田 波

（贵州省水利水电工程咨询有限责任公司,贵州 贵阳 550081）

1 工程概况

广山水库位于黔南布依族苗族自治州瓮安县建中镇凤凰村境内,距建中镇公路距离4.1 km,距瓮安县城公路距离34.4 km,距都匀市区公路距离约135 km,有公路通往水库区,交通条件较好。水库坝址位于瓮安河二级支流后坝河中上游河段。广山水库坝址以上流域面积2.66 km2,截水区集雨面积1.51 km2,引水后多年平均径流量170 万m3,多年平均流量为0.0536 m3/s,供水管道设计流量0.1207 m3/s。广山水库校核洪水位1269.51m,正常蓄水位为1268.00m,死水位1256.50 m,总库容109 万m3,兴利库容80.9 万m3。工程任务为：灌溉、农村人畜用水和集镇用水。工程等别为Ⅳ等,工程规模属小（1）型。工程枢纽布置为：堆石混凝土重力坝+坝身泄洪表孔+取水建筑物+灌溉供水管线。大坝建基面高程为1239.00 m,坝顶高程为1271.00 m,最大坝高32.0 m,坝顶宽度4 m,坝顶长198 m。

2 建基面及裂缝基本情况

2.1 建基面基本情况

坝基（肩）基础置于岩体弱风化带上部,坝基开挖高程1239.00 m,最大坝高32.0 m（不含齿槽）,根据现场实际揭露情况及地质素描,坝基开挖揭露地层为2-3ls1薄至中厚层白云岩夹薄层泥质白云岩,以弱风化为主,局部强风化。在坝横0+088.50处的建基面揭露出f1断层,断层影响带宽1 m～6 m,齿槽段及上游坝基为岩屑夹泥充填,靠下游坝基为泥夹岩屑充填。对大坝建基面断层破碎带清理干净,清理后呈倒梯形,清理底宽为断层破碎带宽度[1],顶宽为3 倍底宽,清理边坡为1∶1.0。采用C20 混凝土回填至建基面高程,回填混凝土面层配置钢筋。最后,对坝基固结灌浆的间排距在断层破碎带加密,固结灌浆深度与原设计方案保持一致。

2.2 裂缝基本情况

坝址河床段坝基垫层混凝土标号为C20 二级配, 厚度1.0 m。坝基垫层混凝土于2020年11 月1 日上午9 时对1239.0 m～1240.0 m 开始浇筑,垫层混凝土于11 月2 日上午12时浇筑完成,浇筑方量约887 m3,浇筑时的气温为8℃～10℃；垫层混凝土施工完成后及时做好了有关的养护工作。

在垫层混凝土浇筑完成且强度满足设计要求后,开始对河床坝段进行固结灌浆处理。灌浆过程中,施工单位有关人员对现场进行巡视检查,发现右岸河床下游段坝基垫层表面有1 条纵向裂缝,基本判定为贯穿裂缝[2],其他已浇筑垫层段未发现裂缝。同年11 月21 日,对灌浆后的河床坝基垫层再次进行了全面的检查,共计发现3 条裂缝,经钻孔压水试验检查,1#、2#及4#裂缝均为非贯穿裂缝,最大缝宽3.5 mm,缝深在20 cm～50 cm,3#裂缝为贯穿裂缝,缝宽0.6 mm,缝深100 cm。垫层混凝土裂缝分布见图1。

图1 坝基垫层混凝土裂缝分布图

混凝土的裂缝是施工过程中普遍存在的,直接影响到工程质量及稳定性,同时也是不可避免的问题。裂缝控制的关键在于它的深度及宽度,进而将其危害程度控制在规范允许的范围内。针对广山水库混凝土基础垫层裂缝的进一步分析,确认裂缝的性质并评估其危害性,同时对坝基已浇筑垫层混凝土裂缝按裂缝长度、裂缝深度、裂缝走向、表面缝宽以及是否为贯穿性裂缝等进行检查及分类,为下一步坝基垫层裂缝的修补措施提供依据[3],以保证垫层混凝土的补强质量。分类统计见表1。

表1 广山水库基础垫层混凝土裂缝型式统计表

综上所述,根据基础垫层混凝土裂缝型式统计表,初步判定广山水库坝基垫层3#裂缝为Ⅳ类裂缝,1#以及4#裂缝为Ⅲ类裂缝,而2#裂缝为Ⅱ类裂缝[4]。为准确测量各类型坝基垫层混凝土裂缝深度,对贯穿裂缝主要采用钻芯取样测量缝深；对表面裂缝采用切割机配合人工凿“V”型槽进行缝深测量,要求“V”型槽与裂缝中心线重合。经检测后对广山水库坝基垫层混凝土裂缝性状统计见表2。

表2 广山水库坝基垫层混凝土裂缝性状统计表

3 裂缝成因分析

通过对广山水库坝基垫层混凝土浇筑过程全面梳理,结合工程特性及裂缝性状及检测成果,同时参照同地区其他类似工程,分析裂缝产生的主要成因如下:

（1）广山水库坝址位于东刚溪沟和后坝河汇合处上游约150 m 处,坝址河谷呈基本对称的“V”型,两岸坡地势平缓,地形坡度10°～20°,两岸坡地形不顺直。水库正常蓄水位1268.00 m 高程对应谷宽113.4 m,宽高比6.5。大坝基础开挖后沿坝基岸坡段岩体遭到破坏,受岩体卸荷作用影响,基础段应力卸荷缓慢,而岸坡段应力卸载较快,垫层的浇筑使得原本未达到平衡的应力对对垫层混凝土产生挤压作用,是裂缝形成的原因之一。

（2）从水库受力模型可知,坝基河床段为强约束区,受基础建基面开挖影响,基岩建基面基础边界不能自由变形,进而引起约束应力,是裂缝形成的原因之一。

（3）基础垫层混凝土厚度为1 m,分块最大长度为34 m,最大坝宽为12 m～14 m,长宽比2.4～2.8,高宽比（浇筑快厚度与浇筑快长边的比值）0.03。结合到坝基垫层仅有1 m 的厚度,是典型的板状结构,更容易引起贯穿性裂缝。而在施工期间,施工单位未设置临时施工缝,从结构上分析,长宽比偏大、高宽比过小是产生裂缝的原因之一。

（4）根据施工现场实际揭露情况及地质素描,在坝横0+088.50 处的建基面揭露出f1 断层,受断层及断层破碎带影响,基面岩体呈薄层状破碎,坝基地下水较丰富,垫层盖重厚度较薄,是裂缝形成的又一主要原因。

综上所述,基础垫层混凝土裂缝的产生是多种因素叠加引起的,其裂缝的预防与控制是一个复杂的问题。应在可控范围内解决大体积混凝土裂缝问题,为下一步坝基垫层裂缝的修补措施提供依据,以保证垫层混凝土的补强质量。

4 裂缝的处理及预防

4.1 裂缝处理方案

通过前述分析,受断层及断层破碎带影响,广山水库大坝建基面岩体呈薄层状破碎,坝基地下水较丰富,开挖后的基岩建基面受应力约束不能自由变形,加之垫层盖重厚度较薄,引起坝基垫层混凝土多条裂缝。根据坝基已浇筑垫层混凝土裂缝的长度、深度、表面缝宽分布和大小,采取相对应的处理措施。

（1）Ⅱ类裂缝：采用化学灌浆[5]+表面涂刮弹性聚脲封闭的方式进行处理,处理方案为：采用切割机配合人工凿梯形凹槽,梯形凹槽在裂缝两端顺延10 cm。凿槽完毕后对局部不平整的混凝土表面用磨光机打磨平整,用水冲洗干净缝面,以确保封缝材料与混凝土基面的结合强度。完成以上工作后,待底漆表面干后立即进行下一道工序。刮涂厚度应控制在1.2 mm～1.5 mm 左右,其厚度可以通过面积和用料量来控制,且涂层厚度要均匀。由于是立面施工,为防止材料流淌,涂层施工应进行2遍,保证聚脲厚度满足1.2 mm～1.5 mm要求,周边要光滑过渡。最后采用细石混凝土分层填缝。

（2）Ⅲ类裂缝：采用充填法和灌浆法相结合的方法进行修补。即先采用切割机配合人工凿梯形凹槽,对局部不平整的混凝土表面用磨光机打磨平整,修补完成后要求表面平整、无灰尘、无明水,晾干后立即进行下一道工序,以防止混凝土表面再次受到污染。待待基面干燥后,沿缝两侧各165 mm宽范围内,涂刷聚脲2 遍,均匀涂刷且不能漏刷,最后采用细石混凝土分层填缝。

（3）Ⅳ类裂缝：针对本工程存在的深层贯穿裂缝,为防止裂缝对上部坝体不造成影响,降低裂缝向坝体扩展的可能性,主要采用高标号细石混凝土及钻孔灌浆进行处理。并对贯穿裂缝沿裂缝表面骑缝铺设加强钢筋,以裂缝为中心垂直裂缝对称布置,钢筋单根长2.5 m,间距200 mm,分布筋采用Φ20 钢筋,间距250 mm。广山水库坝基垫层混凝土裂缝经过处理后,效果良好。

（4）考虑到本工程基础垫层较薄,受F1 断层破碎带影响较大,经参建各方现场确认,对基础垫层进行加厚处理,基础固结灌浆待增加二层堆石混凝土盖重（厚3.5 m）后再进行施工。为确保垫层混凝土不再增加裂缝,正在进行的固结灌浆孔采用M15 砂浆封孔,待增加盖重后重新钻孔灌注。

（5）通过现场已进行固结灌浆孔的灌注情况,结合本工程地质可减小固结灌浆压力0.05 MPa,Ⅰ序孔为0.2 MPa,Ⅱ序孔为0.35 MPa。对裂隙冲洗打不起压力的孔,开灌浆液水胶比改为2∶1。对浆液注入量较大的孔采取低压、浓浆、限流、限量、间歇灌浆。

4.2 预防措施

（1）严格控制混凝土温度、减小基础温差、内外温差及上下层温差。主要可以从两方面入手,一方面可以降低混凝土浇筑温度,可以从降低混凝土出机口温度主要采用风冷降低骨料温度、加冰和用低温水拌和等措施。减少运输浇筑过程中温度回升主要采取防晒隔热设施,加强施工管理,加快浇筑速度,避开高温时段浇筑,加强仓面降温与保温等措施入手。另外一方面则是通过控制坝体最高温度,采取必要的温控措施,使得坝体问题控制在设计运行范围内,进而减少由温度引起的裂缝问题。

（2）合理的安排施工进度和施工工序。对大体积混凝土应做到分层、分块浇筑,在规范和技术条款允许高差要求前提下严格控制相邻坝段高差。对基础约束区混凝土应做到连续均匀上升,其余部位要做到短间歇连续均匀上升。对已浇筑的完成的混凝土要做好保温保湿养护措施。

（3）针对已浇筑混凝土成型后由于养护不当,或者混凝土构件长期露天堆放,以及混凝土经过度振捣,收缩量加大等原因引起的裂缝。主要从控制混凝土水泥用量、水灰比和砂率等方向入手,加强混凝土早期养护,对有条件的可适当延长养护时间,同时覆盖草帘、草垫定期洒水,保湿保温。

5 结语

基础垫层混凝土裂缝的产生是多种因素叠加引起的,其裂缝的预防与控制是一个复杂的问题,每个工程裂缝成因及部位也不尽相同,针对具体的裂缝应做到具体分析,采取相对应的工程措施进行处理。同时在项目实施过程中,应严格把好施工前、中、后期技术质量关,在可控范围内解决混凝土裂缝问题。针对广山水库大坝基础垫层混凝土裂缝已全部并采取了相应的补强处理措施。根据钻孔检查,结合大坝安全监测数据可知,裂缝中已充填满了化学浆材,垫层裂缝无显著变化,基岩变形已趋于稳定,证明该方案处理效果良好。广山水库裂缝处理方案可为后期类似工程的建设提供参考。