锦屏水电站压力管道衬砌裂缝处理探讨
张旻
中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 610072
压力管道钢筋混凝土衬砌裂缝问题是一个普遍存在的问题，其产生的形式和种类很多，其裂缝处理显得尤为重要。本文结合锦屏一级水电站压力管道钢筋混凝土衬砌的裂缝情况，对裂缝分类处理原则，化学灌浆材料，裂缝处理方法及施工工艺进行了探讨。
1 锦屏一级水电站引水工程概况
1.1 锦屏一级水电站工程概况
锦屏一级水电站位于四川省凉山彝族自治州盐源县和木里县境内，是雅砻江干流中下游水电开发规划的“控制性”水库梯级，在雅砻江梯级滚动开发中具有“承上启下”重要作用。雅砻江干流呷依寺至江口河道长1368km，天然落差3180m，干流初拟了21级开发水能资源，其中两河口梯级为雅砻江干流中下游段“龙头”水库，具有多年调节能力；锦屏一级水电站为下游河段控制性水库，具有年调节能力，对下游梯级补偿调节效益显著。
锦屏一级水电站工程规模巨大，开发任务主要是发电，结合汛期蓄水兼有分担长江中下游地区防洪的作用。水电站装机容量3600MW，保证出力1086MW，多年平均年发电量166.2亿kW·h，年利用小时数4616h。水库正常蓄水位1880m，死水位1800m，正常蓄水位以下库容77.6亿m3，调节库容49.1亿m3，属年调节水库。
混凝土双曲拱坝是世界第一高拱坝，坝高305m，坝顶高程1885.00m。泄洪设施由坝身4个表孔，5个深孔，2个放空底孔，坝后水垫塘以及右岸1条有压接无压泄洪洞组成。引水发电建筑物布置在右岸山体内，由进水口、压力管道、主厂房、主变压器室、尾水调压室、尾水隧洞组成，地下厂房主厂房安装6台单机600 MW的水轮发电机组。
1.2 压力管道概况
根据锦屏一级水电站枢纽总体布局，右岸布置6条地下埋管。压力管道沿纵剖面可分为渐变段、上平段（或上压坡段）、上弯段、斜井段、下弯段、下平段、锥管段及过渡段，压力管道总长458.986～552.289m，内径9m。上平段中心间距26m，管道水平长度成等差数列，管道进口中心高程1783.50m，上平段纵坡均为8.4%；下平段、锥管段及过渡段与厂房纵轴线垂直，坡度为平坡i=0，中心间距为31.70m，中心高程1630.70m；上、下平段之间由上弯段、斜井段和下弯段连接，弯管段中心转弯半径30.00m，斜井长度111.470～121.453m。
压力管道上平段帷幕以前部分均为钢筋混凝土衬砌，衬砌厚度1m（渐变段为1.5m）。压力管道上平段帷幕以后部分（含上弯段、斜井、下弯段、下平段、锥管段及过渡段等）均为钢板衬砌，钢衬起点至斜井中部钢管材料采用16MnR钢材，壁厚24～36mm；斜井中部至连接段钢管材料采用600MPa高强度钢材，壁厚36～62mm。钢管与围岩间回填厚0.80m素混凝土。
1.3 压力管道钢筋混凝土衬砌段混凝土特性
压力管道钢筋混凝土衬砌采用C25混凝土（二级配）；采用强度等级为42.5的中热硅酸盐水泥。
2 压力管道钢筋混凝土衬砌裂缝情况
经过现场对压力管道衬砌裂缝的清查、统计、素描：1号压力管道钢筋混凝土衬砌裂缝总长约586.2m，裂缝宽为0.3～0.59mm；2号压力管道钢筋混凝土衬砌裂缝总长约374.5m，裂缝宽为0.27～0.40mm；3号压力管道钢筋混凝土衬砌裂缝总长约300.6m，裂缝宽为0.3～0.41mm；4号压力管道钢筋混凝土衬砌裂缝总长约912m，裂缝宽0.3～0.5mm；5号压力管道钢筋混凝土衬砌裂缝总长约为1225m，裂缝宽为0.32～0.52mm；6号压力管道钢筋混凝土衬砌裂缝总长约792.79m，裂缝宽为0.27～0.57mm。
3 压力管道钢筋混凝土衬砌裂缝处理
3.1 裂缝分类处理原则
根据引水系统压力管道运行条件和结构要求，对裂缝分类进行处理：
（1）压力管道钢筋混凝土衬砌裂缝宽δ＜0.2mm，采用“表面处理法”。
（2）压力管道钢筋混凝土衬砌裂缝宽0.2mm≤δ≤0.4mm，采用“灌浆法”。
（3）压力管道钢筋混凝土衬砌裂缝宽δ＞0.4mm，采用“充填法+灌浆法”。
3.2 裂缝处理方法及施工工艺
3.2.1 表面处理法
表面处理法包括表面涂抹和表面贴补法。
（1）表面涂抹主要用于浆材难以灌入的细而浅的裂缝，深度未达到钢筋表面的发丝裂缝，不漏水的缝，不伸缩的裂缝以及不再活动的裂缝。处理措施是先清理冲洗干净缝面后在裂缝的表面涂抹水泥浆或环氧胶泥。
（2）表面贴补（土工膜或其他防水片）法用于大面积漏水（蜂窝麻面等或不易确定具体漏水位置、变形缝）的防渗堵漏，采用在裂缝的表面黏贴玻璃纤维布等措施。
3.2.2 充填法
（1）充填法一：对较浅的表面裂缝（不需灌浆），须进行封缝处理，即沿缝刻深约5cm、宽约10cm的梯形槽，将槽面清洗干净并烘干后涂上环氧基液，然后回填水泥砂浆或环氧砂浆。裂缝处理示意图（一）如图1所示。
（2）充填法二：对结构有止水防渗要求的表面裂缝可采用刻V形槽嵌填塑性止水材料，凿槽范围需沿裂缝两侧顺延不小于50cm，裂缝处理示意图（二）如图2所示，塑性止水材料主要性能指标见表1。
图1 裂缝处理示意图（一）（单位：cm）
图2 裂缝处理示意图（二）（单位：cm）
表1 塑性止水材料主要性能指标
充填法施工先后次序为：凿槽-嵌填止水材料-填补水泥砂浆-涂刷防渗材料。
3.2.3 灌浆法
（1）灌浆孔的布置。沿缝两侧布置d42mm斜孔，对于δ≤0.4的裂缝采用1m孔距；对于δ＞0.4的裂缝采用1.5m孔距。各斜孔与缝面交于不同深度，也可采用垂直的骑缝孔，骑缝孔的深度与缝深一致，缝深可通过检查孔确定。灌浆孔布置见图3。骑缝孔无法避开钢筋处，以不打断钢筋为原则。
（2）压风检查。压风应在裂缝表面充填完成7天后进行。风压为0.2MPa，压风从一端开始，逐孔进行。压风检查主要是检查灌浆孔间的通畅情况及裂缝口是否密封，有外漏的则需重新作封缝处理。
（3）缝面止浆（灌浆前已做充填法的可不做）。
化学灌浆材料的渗透性能较好，造价高，为保证注浆质量，节省浆液，要求对缝面进行止浆。止浆方法是沿缝凿槽，洗刷干净后再嵌填改性砂浆或者速凝早强砂浆，并将表面压实抹光。
（4）试漏。目的检查止浆效果，以选择主注浆孔。注浆材料采用环氧树脂，则采用压气检测，压力大于灌浆压力，当发现止浆有缺陷时，应在灌浆前进行修补。
（5）灌浆材料。灌浆材料建议采用环氧树脂。因环氧树脂适用较干燥裂缝或经处理后已无渗水裂缝的补强，能灌0.3mm左右的细裂缝。环氧树脂黏度较高，在潮湿或水中黏合强度不高，故应选在裂缝较干燥或经处理后裂缝已无渗水时施工。
图3 灌浆孔布置示意图
（6）灌浆。浆材与缝面黏结强度不小于1MPa。
灌浆压力：灌浆压力控制在0.2～0.4MPa。
起灌顺序：从最下端开始向上逐孔进行，同一裂缝的灌浆应由深到浅进行。
灌浆结束标准：吸浆量小于0.02L/5min，再继续灌注30min压力不下降即可结束灌浆。
（7）封孔。对于固化后强度达到或超过混凝土强度的灌浆材料，灌浆后孔内的固结物不必清除。
图4 钻孔孔位（单位：m）
（8）灌浆注意事项。加强对基岩面渗水的封堵。在缝面处理之前应切断渗水的来源，建议对裂缝周边混凝土与基岩的接触面先采用灌浆措施进行封堵，钻孔孔位见图4，孔距1m，深入围岩1m，孔径不小于32mm，钻孔前应采用钢筋探测仪探测钢筋。钻孔后应立即用高速水流冲洗直至回水澄清10min后结束，并测量、记录冲洗后钻孔孔深。钻孔冲洗完成后应作简易压水试验和孔内钩槽、压水试验。
选择灌浆时机。为保证裂缝处理效果，其处理（灌浆）时机宜选在低温季节末期进行；裂缝的修复一定要在其停止发育以后进行，以免修复部分被重新拉裂。
4 压力管道钢筋混凝土衬砌裂缝处理的进一步探讨
4.1 完善、细化裂缝的统计工作
将每条压力管道的裂缝分别进行统计，分别说明每条压力管道的混凝土衬砌时间，裂缝发生时间及发展时段。要求对裂缝的类别、走向、长度等是否存在规律性进行统计说明。
4.2 裂缝分类处理原则
结合现场实际裂缝统计及灌浆试验情况，确定裂缝分类处理原则。
结合现场压力管道衬砌裂缝的统计资料，1～6号压力管道钢筋混凝土衬砌裂缝宽度均在0.27～0.59mm范围内。经过现场压力管道混凝土裂缝化学灌浆试验对比后，可以结合现场情况对裂缝处理进一步细化。
（1）压力管道钢筋混凝土衬砌裂缝，采用环氧树脂材料进行化学灌浆处理。
（2）压力管道钢筋混凝土衬砌施工缝、结构缝等均采用水泥灌浆进行处理。
4.3 进一步明确化学灌浆施工工艺流程
化学灌浆工艺流程如下：清理裂缝、描述—→钻孔、清洗、埋管、封缝—→通风检查—→灌浆—→灌后处理—→质量检查。
针对点渗水、面渗水等化学灌浆处理，首先要详细绘出渗水点及渗水面的部位、形状及大小，在点、面周边布孔，可同样采用上述工艺流程进行化学灌浆施工。
4.4 完善化学灌浆的第三方检测
施工单位应补充详细的化学灌浆材料指标和固化物理性能及岩芯的裂缝充填饱满度描述，同时应提供化学灌浆材质及裂缝岩芯的所有力学技术指标。
化学灌浆材料委托第三方检测单位统一检验。在第三方试验结果出来之前，现场只能做裂缝描述，严禁化学灌浆施工。
5 结语
压力管道钢筋混凝土衬砌裂缝问题是一个普遍存在的问题，其产生的形式和种类很多，其裂缝处理显得尤为重要。本文结合锦屏一级水电站压力管道钢筋混凝土衬砌的裂缝情况，对裂缝分类处理原则，化学灌浆材料，裂缝处理方法及施工工艺进行了探讨。