穩(wěn)定性,同時(shí)也是不可避免的問題。裂縫控制的關(guān)鍵在于它的深度及寬度,進(jìn)而將其危害程度控制在規(guī)范允許的范圍內(nèi)。針對(duì)廣山水庫(kù)混凝土基礎(chǔ)墊層裂縫的進(jìn)一步分析,確認(rèn)裂縫的性質(zhì)并評(píng)估其危害性,同時(shí)對(duì)壩基已澆筑墊層混凝土裂縫按裂縫長(zhǎng)度、裂縫深度、裂縫走向、表面縫寬以及是否為貫穿性裂縫等進(jìn)行檢查及分類,為下一步壩基墊層裂縫的修補(bǔ)措施提供依據(jù)[3],以保證墊層混凝土的補(bǔ)強(qiáng)質(zhì)量。分類統(tǒng)計(jì)見表1。

表1 廣山水庫(kù)基礎(chǔ)墊層混凝土裂縫型式統(tǒng)計(jì)表

綜上所述,根據(jù)基礎(chǔ)墊層混凝土裂縫型式統(tǒng)計(jì)表,初步判定廣山水庫(kù)壩基墊層3#裂縫為Ⅳ類裂縫,1#以及4#裂縫為Ⅲ類裂縫,而2#裂縫為Ⅱ類裂縫[4]。為準(zhǔn)確測(cè)量各類型壩基墊層混凝土裂縫深度,對(duì)貫穿裂縫主要采用鉆芯取樣測(cè)量縫深；對(duì)表面裂縫采用切割機(jī)配合人工鑿“V”型槽進(jìn)行縫深測(cè)量,要求“V”型槽與裂縫中心線重合。經(jīng)檢測(cè)后對(duì)廣山水庫(kù)壩基墊層混凝土裂縫性狀統(tǒng)計(jì)見表2。

表2 廣山水庫(kù)壩基墊層混凝土裂縫性狀統(tǒng)計(jì)表

3 裂縫成因分析

通過對(duì)廣山水庫(kù)壩基墊層混凝土澆筑過程全面梳理,結(jié)合工程特性及裂縫性狀及檢測(cè)成果,同時(shí)參照同地區(qū)其他類似工程,分析裂縫產(chǎn)生的主要成因如下:

（1）廣山水庫(kù)壩址位于東剛溪溝和后壩河匯合處上游約150 m 處,壩址河谷呈基本對(duì)稱的“V”型,兩岸坡地勢(shì)平緩,地形坡度10°～20°,兩岸坡地形不順直。水庫(kù)正常蓄水位1268.00 m 高程對(duì)應(yīng)谷寬113.4 m,寬高比6.5。大壩基礎(chǔ)開挖后沿壩基岸坡段巖體遭到破壞,受巖體卸荷作用影響,基礎(chǔ)段應(yīng)力卸荷緩慢,而岸坡段應(yīng)力卸載較快,墊層的澆筑使得原本未達(dá)到平衡的應(yīng)力對(duì)對(duì)墊層混凝土產(chǎn)生擠壓作用,是裂縫形成的原因之一。

（2）從水庫(kù)受力模型可知,壩基河床段為強(qiáng)約束區(qū),受基礎(chǔ)建基面開挖影響,基巖建基面基礎(chǔ)邊界不能自由變形,進(jìn)而引起約束應(yīng)力,是裂縫形成的原因之一。

（3）基礎(chǔ)墊層混凝土厚度為1 m,分塊最大長(zhǎng)度為34 m,最大壩寬為12 m～14 m,長(zhǎng)寬比2.4～2.8,高寬比（澆筑快厚度與澆筑快長(zhǎng)邊的比值）0.03。結(jié)合到壩基墊層僅有1 m 的厚度,是典型的板狀結(jié)構(gòu),更容易引起貫穿性裂縫。而在施工期間,施工單位未設(shè)置臨時(shí)施工縫,從結(jié)構(gòu)上分析,長(zhǎng)寬比偏大、高寬比過小是產(chǎn)生裂縫的原因之一。

（4）根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際揭露情況及地質(zhì)素描,在壩橫0+088.50 處的建基面揭露出f1 斷層,受斷層及斷層破碎帶影響,基面巖體呈薄層狀破碎,壩基地下水較豐富,墊層蓋重厚度較薄,是裂縫形成的又一主要原因。

綜上所述,基礎(chǔ)墊層混凝土裂縫的產(chǎn)生是多種因素疊加引起的,其裂縫的預(yù)防與控制是一個(gè)復(fù)雜的問題。應(yīng)在可控范圍內(nèi)解決大體積混凝土裂縫問題,為下一步壩基墊層裂縫的修補(bǔ)措施提供依據(jù),以保證墊層混凝土的補(bǔ)強(qiáng)質(zhì)量。

4 裂縫的處理及預(yù)防

4.1 裂縫處理方案

通過前述分析,受斷層及斷層破碎帶影響,廣山水庫(kù)大壩建基面巖體呈薄層狀破碎,壩基地下水較豐富,開挖后的基巖建基面受應(yīng)力約束不能自由變形,加之墊層蓋重厚度較薄,引起壩基墊層混凝土多條裂縫。根據(jù)壩基已澆筑墊層混凝土裂縫的長(zhǎng)度、深度、表面縫寬分布和大小,采取相對(duì)應(yīng)的處理措施。

（1）Ⅱ類裂縫：采用化學(xué)灌漿[5]+表面涂刮彈性聚脲封閉的方式進(jìn)行處理,處理方案為：采用切割機(jī)配合人工鑿梯形凹槽,梯形凹槽在裂縫兩端順延10 cm。鑿槽完畢后對(duì)局部不平整的混凝土表面用磨光機(jī)打磨平整,用水沖洗干凈縫面,以確保封縫材料與混凝土基面的結(jié)合強(qiáng)度。完成以上工作后,待底漆表面干后立即進(jìn)行下一道工序。刮涂厚度應(yīng)控制在1.2 mm～1.5 mm 左右,其厚度可以通過面積和用料量來控制,且涂層厚度要均勻。由于是立面施工,為防止材料流淌,涂層施工應(yīng)進(jìn)行2遍,保證聚脲厚度滿足1.2 mm～1.5 mm要求,周邊要光滑過渡。最后采用細(xì)石混凝土分層填縫。

（2）Ⅲ類裂縫：采用充填法和灌漿法相結(jié)合的方法進(jìn)行修補(bǔ)。即先采用切割機(jī)配合人工鑿梯形凹槽,對(duì)局部不平整的混凝土表面用磨光機(jī)打磨平整,修補(bǔ)完成后要求表面平整、無灰塵、無明水,晾干后立即進(jìn)行下一道工序,以防止混凝土表面再次受到污染。待待基面干燥后,沿縫兩側(cè)各165 mm寬范圍內(nèi),涂刷聚脲2 遍,均勻涂刷且不能漏刷,最后采用細(xì)石混凝土分層填縫。

（3）Ⅳ類裂縫：針對(duì)本工程存在的深層貫穿裂縫,為防止裂縫對(duì)上部壩體不造成影響,降低裂縫向壩體擴(kuò)展的可能性,主要采用高標(biāo)號(hào)細(xì)石混凝土及鉆孔灌漿進(jìn)行處理。并對(duì)貫穿裂縫沿裂縫表面騎縫鋪設(shè)加強(qiáng)鋼筋,以裂縫為中心垂直裂縫對(duì)稱布置,鋼筋單根長(zhǎng)2.5 m,間距200 mm,分布筋采用Φ20 鋼筋,間距250 mm。廣山水庫(kù)壩基墊層混凝土裂縫經(jīng)過處理后,效果良好。

（4）考慮到本工程基礎(chǔ)墊層較薄,受F1 斷層破碎帶影響較大,經(jīng)參建各方現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn),對(duì)基礎(chǔ)墊層進(jìn)行加厚處理,基礎(chǔ)固結(jié)灌漿待增加二層堆石混凝土蓋重（厚3.5 m）后再進(jìn)行施工。為確保墊層混凝土不再增加裂縫,正在進(jìn)行的固結(jié)灌漿孔采用M15 砂漿封孔,待增加蓋重后重新鉆孔灌注。

（5）通過現(xiàn)場(chǎng)已進(jìn)行固結(jié)灌漿孔的灌注情況,結(jié)合本工程地質(zhì)可減小固結(jié)灌漿壓力0.05 MPa,Ⅰ序孔為0.2 MPa,Ⅱ序孔為0.35 MPa。對(duì)裂隙沖洗打不起壓力的孔,開灌漿液水膠比改為2∶1。對(duì)漿液注入量較大的孔采取低壓、濃漿、限流、限量、間歇灌漿。

4.2 預(yù)防措施

（1）嚴(yán)格控制混凝土溫度、減小基礎(chǔ)溫差、內(nèi)外溫差及上下層溫差。主要可以從兩方面入手,一方面可以降低混凝土澆筑溫度,可以從降低混凝土出機(jī)口溫度主要采用風(fēng)冷降低骨料溫度、加冰和用低溫水拌和等措施。減少運(yùn)輸澆筑過程中溫度回升主要采取防曬隔熱設(shè)施,加強(qiáng)施工管理,加快澆筑速度,避開高溫時(shí)段澆筑,加強(qiáng)倉(cāng)面降溫與保溫等措施入手。另外一方面則是通過控制壩體最高溫度,采取必要的溫控措施,使得壩體問題控制在設(shè)計(jì)運(yùn)行范圍內(nèi),進(jìn)而減少由溫度引起的裂縫問題。

（2）合理的安排施工進(jìn)度和施工工序。對(duì)大體積混凝土應(yīng)做到分層、分塊澆筑,在規(guī)范和技術(shù)條款允許高差要求前提下嚴(yán)格控制相鄰壩段高差。對(duì)基礎(chǔ)約束區(qū)混凝土應(yīng)做到連續(xù)均勻上升,其余部位要做到短間歇連續(xù)均勻上升。對(duì)已澆筑的完成的混凝土要做好保溫保濕養(yǎng)護(hù)措施。

（3）針對(duì)已澆筑混凝土成型后由于養(yǎng)護(hù)不當(dāng),或者混凝土構(gòu)件長(zhǎng)期露天堆放,以及混凝土經(jīng)過度振搗,收縮量加大等原因引起的裂縫。主要從控制混凝土水泥用量、水灰比和砂率等方向入手,加強(qiáng)混凝土早期養(yǎng)護(hù),對(duì)有條件的可適當(dāng)延長(zhǎng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間,同時(shí)覆蓋草簾、草墊定期灑水,保濕保溫。

5 結(jié)語

基礎(chǔ)墊層混凝土裂縫的產(chǎn)生是多種因素疊加引起的,其裂縫的預(yù)防與控制是一個(gè)復(fù)雜的問題,每個(gè)工程裂縫成因及部位也不盡相同,針對(duì)具體的裂縫應(yīng)做到具體分析,采取相對(duì)應(yīng)的工程措施進(jìn)行處理。同時(shí)在項(xiàng)目實(shí)施過程中,應(yīng)嚴(yán)格把好施工前、中、后期技術(shù)質(zhì)量關(guān),在可控范圍內(nèi)解決混凝土裂縫問題。針對(duì)廣山水庫(kù)大壩基礎(chǔ)墊層混凝土裂縫已全部并采取了相應(yīng)的補(bǔ)強(qiáng)處理措施。根據(jù)鉆孔檢查,結(jié)合大壩安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可知,裂縫中已充填滿了化學(xué)漿材,墊層裂縫無顯著變化,基巖變形已趨于穩(wěn)定,證明該方案處理效果良好。廣山水庫(kù)裂縫處理方案可為后期類似工程的建設(shè)提供參考。