任务二 混凝土坝的裂缝处理

※基本知识※

一、混凝土坝的裂缝类型及特征

混凝土坝产生坝体裂缝是较为普遍的现象，根据产生的原因分，裂缝的主要类型及特征如下：

（1）沉陷裂缝。这类裂缝属于贯穿性的，其走向一般与沉陷走向一致，裂缝宽度受温度变化影响较小，对于大体积混凝土与砌石建筑物，较小的不均匀沉陷引起的裂缝常会有一定的错距，对于轻型薄壁的结构，这种裂缝往往有较大的错距。

（2）干缩裂缝。这类裂缝属于表面性的，走向纵横交错，没有一定的规律性，形似龟纹；缝宽及长度都很小，如发丝一般。

（3）温度裂缝。有表层、深层和贯穿性的三种。表层裂缝的走向一般没有一定的规律性，钢筋混凝土建筑物的深层或贯穿性裂缝，方向一般与主钢筋方向平行或接近于平行，与架立钢筋（构造或温度钢筋）方向垂直或接近于垂直，裂缝宽度大小不一，但每一条裂缝沿长度方向没有大的变化，缝宽受温度变化而产生的热胀冷缩影响明显。

（4）应力裂缝。这类裂缝属于深层或贯穿性的，走向基本上与主拉应力方向垂直，钢筋混凝土建筑物的裂缝方向与主钢筋方向垂直或接近于垂直，裂缝宽度一般较大，且沿长度或深度方向有显著的变化，缝宽受温度变化的影响较小。

二、混凝土坝裂缝的原因

1.设计方面的原因

（1）由于设计考虑不周，如断面过于单薄、孔洞面积所占比例过大，或配筋不够以及钢筋布置不当等，致使结构强度不足，建筑物抗裂性能降低。

（2）分缝分块不当，块长或分缝间距过大、错缝分块时搭接长度不够。

（3）温度控制不当，造成温差过大，使温度应力超过允许值。

（4）基础处理不善，引起基础不均匀沉陷或扬压力增大而使建筑物发生裂缝。

（5）设计不当或模型试验不符合实际情况，泄水时水流引起建筑物振动开裂。

2.施工方面的原因

（1）混凝土养护不当，使混凝土水分消失过快引起干缩。

（2）基础处理、分缝分块、温度控制或配筋等未按设计要求施工。

（3）在浇筑混凝土时，施工质量控制不严，使混凝土的均匀性、密实性和抗裂性差。

（4）模板强度不够，或振捣不慎，使模板发生变形或位移。

（5）施工安排不当，如上下层混凝土施工间歇期不够或过长，以及拆除模板过早等。

（6）施工缝处理不善，或出现冷缝时未按工作缝要求进行处理。

（7）混凝土凝结过程中，外界温度骤降时，没有做好保温措施，使混凝土表面剧烈收缩。

（8）使用了收缩性较大的水泥，或含碱量大于0.6%的水泥并掺有碱性反应的骨料；或者含有大量碳酸氢离子的水，使混凝土产生过度收缩或膨胀。

3.运用管理方面的原因

（1）建筑物的运用没有按规定执行，在超设计荷载下使用，使建筑物承受的应力大于容许应力。

（2）维护不善，或者冰冻期间未做好防护措施等而引起裂缝。

4.其他方面的原因

（1）由于地震、爆破、冰凌、台风和超标准洪水等引起建筑物的振动，或超设计荷载作用而发生裂缝。

（2）含有碳酸气（或亚硫酸气）的空气，或含有大量碳酸氢离子的水，均对混凝土有侵蚀作用，产生碳酸盐类，因收缩而引起裂缝。

（3）尚未硬化的混凝土的沉降收缩作用而引起裂缝。

三、混凝土坝裂缝的检查和观测

混凝土坝出现裂缝，应加强检查与观测。表面裂缝检查一般以人工目测进行现场普查为主，裂缝检查观测的方法内容及所用工器具等在模块二中有所详述。

※技能操作※

四、混凝土坝表面裂缝的处理

当裂缝不稳定，随着气温或结构的变形而变化，但又不影响建筑物整体受力时，只进行表面处理即可。常用的裂缝表面处理的方法有表面涂抹、表面贴补、凿槽嵌补和喷浆修补等。裂缝表面处理的方法也可用来处理混凝土表面的其他损坏，如蜂窝、麻面、骨料架空外露以及表层混凝土松软、脱壳和剥落等。

（一）表面涂抹

表面涂抹的方法是用水泥砂浆、防水快凝砂浆、环氧基液及环氧砂浆等材料，涂抹在裂缝部位的混凝土表面。

1.水泥砂浆涂抹

对于数量多、分布广的细微裂缝，在迎水面可用水泥砂浆涂抹。处理时，先将裂缝附近的混凝土表面凿毛，并尽可能使糙面平整，经洗刷干净后，洒水使之保持湿润，用纯水泥浆涂刷一层底浆（厚度0.5～1.0mm），然后用1：1～1：2的水泥砂浆在其上分次抹完。一次涂抹过厚容易在侧面引起流淌或因自重下坠脱壳，太薄则容易在收缩时引起开裂。涂抹的总厚度一般为1～2cm，最后用铁抹压实、抹光。砂浆配制时所用砂子不宜太粗，一般为中细砂。水泥可用不低于32.5R等级的普通硅酸盐水泥。温度高时，涂抹3～4h后即需洒水养护，注意苫盖，避免阳光直射。冬季应注意保温，切不可受冻，所抹的水泥砂浆受冻后轻则强度降低，重则报废。

2.防水快凝砂浆涂抹

迎水面的渗水口可用防水快凝砂浆涂抹。防水快凝砂浆是在水泥砂浆内加入防水剂（同时又是快凝剂），以达到速凝和提高防水性能的目的。防水剂多采用成品，也可以自行配制。防水快凝灰浆和砂浆的配比可参考表3-1。

防水快凝灰浆和砂浆的配制，先将水泥（或水泥与砂）加水拌匀，然后将防水剂注入并迅速搅拌均匀，立即用铁抹刮涂在混凝土面上并压实抹光。由于快凝灰浆或砂浆凝固快，使用时应随拌随用，一次拌量不宜过多。

涂抹工艺：先将裂缝凿成深约2cm、宽约20cm的毛面，清洗干净并保持表面湿润，然后在其上涂刷一层防水快凝灰浆（厚度约1mm），硬化后即涂抹一层防水快凝砂浆（厚度0.5～1.0cm），再抹一层防水快凝灰浆，又抹一层防水快凝砂浆，直至与原混凝土面齐平为止。

3.环氧砂浆涂抹

对通过高速水流的混凝土表面的龟裂或受温度变化影响的裂缝可涂抹环氧砂浆。环氧砂浆具有强度高、抗冲耐磨的性能，一般需在现场配制。用于修补混凝土裂缝的环氧砂浆配合比见表3-2。

环氧砂浆一般配制工艺为：将环氧树脂加热熔化后加入增韧剂与稀释剂并搅拌均匀，然后加入固化剂搅拌均匀形成环氧基液，最后将环氧基液加入细填料中搅拌均匀即得环氧砂浆。

涂抹前沿裂缝凿槽，槽深0.5～1.0cm，用钢丝刷洗刷干净，保证槽内无油污和灰尘。经预热后再涂抹一层环氧基液，厚0.5～1.0mm，再在环氧基液上涂抹环氧砂浆，使其与原建筑物表面齐平，然后覆盖塑料布并压实。

（二）表面贴补

表面贴补就是用黏结剂把橡皮或其他材料粘贴在裂缝的表面，以防止沿裂缝渗漏，达到封闭裂缝并适应裂缝的伸缩变化的目的。一般用来处理建筑物水上部分或背水面裂缝。

1.橡皮贴补

橡皮贴补所用材料主要有环氧基液、环氧砂浆、水泥砂浆、橡皮、木板条或石棉线等。环氧基液、环氧砂浆的配制与涂抹用环氧砂浆相同。水泥砂浆的配比一般为水泥：砂在1：0.8～1：1，水灰比不超过0.55，橡皮厚度一般以采用3～5mm为宜，板条厚度以5mm为宜。施工工艺如图3-1所示。

（1）沿裂缝凿深2cm、宽14～16cm的槽并冲洗干净。

（2）在槽内涂一层环氧基液，随即用水泥砂浆抹平并养护2～3d。

（3）将准备好的橡皮进行表面处理，一般放浓硫酸中浸5～10min，取出冲洗晾干。

图3-1 橡皮贴补裂缝（单位：cm）

1—原混凝土；2、4—环氧砂浆；3—橡皮；5—水泥砂浆；6—板条；7—裂缝

（4）在水泥砂浆表面刷一层环氧基液，然后沿裂缝方向放一根木板条，按板条厚度涂抹一层环氧砂浆，接着将粘贴面刷有一层环氧基液的橡皮片贴到环氧砂浆上，注意铺贴时要用力均匀压紧，直至环氧砂浆从橡皮边缘挤出为止。

（5）侧面施工时，为防止橡皮滑动或环氧砂浆脱落，需设支撑加压。待环氧砂浆固化后，可将支撑拆除。为防止橡皮老化，可在橡皮表面刷一层环氧基液，再抹一层环氧砂浆保护。

用橡皮贴补，也可在缝内嵌入石棉线来代替木板条，施工工艺基本相同，只是取消了水泥砂浆层。在实际工程中，也有用氯丁胶片、塑料片代替橡皮的，施工方法相同。

2.玻璃布贴补

玻璃布的种类很多，一般采用无碱玻璃纤维织成，它具有耐水性能好、强度高等特点。

玻璃布在使用前，必须去除油脂和蜡，以便在粘贴时有效地与环氧树脂结合。去除玻璃布油蜡的方法有两种：一种是加热蒸煮，即将玻璃布放置在碱水中煮0.5～1h，然后用清水洗净；另一种是先加热烘烤再蒸煮，即将玻璃布放在烘烤炉上加温到190～250℃，使油蜡燃烧，然后将玻璃布放在浓度为2%～3%的碱水中煮沸约30min，之后取出洗净晾干。

玻璃布粘贴前，需先将混凝土表面凿毛，并冲洗干净，若表面不平，可用环氧砂浆抹平。粘贴时，先在粘贴面上均匀刷一层环氧基液，然后将玻璃布展开放置并使之紧贴在混凝土面上，再用刷子在玻璃布面上刷一遍环氧基液，使环氧基液浸透玻璃布，接着再在玻璃布上刷环氧基液，按同样方法黏贴第二层玻璃布，但上层应比下层玻璃布稍宽1～2cm，以便压边。一般粘贴2～3层即可，如图3-2所示。

图3-2 玻璃布粘贴示意图（单位：cm）

1—玻璃布；2—环氧基液；3—裂缝

（三）凿槽嵌补

凿槽嵌补是沿裂缝凿一条深槽，槽内嵌填各种防水材料，以堵塞裂缝和防止渗水。这种方法主要用于对结构强度没有影响的裂缝处理。

沿裂缝凿槽，槽的形状可根据裂缝位置和填补材料而定，一般有如图3-3所示的几种形状。

图3-3 缝槽形状和尺寸（单位：cm）

V形槽多用于竖直裂缝；形槽多用于水平裂缝；形槽多用于顶面裂缝及有渗水的裂缝；形槽则均能适用以上三种情况。

槽的两边必须修理平整，槽内要清洗干净。

嵌补材料的种类很多，有聚氯乙烯胶泥、沥青材料、环氧砂浆、预缩砂浆和普通砂浆等。

嵌补材料的选用与裂缝性质、受力情况及供货条件等因素有关。因此，材料的选用需经全面分析后再确定。对已稳定的裂缝，可采用预缩砂浆、普通砂浆等脆性材料嵌补；对缝宽随温度变化的裂缝，应采用弹性材料嵌补，如聚乙烯胶泥、沥青材料等；对受高速水流冲刷或需结构补强的裂缝，则可采用环氧砂浆嵌补。

1.沥青材料嵌补

沥青材料嵌补分为沥青油膏嵌补、沥青砂浆嵌补和沥青麻丝嵌补三种。

（1）沥青油膏嵌补。施工时，先在槽内刷一层沥青漆，然后用专用工具将油膏嵌入槽内压实，使油膏面比槽口低1～2cm，再用水泥砂浆抹平保护，注意在嵌补前要注意槽内干燥。

（2）沥青砂浆嵌补。由沥青、砂子及填充材料制成。砂的粒径一般不大于2mm，沥青砂浆配合比（重量比）为60号油沥青：砂：水泥=1：4：1或1：4：1.13。配制沥青砂浆时，应控制沥青加热温度180～200℃，并注意加料顺序。

施工时，先在槽内刷一层沥青，然后将沥青砂浆倒入槽内，立即用专用工具摊平压实。要逐层填补，随填料随压紧，当沥青砂浆面比槽口低1～1.5cm时，用水泥砂浆抹平保护。注意：沥青砂浆一定要在温度较高的情况下施工，否则容易变硬，不易操作。

（3）沥青麻丝嵌补。其操作方法是将沥青加热熔化，然后将麻丝或石棉绳放入沥青浸煮，待麻丝或石棉绳浸透后，用铁钳夹放入缝内，并用凿子插紧，嵌填时，要逐层将其嵌入缝内，填好后，用水泥砂浆封面保护。

2.聚氯乙烯胶泥嵌补

聚氯乙烯胶泥具有良好的防水性、弹塑性、温度稳定性及与混凝土的黏结性，而且价格低、原料易得、施工方便，目前主要用于水工建筑物水平面或缓坡上裂缝的修补。

施工时，在槽内先填一层预缩砂浆，砂浆表面干燥后，用煤焦油与二甲苯为1：4的混合料刷一层，干燥后即嵌填聚乙烯胶泥，填至与凿毛面齐平为准。胶泥完全冷却后，再在凿毛面上涂抹一层厚1～2mm的水泥浆，然后用1：1水泥砂浆填至与混凝土面齐平并抹光。

3.预缩砂浆嵌补

预缩砂浆是经拌和好之后再归堆放置30～90min才使用的干硬性砂浆。拌制良好的预缩砂浆，具有较高的抗压、抗拉强度，其抗压强度可达29.4～34.3MPa，抗拉强度可达2.45～2.74MPa，与混凝土的黏结强度可达1.67～2.16MPa。因此，采用预缩砂浆修补处于水流高速区混凝土的表面裂缝，不仅强度和平整度可以得到保证，而且收缩性小、成本低廉、施工简便，可获得较好效果。当修补面积较小或工程量较小时，如无特殊要求，可优先选用预缩砂浆嵌补。

拌制预缩砂浆的水泥以采用与原混凝土同品种新鲜水泥为原则，如没有原用的水泥品种，可按混凝土强度要求选用。砂料用1.6mm孔径的筛子过筛，其细度模数为1.8～2.0，水灰比为0.3～0.34，灰砂比为1：2～1：2.5，并掺入水泥质量1／10000左右的加气剂。

预缩砂浆拌制是：先将称量好的砂、水泥混合搅拌均匀，再掺入加气剂的水溶液翻拌3～4次（此时砂浆仍为松散体，不是塑性状态），归堆放置30～90min，使其预先收缩后即可使用。水灰比应根据天气、气温、通风情况等因素适当调整。现场鉴定砂浆含水量的方法是，用手能将砂浆握成团状，手上有潮湿而又无水析出为准。由于加水量少，要注意水分均匀分布，防止阳光照射，避免出现干斑而降低砂浆质量。

修补时，先将修补部位的损坏混凝土清除，并凿毛、清洗，使边缘最小深度大于2cm即可铺填预缩砂浆。

在铺填预缩砂浆之前，先涂一层厚1mm的水泥浆，其水灰比为0.45～0.50，然后填入预缩砂浆，分层用木锤捣实，直至表面出现少量浆液为止。每次铺料层厚4～5cm，捣实后为2～3cm。层与层之间应用钢丝刷或竹刷刷毛，以加强层间结合，否则会产生成层脱壳现象。最后一层的表面必须用铁抹反复压实抹光，并与原混凝土接头平顺密实。在侧面施工时，要架立模板，应分层立模，分层铺填，注意一次加入量不要过多，且要振捣密实。在铺填完成后的4～8h内应有专人养护，最好用塑模覆盖。待强度达到约50MPa时，应用小锤敲击检查，若声音清脆，则质量良好；如有沙哑声，则为脱壳或结合不良，须凿除重填。

（四）喷浆修补

喷浆修补是将水泥砂浆通过喷头高压喷射至修补部位，以达到封闭裂缝和提高建筑物表面耐磨抗冲能力的目的。喷浆用于混凝土修补工程具有以下特点：喷浆修补采用较小的水灰比，从而可达到较高的强度和密实性，具有较高的耐久性。可省去较复杂的运输、浇筑及骨料加工等设备，简化了施工工艺，提高了施工工效，可用于不同规模的修补工程。但是，由于水泥消耗较多，层薄且不均匀等问题，易产生裂缝，影响耐久性，从而限制了它的使用范围，因此须严格控制砂浆的质量和施工工艺。

根据裂缝的部位、性质和修理要求，可以分别采用挂网喷浆或挂网喷浆与凿槽嵌补相结合的方法。

1.挂网喷浆

挂网喷浆所采用的材料主要有水泥、砂、钢筋、钢丝网、锚筋等。通常采用32.5R～42.5R的普通硅酸盐水泥，砂料粒径0.35～0.5mm，钢筋网由直径4～6mm钢筋做成，网格尺寸为100mm×100mm～150mm×150mm，结点焊接；如果采用直径l～3mm钢丝做钢丝网，尺寸为50mm×50mm～60mm×60mm及10mm×10mm～20mm×20mm，结点可编结或扎结，锚筋通常采用10～16mm钢筋。灰砂比根据不同部位喷射方向和使用材料，通过试验决定。水灰比一般采用0.3～0.5。

喷浆设备主要包括喷浆机、干料拌和机、带式输送机、喷头、水箱、空气压缩机和空气滤清器。喷浆系统布置如图3-4所示。

图3-4 喷浆系统布置图

1—空气压缩机；2—储气罐；3—空气滤清器；4—灌浆机；5—水箱；6—带式输送机；7—拌和机；8—喷头；9—堆料处；10—输料、输气和输水软管

喷浆工艺流程如下：

（1）喷浆前，将受喷面凿毛冲洗干净，并进行钢筋网的制作和安装，钢筋网应加设锚筋，一般5～10个网格应有一锚筋，锚筋埋设孔深一般为15～25mm。为使喷浆层与基面结合良好，钢筋网应离开受喷面15～25mm。

（2）喷浆前对受喷面洒水，保持湿润状态。

（3）喷浆前还应准备充足的砂子和水泥，并均匀拌和好。

（4）喷浆时应控制好气压和水压并保持稳定。喷浆压力应控制在0.25～0.40MPa。

（5）喷头操作。喷头与受喷面要保持适宜的距离，一般为80～120cm，过近会吹掉砂浆，过远会使气压损失，黏着力降低，影响喷浆强度。喷头一般应与受喷面垂直，这样可以使喷射物集中，减少损失，增强黏结力。若遇特殊情况时，可按大于70°的角度进行喷射。

（6）喷层厚度控制。当喷浆层较厚时，为防止砂浆流淌或因自重坠落等现象，可分层喷射。一次喷射厚度一般不宜超过下列数值：仰喷时为20～30mm；侧喷时为30～40mm；俯喷时为50～60mm。

（7）喷浆工作结束2h后即应进行无压洒水养护，养护时间一般需14～21d。

2.挂网喷浆与凿槽嵌补相结合

挂网喷浆与凿槽嵌补相结合的施工流程为：凿槽→打锚筋孔→凿毛冲洗→固定锚筋→填预缩砂浆→涂抹冷沥青胶泥→焊接架立钢筋→挂网→被喷面冲洗湿润→喷浆→养护。

施工工艺为：先沿缝凿槽，然后填入预缩砂浆使之与混凝土面齐平并养护，待预缩砂浆达到设计强度时，涂一薄层沥青漆，待0.5h后，再涂冷沥青胶泥。冷沥青胶泥由60号沥青、生石灰、水按40：10：50的比例并与15%的砂（粒径小于1mm）配制而成。冷沥青胶泥总厚度1.5～2.0cm，分3～4层涂抹。待冷沥青胶泥凝固后，挂网喷浆，如图3-5所示。

图3-5 挂网喷浆与凿槽嵌补相结合示意图（单位：cm）

1—预缩砂浆；2—冷沥青胶泥；3—钢丝网；4—水泥砂浆喷层；5—裂缝；6—锚筋

五、混凝土坝裂缝的内部处理

混凝土坝贯穿性裂缝或内部裂缝常用灌浆方法处理，其施工方法通常为钻孔灌浆。灌浆材料一般采用水泥或化学材料，可根据裂缝的性质、开度以及施工条件等具体情况选定。对于开度大于0.3mm的裂缝，一般可采用水泥灌浆；对于开度小于0.3mm的裂缝，宜采用化学灌浆；对于渗透流速大于600m／d或受温度变化影响的裂缝，则不论其开度如何，均宜采用化学灌浆处理。

1.水泥灌浆

有关水泥灌浆的施工工艺问题，可参考有关水利工程施工类教材文献中的灌浆内容。这里需要强调的是对钻孔孔向的要求（图3-6），除骑缝浅孔外，不得顺裂缝钻孔，钻孔轴线与裂缝面的交角一般应大于30°，孔深应穿过裂缝面0.5m以上。如果钻孔为两排或两排以上，应尽量交错或呈梅花形布置。钻进过程中，若发现有集中漏水或其他异常现象，应立即停钻，查明漏水高程，并进行灌浆处理后，再行钻进。钻进过程中，对孔内各种情况，如岩层及混凝土的厚度、涌水、漏水、洞穴等均应详细记录。钻孔结束后，孔口应用木塞塞紧，以防污物进入。

2.化学灌浆

化学灌浆材料具有较高的黏结强度，且具有一定的弹性，对于恢复建筑物的整体性及对伸缩缝的处理，效果较好。

化学灌浆的施工程序为：钻孔→压气（或压水）检验→止浆→试漏→灌浆→封孔→检查。

图3-6 钻孔布置方式

1—骑缝孔；2—斜孔；3—裂缝

化学灌浆的技术方法可参见施工技术课程的相关内容。

随着各种大型工程和地下工程的不断兴建，化学灌浆材料得到了越来越广泛的应用。但化学灌浆费用较高，一般情况下应首先采用水泥灌浆，在达不到设计要求时，再用化学灌浆予以辅助，以获得良好的技术经济指标。此外，化学浆液材料都有一定的毒性，对人体健康不利，还会污染水源，在运用过程中要十分注意。