大溫差氣候條件下大壩基礎混凝土裂縫成因及處理

郭志強

(中國葛洲壩集團第六工程有限公司，云南昆明 650000)

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大溫差氣候條件下大壩基礎混凝土裂縫成因及處理

郭志強

(中國葛洲壩集團第六工程有限公司，云南昆明 650000)

【摘要】藏木水電站地處高寒高海拔地區，年平均氣溫在8℃左右，最暖月平均氣溫超過15℃，全年有10個月平均氣溫在0℃以上。但晝夜溫差較大，夜間氣溫能跌落至負溫，晝間又回升到20℃以上。通過對藏木水電站大壩基礎混凝土裂縫成因從溫度、壩基地質缺陷、長間歇期、固結灌漿等方面分析、針對不同裂縫采取相應處理措施以及后續裂縫張開度的跟蹤監測，為大溫差氣候條件下的大壩基礎混凝土裂縫處理積累寶貴經驗。

【關鍵詞】大溫差；大壩基礎；裂縫；成因；處理

1工程氣候概況

藏木水電站位于高原溫帶季風半濕潤氣候地區。

加查氣象站(測站高程3 260.0 m)位于藏木水電站壩址下游約15 km處。根據該站1978～2004年實測資料統計，多年平均氣溫9.2℃, 極端最高氣溫和極端最低氣溫分別為 32.0℃和-16.6℃；多年平均年降水量為540.5 mm，日最大降水量51.3 mm；多年平均相對濕度51%；多年平均風速為1.6 m/s，歷年最大風速為19 m/s，相應風向SE；多年平均蒸發量為2 075.2 mm。

2大壩基礎混凝土裂縫成因分析

藏木水電站為我國在西藏地區建設的首座大型水電站，當地自然氣候條件惡劣，晝夜溫差大，冬期極端氣溫低，且與西藏其他基建項目不同，施工過程中無冬歇期。由于無類似工程經驗可供借鑒，不可預見困難大，大壩施工過程中受溫度影響，產生部分溫度裂縫。對于右岸大壩基礎混凝土施工，因其處于強約束區部位，且藏木水電站所處地區為高寒地區，氣候環境惡劣，因此導致部分倉位混凝土施工過程中出現了裂縫。經分析產生裂縫的主要原因是外部惡劣的自然環境造成的，在每個裂縫出現后，為防止裂縫進一步發育擴大，均對每條裂縫進行了處理。

2.1大壩基礎混凝土裂縫性狀特征

從大壩基礎混凝土的強約束區、大壩基礎固結灌漿、長間歇期以及大壩混凝土溫控等角度出發，就藏木水電站右岸大壩基礎倉面出現的混凝土裂縫大致歸納為以下幾類，具體每種裂縫的性狀特征如下。

(1)第一類裂縫性狀特征：裂縫在大壩倉面上呈45°對角線斜向發展，表面縫寬約為0.4～0.5 mm，裂縫長2～10 m。經現場鉆孔取芯及壓水試驗，可判定該處裂縫深度約為50～60 cm。

(2)第二類裂縫性狀特征：裂縫垂直水流方向延伸，從壩段之間橫縫延伸至該壩段中部，與地質缺陷深挖槽開口線基本重合。表面縫寬約為0.1～0.3 mm，長度約10～20 m。經現場鉆穿縫孔進行通風檢測，在縫深20 cm處存在透風現象，在縫深30 cm處已無透風現象，判定該類裂縫深度約為20～30 cm，屬于溫度淺表裂縫。

(3)第三類裂縫性狀特征：裂縫順壩軸線方向延伸，貫穿倉位混凝土寬度，表面縫寬約為0.2～0.6 mm，長度約10～20 m。經現場鉆穿縫孔進行通風檢測，在縫深1 m處存在透風現象，在縫深1.2 m處已無透風現象，初步判定該類裂縫深度約為1 m。

2.2大壩基礎混凝土裂縫產生原因

(1)藏木電站所處地區夏季白天溫度高，太陽輻射強，晚上溫度低，晝夜溫差過大，可達20℃以上。大溫差的惡劣條件是裂縫產生的主要原因。

(2)部分倉位，如9#壩段、16#壩段等長寬比較大，也是容易形成裂縫的原因之一。

(3)右岸大壩壩基地質缺陷多，斷層、擠壓帶、裂隙等較多，整個建基面刻槽較多，也是裂縫形成的原因之一。

(4)大部分裂縫均位于固結灌漿施工作業面，灌漿施工也可能是形成裂縫的原因之一。

(5)大壩倉面裂縫主要發生在2012年6月至10月期間，正是夏季，晝夜溫差大，處于大壩基礎強約束區，也大都位于固結灌漿施工倉面，且裂縫均為壩體內部倉面裂縫，均屬于溫度裂縫。

3大壩基礎混凝土裂縫處理

3.1大壩基礎混凝土裂縫處理措施

(1)對裂縫進行鑿槽處理，鑿槽尺寸20 cm×20 cm，用預縮砂漿進行嵌縫處理，且在槽內埋設并縫φ100半圓鋼管。

(2)在裂縫兩側鉆斜孔，預埋灌漿管(灌漿管采用φ32黑鐵管插入孔內20 cm長)，待在兩個壩段上一層混凝土澆筑后分別進行化學灌漿。鉆孔采用YT-28手風鉆進行施工，孔徑φ42，孔間距1 m，在裂縫兩側交錯進行布置。鉆孔傾角為75°。造孔完成后，孔內預埋φ32黑鐵管，引至下一層混凝土收倉面上，再進行化學灌漿。

(3)在裂縫處設置限裂鋼筋網，主筋(φ32)垂直跨縫布置，間距20 cm，縫兩側各2.25 m，單根長4.5 m，分布筋(φ28)沿裂縫布置，間距20 cm。

(4)在大壩倉面裂縫兩側布置化學灌漿管，并將所有預埋化學灌漿管路先引至附近廊道內，在壩體溫度冷卻至穩定溫度后，對倉面裂縫采取化學灌漿措施進行處理。化學灌漿采用CH環保高強環氧灌漿材料進行。以9#壩段裂縫為例，其處理措施見圖1、圖2。

圖1　裂縫灌漿孔位平面布置

(a)1號灌漿孔位剖面　　　　　(b)2號灌漿孔位剖面　　　　　(c)3號灌漿孔位剖面

(d)刻槽施工示意　　　　　(e)限裂鋼筋布置示意　　　　圖2　裂紋處理剖面

3.2大壩基礎混凝土裂縫預防措施

結合以往發生的裂縫，為避免后續施工倉位再次出現裂縫，對后續施工倉位采取增設了限裂鋼筋的預防措施，并取得了良好的效果。

(1)對灌漿層面上的9#壩段下游塊、16#、17#壩段等長寬比較大的部位，以及類似于14#、15#壩段中間塊與上游塊合倉時，也應在中間部位、接縫部位布置限裂鋼筋，鋼筋網按主筋φ32@200，輔筋φ28@200。

(2)在固結灌漿層面的收倉面以下10 cm左右設置限裂鋼筋，鋼筋配置為φ10@200×200。

(3)為了避免在后續的大壩混凝土施工過程中再出現此類裂縫，進一步加強混凝土表面及側面的養護，保持其持續性濕潤。嚴格控制最高溫度峰值過后最大日降溫速率小于或等于0.5℃/d，同時在通水過程中根據混凝土內部溫度對通水溫度進行相應調整，確保通水溫度與混凝土溫度相差不大于20℃。

(4)進一步加強混凝土的養護及保溫，固結灌漿混凝土面上采用蓄水養護，氣溫驟降期間采用覆蓋保溫被養護。

(5)在低塊與高塊混凝土合倉時，中間接縫部位布置限裂鋼筋網。

4大壩基礎混凝土裂縫監測

針對大壩基礎混凝土裂縫，為跟蹤處理后裂縫閉合情況，對出現混凝土裂縫的大壩基礎倉位布置裂縫測縫計，裂縫測縫計開合度監測成果顯示：混凝土裂縫張開度最大值為0.62 mm(JB11增-4)，主要發生在安裝初期。化學灌漿完成后，混凝土裂縫均處于閉合或接觸狀態，各測縫計過程線平穩。

5結束語

藏木水電站大壩混凝土基礎裂縫成因從溫度、壩基地質缺陷、長間歇期、固結灌漿等方面分析、針對不同裂縫采取相應處理措施。通過在高海拔高寒大溫差氣候條件下，對藏木水電站大壩基礎混凝土裂縫成因的分析以及裂縫處理技術的應用，不僅為大溫差氣候下大壩基礎混凝土裂縫預防和處理提出了寶貴的經驗，同時也對大壩基礎混凝土施工提供了寶貴經驗。

參考文獻

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[5]李靜旭.李忠強.淺析水工混凝土建筑物裂縫的成因及處理[J].中國科技信息，2007(14):56.

[作者簡介]郭志強(1987～)，男，學士，助理工程師，主要從事水利水電施工技術管理。

【中圖分類號】TU755.7

【文獻標志碼】B

[定稿日期]2015-11-17