王曉麗

（中水東北勘測設計研究有限責任公司，吉林 長春 130021）

1 工程概況

白山市雙河二級水電站位于吉林省白山市所轄臨江市與撫松縣境內(nèi)，為跨市（縣）區(qū)、跨流域、引水式梯級開發(fā)的第二級電站。由攔河壩、引水隧洞和發(fā)電廠房三部分組成。水庫正常蓄水位為715.00 m，總庫容為0.153×108m3，總裝機容量為12 MW。

白山市雙河二級水電站大壩由混凝土重力壩和粘土心墻土石壩組成，壩頂高程717.00 m，大壩全長為256.0m，其中混凝土重力壩長度為173.0 m，最大壩高為31 m，壩頂寬度為10 m，上游鉛直，下游坡比為1∶0.66?；炷翂喂?1個壩段，其中3～4號壩段為溢流壩段，上游坡比在694.00 m高程以上為3∶1，694.00 m高程以下鉛直，下游坡比為1∶0.7，溢流壩堰頂高程為709.50 m，弧形閘門擋水，泄洪消能方式為挑流消能，挑流鼻坎高程為694.78 m。

2 混凝土壩現(xiàn)狀分析

白山市雙河二級水電站混凝土壩2003年建成，至2012年10月間始終未蓄水，壩體多處存有裂縫。2012年3月至5月間，先后對混凝土壩裂縫的分布情況包括裂縫的數(shù)量、分布與走向進行了調(diào)查，對壩體混凝土內(nèi)部缺陷進行了檢測，對混凝土芯樣進行了室內(nèi)試驗。

2.1 裂縫情況

裂縫調(diào)查與檢測結(jié)果顯示：11個混凝土壩段表面現(xiàn)存裂縫539條，其中上游面400條，下游面139條。需要處理的裂縫共517條（上游面398條，下游面119），其中A類裂縫92條，B類裂縫129條，C類裂縫174條，D類裂縫122條。需處理裂縫總長度約為1851.75 m，其中A類裂縫約為136.13 m，B類裂縫約為 237.01 m，C類裂縫約為601.03 m，D類裂縫約為881.70 m。溢流壩閘墩上游側(cè)共有3條相對細小裂縫裂縫，而兩個邊閘墩下游側(cè)卻各有1條貫穿裂縫。壩頂上游側(cè)防浪墻共有30條貫穿性裂縫。

其中溢流壩段（3號壩段）堰體上游側(cè)中部F3-1，F(xiàn)3-30，F(xiàn)3-46等3條裂縫沿壩頂與下游側(cè)裂縫F3-52相接，深度不小于1 m，為上下游貫通縫。

2.2 混凝土鉆芯檢測試驗情況

2012年3月，現(xiàn)場選取1～11號壩段代表性部位鉆取芯樣進行室內(nèi)試驗，包括芯樣容重、抗壓強度、靜壓彈性模量、抗凍、抗?jié)B等性能試驗。11個混凝土壩段現(xiàn)場取芯試驗結(jié)果如下：①容重與抗壓強度試驗結(jié)果：芯樣試件容重介于 2210～2450 kg/m3之間，平均容重為 2324 kg/m3；抗壓強度介于18.5～40.2 MPa之間，平均強度為26.8 MPa，芯樣試件的抗壓強度均值不低于20.0 MPa。②彈性模量測試結(jié)果：1～11號壩段芯樣試件的彈性模量介于（1.69～4.38）×104MPa之間，彈性模量平均值為2.73×104MPa，不同位置、不同孔深芯樣試件間的彈性模量試驗結(jié)果存在一定差異。③抗凍性能測試結(jié)果：芯樣試件抗凍試驗結(jié)果存在較大差異，最大凍融次數(shù)級最低為25次，最高為225次；深層芯樣試件抗凍性能略高于表層芯樣試件。④抗?jié)B性能試驗結(jié)果均滿足W8的抗?jié)B等級。

混凝土強度和抗?jié)B性能滿足設計要求，但壩體混凝土的抗凍指標不能滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。

3 混凝土壩裂縫處理必要性

通過計算可知，溢流壩和擋水壩的壩體裂縫不僅僅發(fā)生在冬季，甚至是秋季寒潮來臨時，壩體表面拉應力也大面積超標，導致裂縫產(chǎn)生。可見溫度應力是引起白山市雙河二級水電站混凝土壩壩體裂縫生成和發(fā)展的主要原因。

壩體裂縫的存在，不僅改變了壩體的應力分布，出現(xiàn)應力集中，壩體蓄水情況下，容易導致滲水現(xiàn)象發(fā)生，尤其是水位較高時，裂隙水的劈裂作用有可能引起裂縫逐漸擴展，影響混凝土壩應力及穩(wěn)定，冬季時，縫隙水結(jié)冰凍脹會使裂縫繼續(xù)擴展等?？梢姡芽p的存在，會加速壩體老化，鋼筋銹蝕，降低混凝土壩耐久性，影響壩體應力和穩(wěn)定等，嚴重威脅大壩安全，為保證雙河大壩的運行安全，對白山市雙河二級水電站混凝土壩裂縫進行處理是非常必要和緊迫的。

根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范對裂縫的分類標準及處理原則，上游面需要處理的裂縫有398條，占上游面裂縫總數(shù)的99.5%，布滿雙河混凝土壩每個壩段的上游表面，接近壩頂部位裂縫較少；下游面需要處理的裂縫有118條，占下游面總裂縫總數(shù)的84.9%。因此，從裂縫分布情況看，混凝土壩上下游面均需進行裂縫處理。

另外，從壩體混凝土試驗成果看，上下游面混凝土抗壓、抗?jié)B強度等級雖然滿足設計要求，但其抗凍指標都不滿足現(xiàn)行設計規(guī)范要求，所以上下游面都需要進行處理。

4 混凝土壩裂縫處理方案

4.1 上游面的處理方案設計

4.1.1 處理范圍確定

在檢測的539條裂縫中，上游面有400條，占壩面裂縫總數(shù)的74.2%，需要處理的裂縫有398條，占上游面裂縫總數(shù)的99.5%，布滿雙河混凝土壩每個壩段的上游表面，接近壩頂部位裂縫較少。

室內(nèi)試驗結(jié)果表明壩體混凝土的所有抗凍指標都不滿足現(xiàn)行規(guī)范要求，同時由于凍融破壞，使得表面混凝土的容重、彈性模量質(zhì)量差異較大，降低混凝土壩的使用壽命、影響混凝土壩防滲能力。

由于雙河大壩建成后一直沒有蓄水，上游面施工受環(huán)境影響不大，具備全壩面裂縫處理的施工條件。

開挖后置換新混凝土解決裂縫對壩體帶來的不利影響，主要是用來提高壩體混凝土的強度等級，尤其是壩體混凝土的抗凍強度等級，因為現(xiàn)行規(guī)范對水上、水下混凝土的抗凍要求不同，水下混凝土滿足F50即可，而東北嚴寒地區(qū)水上混凝土，特別是水位變化區(qū)的混凝土應滿足F300的抗凍指標要求。盡管雙河混凝土壩上游面混凝土的抗凍指標不滿足現(xiàn)行規(guī)范的要求，但全面開挖處理的必要性不大，死水位以下混凝土經(jīng)表面處理并蓄水后就不存在凍融問題，水上及水位變化區(qū)混凝土進行開挖置換是必要的，在提高混凝土抗凍強度等級的同時，解決了壩體混凝土的耐久性問題，提高了混凝土壩的使用壽命。

上部高程考慮到防浪墻和人行道建于混凝土壩上游側(cè)1.5 m的懸挑板上，且接近壩頂部位裂縫分布較少，為保證壩頂結(jié)構(gòu)的安全，擋水壩段懸挑板以下1.0 m范圍內(nèi)不進行開挖處理，即混凝土開挖頂高程不應超過715.40 m。因此，擋水壩段混凝土開挖頂高程定為715.40 m，河床部位開挖底高程為698.00 m，即死水位700.00 m以下2.0 m處；兩岸壩段開挖底高程為地面以下1.5～2.0 m或建基面。對開挖范圍以外的裂縫仍需根據(jù)規(guī)范要求采用其他方法進行處理，即上游面需要全壩面進行處理。

4.1.2 處理厚度確定

從裂縫深度檢測結(jié)果看，在混凝土壩上游面400條裂縫中，壩體表面混凝土30 cm范圍內(nèi)共有裂縫235條，占壩體上游面面裂縫總數(shù)的58.8%；40 cm范圍內(nèi)共有裂縫309條，占壩體上游面裂縫總數(shù)的77.3%；50 cm范圍內(nèi)共有裂縫340條，占壩體上游面面裂縫總數(shù)的85.0%；深度超過50 cm的裂縫僅有60條。

從上游面混凝土在深度為65 cm范圍鉆孔所取芯樣試驗結(jié)果表明：壩面混凝土質(zhì)量較差，壩體混凝土凍融的破壞程度非常嚴重。

考慮混凝土壩表面裂縫、壩體混凝土強度等多種因素，結(jié)合其它工程加固處理經(jīng)驗，確定混凝土開挖厚度60 cm，新澆筑的抗裂混凝土厚度為60 cm。

4.1.3 裂縫處理方案設計

從基礎(chǔ)至698.00 m高程：該范圍屬于水下環(huán)境，對C類和D類裂縫化學灌漿后，采用手刮聚脲對壩面進行處理。

698.00～715.40 m高程：屬于水位變化區(qū)，將壩面混凝土挖除60 cm后，對壩面存留的D類裂縫進行化學灌漿后，重新鋪設鋼筋網(wǎng)，打錨筋，噴混凝土界面粘結(jié)劑，再澆筑60 cm厚的抗裂混凝土。

715.40～716.40 m高程：該范圍屬于露天環(huán)境，在水庫正常蓄水位以上，不是常擋水范圍，與水下部分的處理方式相同，對C類和D類裂縫化學灌漿后，采用手刮聚脲對壩面進行處理。

壩面裂縫選用高分散性環(huán)氧類化學灌漿材料。 一般裂縫的化學灌漿鉆孔采用水鉆沿混凝土裂縫兩側(cè)鉆跨縫斜孔，孔深為30～60 cm（根據(jù)裂縫寬度和深度調(diào)整）單側(cè)孔間距60～80 cm，在混凝土表面沿裂縫采用結(jié)構(gòu)膠封縫，封縫厚度5～8 mm，封縫寬度40 mm。對個別貫穿性壩體橫縫需采用地質(zhì)鉆機鉆孔，專門化灌處理。

開挖范圍內(nèi)新澆筑的混凝土采用抗裂混凝土，同時在混凝土中摻加網(wǎng)狀聚丙烯纖維及高效外加劑等以提高壩面混凝土的限裂和抗?jié)B能力；混凝土用錨筋掛鋼筋網(wǎng)及混凝土界面粘結(jié)劑與壩體老混凝土牢固連接，以增加壩的整體性，由于老混凝土有新混凝土保護，提高了混凝土壩表面抗凍抗老化的能力。鋼筋網(wǎng)采用直徑16 mm的螺紋鋼，縱向和水平向間距均為20 cm。錨筋采用直徑22 mm的螺紋鋼，其長度為L=3.0 m，間排距為1.5 m，梅花型布置，外露端部與鋼筋網(wǎng)焊接牢固。錨筋的錨固長度為2.25 m。

雙河二級水電站壩區(qū)冬季嚴寒，壩體混凝土抗凍要求很突出，裂縫處理混凝土應采用較高的抗凍標號，根據(jù)規(guī)范要求，新混凝土采用C25F300W6，二級配抗裂混凝土。

混凝土壩上游面手刮聚脲施工，化學灌漿完成后，將混凝土壩表面打磨3 mm，清洗干凈，晾干后涂刷界面劑，待界面劑表干后直接刮涂手刮聚脲一遍。1 h內(nèi)在裂縫部位15 cm范圍內(nèi)鋪蓋胎基布，再涂刷2～3遍手刮聚脲。一次刮涂厚度1 mm左右，保證裂縫部位聚脲厚度大于3 mm。

4.2 下游面的處理方案設計

雙河混凝土壩下游面裂縫與上游面比相對較少，在檢測的539條裂縫中下游面有139條，占壩面裂縫總數(shù)的25.8%。根據(jù)DL/T 5251-2010《水工混凝土建筑物缺陷檢測和評估技術(shù)規(guī)程》中裂縫的分類標準及處理原則，需要處理的裂縫有118條，占下游面裂縫總數(shù)的84.9%?；炷潦覂?nèi)試驗結(jié)果與上游面基本相同。

下游面裂縫分布相對較少，雖然混凝土強度和彈性模量不均，抗凍指標較低，但規(guī)范對混凝土壩下游面混凝土的強度等級要求也較低，因此，設計不考慮對下游壩面進行開挖處理。

擋水壩段下游面的處理措施是只對裂縫進行化學灌漿。考慮溢流面對混凝土的抗?jié)B、抗沖磨要求較高，在溢流面化學灌漿完成后，對溢流壩表面進行手刮聚脲處理。

4.3 溢流壩閘墩的處理方案設計

溢流壩段兩個邊墩均在接近閘墩尾部的變坡點處各存在1條貫穿裂縫，裂縫自703 m高程開裂向閘墩下部延伸，左邊墩裂縫與豎直面成45°左右的夾角，右邊墩裂縫接近鉛直，裂縫長度約6.5 m。

對溢流壩閘墩裂縫的處理方法仍是化學灌漿，化學灌漿材料和封縫材料與混凝土壩上游面相同。因邊墩裂縫為貫穿性裂縫，且邊墩厚度為1.75 m，為保證化學灌漿質(zhì)量，應對閘墩左右兩側(cè)裂縫同時封縫、同時灌漿，每側(cè)孔深為50～60 cm，單側(cè)孔間距60～80 cm，在混凝土表面沿裂縫采用結(jié)構(gòu)膠封縫，封縫厚度5～8 mm，封縫寬度40 mm。

化學灌漿完成后，沿裂縫18 cm寬度范圍內(nèi)將閘墩混凝土打磨3 mm，清洗干凈，晾干后涂刷BE14界面劑，待界面劑表干后直接刮涂手刮聚脲一遍。1 h內(nèi)在裂縫部位15 cm范圍內(nèi)鋪蓋胎基布，再涂刷2～3遍手刮聚脲。一次刮涂厚度1 mm左右，保證裂縫部位聚脲厚度大于3 mm。

5 結(jié)語

當混凝土壩表面存在少數(shù)裂縫時，化學灌漿是最常用的方法之一，也是最有效的裂縫處理措施，但是，當混凝土壩表面存在大面積的深層裂縫時，開挖后置換抗裂混凝土，既提高了壩體混凝土的強度等級，也提高了混凝土的耐久性，從而徹底解決壩體混凝土的抗裂、抗凍問題。