化学灌浆在混凝土大坝裂缝修补施工中的运用

1、化学灌浆在混凝土大坝裂缝修补施工中的运用摘要：随着当前我国水利工程事业的持续发展，混凝土大坝工程的数量和规模 也呈现出迅速增长的情况。但由于受到使用材料、温度环境等诸多因素的影响， 使得部分混凝土大坝比较容易出现开裂问题并生成诸多裂缝。如果无法对其进行 有效修补，则势必会影响混凝土大坝的自身质量以及后续的实际使用，因此在这 一背景下，本文将通过结合具体工程项目，着重围绕化学灌浆在混凝土大坝裂缝 修补施工中的有效运用进行简要分析研究，希望能够为相关研究人员以必要参考 帮助。关键词：化学灌浆；混凝土大坝；裂缝修补；实际运用引言：在当前混凝土大坝修补施工工程当中，化学灌浆技术是其中使用比较 频繁的一

2、项裂缝修补技术。其可以在不破坏大坝整体结构完整性的同时，快速修 补大坝裂缝，从而有效恢复混凝土大坝的正常使用。而为了能够帮助人们加深对 化学灌浆技术的理解与认知，明确其在混凝土大坝裂缝修复中的具体运用方式以 及关键要点，本文将以混凝土大坝作为主要研究对象，初步探究化学灌浆在混凝 土大坝裂缝修补施工中的应用。一、工程项目简要概况为有效说明化学灌浆技术在混凝土大坝裂缝修补施工中的有效运用，本文将 以某水电站混凝土大坝工程为例。该混凝土大坝工程中，坝顶高程超过 400m ， 坝高最高值达到了 205m，整体大坝坝顶长度为 830m ，总共由 30 个坝段共同构 成，其中电梯井、通航以及转弯坝段各 1

3、 个，底孔坝段共有两个，河床与岸边挡 水坝段各为 6 个，另外还有溢流坝段与进水口坝段共计 17 个。除却特殊要求需 使用常态混凝土之外，在该混凝土大坝工程中，坝体结构统一采用碾压混凝土， 整体大坝混凝土总量大约为 720 万 m，其中有将近 500 万 m为碾压混凝土，在 总坝体混凝土中的占比大约为 70%。13#到 18#坝段均为溢流坝段，一律使用表孔 溢洪道负责完成泄洪工作，泄量最大时可以达到至少 27000m/s。利用高低坎差 动式挑流消能作为下游消能方式，在后期的下闸蓄水时，有工作人员发现在部分 溢流坝段以及底孔坝段出出现了混凝土裂缝，因此为保障整体大坝结构的完整与 安全性，需要采取

4、相应的处理措施及时修补混凝土大坝裂缝。二、混凝土大坝裂缝检查与结果分析（一）裂缝检查情况在对该混凝土大坝进行裂缝检查的过程中，检查人员为避免对整体大坝结构 造成破坏性影响，因而选用了声波探测法，搭配使用专业的裂缝测宽仪器，针对 混凝土大坝工程中存在的裂缝，分别从其深度、宽度以及走向三个方面进行检测 1 。在此次裂缝检查当中发现该混凝土大坝出现了多条竖向以及水平裂缝，其中 在某桩号位置处出现了一条裂缝宽度达 2mm 的贯穿坝顶的裂缝，而在 I 区高程为 87 到 89m 的位置处也出现了一条宽度基本相同的水平裂缝。图 1 展示的就是裂 缝测宽仪器的主要构件：图 1 裂缝测宽仪（二）统计结果分析根

5、据此次对混凝土大坝裂缝检查的总体结果来看，其总共出现了 18 条裂缝， 其中在迎水侧以及坝顶混凝土位置处共有 6 条裂缝，在背水坡底部混凝土位置处 则出现了 4 条裂缝。除此之外，在大坝其余部位也分散出现了诸多裂缝，总体来看，在 12# 坝底孔明渠右导墙位置处的裂缝，绝大多数为直贯坝顶的贯穿裂缝。 而在 13# 坝段迎水侧位置处的裂缝，除却部分表层裂缝之外，有大部分裂缝属于 深层裂缝。（三）裂缝出现原因通过对以往混凝土大坝出现的裂缝进行分析，可知按照类型主要可以将其细 分成温度裂缝、沉降裂缝以及干缩裂缝。由于外界环境温度与混凝土内部温度之 间存在温差过大的情况，因而比较容易导致出现温度裂缝，特

6、别是在夏季高温时 期以及冬季低温时期，受温差过大的影响，混凝土将会迅速出现收缩情况，进而 容易生成裂缝2 。除此之外，由于混凝土大坝垫层施工未能严格按照相关标准要 求进行规范施工，使得大坝荷载力难以达到相应要求，进而容易产生沉降不均匀 的情况，导致混凝土大坝出现沉降裂缝。此外，值得注意的是，在部分出现裂缝 的坝段，其裂缝位置基本位于迎水侧，在长时间受到水的侵蚀作用影响下，也比 较容易加速封闭材料出现开裂或是脱落失效等问题。加之混凝土大坝内部本身也 存在混凝土炭化以及钢筋锈蚀等风险，因而也极大地影响了混凝土大坝本身的质 量水平。三、混凝土大坝裂缝修补施工方案（一）整体方案针对该混凝土大坝中存在的

7、裂缝，在与当前我国制定的裂缝处理技术规程以 及工程自身实际情况进行充分结合下，最终选择在对迎水侧以及溢流坝段位置处 的裂缝进行修补处理的过程中，选用手刮聚脲法处理裂缝表面以及利用化学灌浆 技术处理深层内部裂缝的方式3 。对于水位在 67 到 69m 处的大坝裂缝，如果其 施工条件不符合手刮聚脲以及化学灌浆技术要求时，则选择使用 T1 密封带搭配 使用不锈钢条锚固的方式处理裂缝表面，对于深层内部裂缝则同样使用化学灌浆 技术。（二）技术参数根据混凝土大坝裂缝修补的具体要求，选择使用手刮聚脲弹性体以及强度较 高的砂浆、聚合物混凝土等作为修补材料。其中手刮聚脲技术参数如表 1 所示：表 1 手刮聚脲技

8、术参数表通过结合此次制定的混凝土大坝裂缝修补施工方案可知，对于裂缝表面则采 用粘贴手刮聚脲材料的处理方式，在固化之后手刮聚脲涂膜的平均厚度至少为 2mm，而一般缝开口位置的表面手刮聚脲涂膜的平均厚度范围则在 3 到 4mm 之 间。聚脲涂刮宽度至少为 40cm，且其涂层边缘距离缝口至少 20cm。如果手刮聚 脲混凝土位置处出现麻面、蜂窝或是局部缺失与振捣不实等问题，则首先需要严 格按照相关施工要求对上述缺陷进行预处理，随后进行打磨并保障打磨深度在 2 到 2.5mm 左右，使得表面在打磨处理完毕后拥有良好的平整性。（三）工艺流程在采用化学灌浆技术处理该混凝土大坝深层裂缝的过程中，施工人员首先应

9、 当依照相关技术标准要求完成相应的前期准备工作，如搜集整理裂缝宽度、深度 等数据信息，准备好需要使用的相关仪器设备等等。随后确定需要处理的裂缝及 其具体位置，并按要求进行灌浆孔的布设与钻孔。及时将钻孔中的杂物彻底清除 干净后，进行检查嘴的规范安装，并同步检查压水以及压气4 。此后进行灌浆嘴 的科学安装，对裂缝表面进行临时性封堵。此时需要依照混凝土大坝裂缝修补施 工方案科学完成浆液的配制与灌浆，最后开展裂缝修补质量的严格检查，确保检 查结果与规定裂缝修补要求完全相符后，即可将表面临时性封堵全部去除并进行封孔和表面处理即可。四、混凝土大坝裂缝修补施工中化学灌浆的实际应用（一）化学灌浆的技术参数在此

10、次将化学灌浆运用在混凝土大坝裂缝修补施工的过程中，首先需要施工 人员根据标准要求进行灌浆孔的布设。在布设时，需从距离起止点 10cm 的位置 处开始钻孔，主要采用双侧错位钻孔的方式，适当搭配单侧钻孔。其中单排钻孔 为斜孔，而外侧钻孔则为深孔。其具体技术参数如表 2 所示：表 2 化学灌浆技术参数表（二）所选用化学灌浆材料通过认真筛选众多可用于混凝土大坝裂缝处理的化学灌浆材料，最终在此次 混凝土大坝裂缝处理中选用 CW 系环氧化学灌浆材料。这主要是由于该种化学灌 浆材料的初始粘度相对较低，拥有较高的渗透性和强度，并且能够有效调整胶凝 时间。无论是在干燥还是潮湿环境下均可以得到有效运用，同时适用于

11、含有流动 有压水以及环境温度在 0以上的工况中。加之其配制流程相对简便，成本较为 低廉并且几乎不会对周围环境产生有毒有害影响，因此可以有效满足此次混凝土 大坝裂缝修补的基本要求。所使用的化学灌浆设备如下图所示：图 2 化学灌浆设备示意图（三）控制灌浆顺序与压力考虑到在此次混凝土大坝中既存在垂直走向以及倾斜裂缝，同时也在部分坝 段位置处存在贯穿整个桩号的水平裂缝。因此在确定灌浆顺序时，也需要依照具 体裂缝的特点以及走向进行科学确定。如针对水平裂缝，在需要按照从低端到高 端的顺序或是参考灌浆之前获取的压水试验数据，从吸浆量相对较大的孔开始进 行灌浆。在压水试验时，需要在保障压力稳定的条件下，每隔五

12、分钟对压入流量 进行一次精准测读，如果连续 4 次测定的压入最大值减去最小值，比 1.0L/min 要 小则可以结束压水。压水试验的主要目的在于帮助工作人员全面掌握待灌混凝土 裂缝的原始透水性能，从而可以选择合适的灌浆材料与顺序。针对混凝土大坝中的垂直以及倾斜裂缝，则按照由深到浅的顺序从下往上进 行灌浆。根据化学灌浆技术规程，需要将灌浆压力控制在 0.2 到 0.5MPa 的范围内， 并且如果在进浆较为顺利的情况下，选取低值作为灌浆压力。如果出现进浆相对 困难的情况则可以适当提高灌浆压力，但不允许超过 0.5MPa 。（四）确定灌浆标准与时段在此次混凝土大坝裂缝修补施工工程中，为了保障进浆顺利

13、，并有效控制孔 内占浆，施工人员在实际进行化学灌浆之前按照规定要求预埋直径为 8mm 的塑 料灌浆管，同时密实峰填灌浆管以及钻孔的间隙。在埋设骑缝孔灌浆管的过程中， 灌浆管需深入裂缝大约 0.05m ，而斜孔灌浆管距离裂缝应当保证 0.1 到 0.2m5 。 在设计压力最大的情况下，灌浆孔吸浆量在不超过 0.02L/5min 时即可结束灌浆。 此时需要施工人员牢牢扎紧塑料灌浆管，并将其移动至相邻灌浆孔，进而继续按 照要求进行灌浆。为了有效保障化学灌浆施工的质量水平，达到彻底填补、妥善处理混凝土大 坝裂缝的效果，在运用化学灌浆技术的过程中，需要保障环境温度至少为 5， 但最高环境温度不超过 25

14、 ，以有效防止因温差过大反而加剧混凝土大坝裂缝出 现的情况。如果在气温相对较高的时期进行混凝土大坝裂缝修补施工，则需要在 夜间或是气温相对较低的时间段开展化学灌浆施工。（五）裂缝修补效果的检验1. 裂缝表面修补效果在完成所有混凝土大坝的裂缝修补施工之后，需要相关工作人员及时对修补 成果进行综合评估与检验，以此保障所有裂缝均得到有效填补和处理，确保混凝 土大坝得以继续投入使用。在此过程中，工程人员采用了现场目视检查配合使用 橡皮锤敲击的外观检查方式，证明修补材料与混凝土结合极为紧密，不存在任何 施工缺陷，涂层和基层之间具有良好的粘结性。其具体试验结果如表 3 所示：表 3 手刮聚脲涂层同混凝土面

15、正拉粘结强度检测结果统计表2. 化学灌浆效果评估根据工程人员提供的相关检测结果可知，在使用化学灌浆技术后混凝土大坝 两侧位置的有效检查孔数至少达到了 85%，粘结性良好的裂缝数达到有化灌浆液 充填裂缝总数的 52%。在进行芯样抗拉试验当中，在裂缝面处于断开状态下，粘 结强度在 1MPa 以上的芯样数与混凝土已经断裂但裂缝面尚未完全断裂状态下的 芯样数的综合，在此番芯样试验总数中的占比超过 75%。压水试验合格裂缝段在 压水总段数中的占比则超过 95%。表 4 展示的就是部分溢流坝端混凝土温度缝以 及裂缝的灌浆情况：表 4 部分溢流坝端混凝土温度缝以及裂缝的灌浆情况整体来看，本次共计 82 个有

16、效检查孔当中，芯样裂缝填充良好率超过 90%， 芯样粘结良好率超过 75%，透水合格率达到了 100% ，而压水试验合格率也在 98% 以上，混凝土内部温度裂缝化学灌浆浆液充填情况整体较好，与该混凝土大坝裂 缝修补要求完全相符。五、关于在混凝土大坝裂缝修补施工中运用化学灌浆的注意事项（一）注意及时清理钻孔为了能够有效达到缩短钻孔时间的目的，部分施工人员在采用化学灌浆技术 进行混凝土大坝裂缝修补的过程中比较容易选择使用转速相对较快的风钻。但使 用风钻时无可避免地会出现大量粉末，进而容易导致钻孔出现堵塞的问题，影响 后续的正常灌浆。因此建议施工人员选择使用芯钻代替风钻，在尽可能一次性完 成灌浆孔的

17、钻孔之后，需要及时对钻孔当中的粉末以及杂物进行有效清除，进而 方便之后的灌浆操作。（二）注意科学配置浆液在对浆液进行配置时，考虑到环境温度以及其他气候条件会直接影响其化学 反应速度，因此需要相关人员在配置浆液的过程中注重对气候条件的有效控制。 通常情况下，气温越高化学反应速度也会越快。在对化学浆液进行搅拌调和的过 程中，同样需要依照具体温度确定适应的搅拌速度和使用的固化剂比例。如果在 夏季高温时期，则需要适当降低固化剂的使用比例以及搅拌速度，从而有效防止 出现化学浆液的化学反应变化速度过快而提前固结的情况。（三）及时处理特殊情况另外，假如在实际进行化学灌浆操作时出现浆液从相邻孔中流出的情况，则

18、 意味着此时孔内还存在部分积水未能有效排出，需要工作人员采用抽水机将孔内 的残余积水全部抽排干净后再重新对相邻孔进行灌浆处理。如果发现孔内吸浆量 比标准值要大时则需要立刻终止灌浆同时仔细检查裂缝情况和灌浆孔的当下状态， 判断浆液渗漏与否。一旦发现有漏洞存在，则需要立即填补处理漏洞，随后再依 照相关技术规程规范进行灌浆。结束语：本文通过以某水利混凝土大坝工程为例，指出该工程中存在包括深 层和表层裂缝以及贯穿裂缝等众多不同类型的裂缝。导致裂缝出现的原因除了与 环境温度有关之外，还有可能是由于大坝迎水侧长期受到水的侵蚀影响，因此工 程人员通过结合该混凝土大坝的实际情况，采用化学灌浆技术处理其裂缝，取得 了良好的质量