大勐統(tǒng)水電站混凝土拱壩裂隙成因分析及處理

羅興華

(福建安瀾水利水電勘察設(shè)計院有限公司,福建 龍巖 364000)

大勐統(tǒng)水電站混凝土拱壩裂隙成因分析及處理

羅興華

(福建安瀾水利水電勘察設(shè)計院有限公司,福建 龍巖 364000)

對混凝土裂縫進(jìn)行控制是一項綜合技術(shù)，必須通過設(shè)計、施工、監(jiān)理以及使用等方面的配合。文章主要分析水電站混凝土拱壩裂縫的成因，并在此基礎(chǔ)上借鑒其他裂縫修補工程的成功經(jīng)驗，對裂縫的修補措施進(jìn)行分析探討，最后提出了水電站混凝土拱壩裂縫的幾點控制措施。

水電站；混凝土拱壩；裂隙成因分析與控制；裂隙處理

0 引 言

就目前而言，我國建成的很多水電站混凝土拱壩都會出現(xiàn)裂隙現(xiàn)象，例如永德縣的大勐統(tǒng)水電站。據(jù)調(diào)查，壩區(qū)2012年1月中旬有一個明顯降溫過程，特別是本月17日下冰雹、18日下雪，造成壩址區(qū)溫度驟降約10℃以上。由于水庫還未蓄水，經(jīng)計算，當(dāng)空庫時氣溫驟降，溫度應(yīng)力較大，局部拉應(yīng)力超標(biāo)，因此造成大壩出現(xiàn)裂縫。根據(jù)這個工程實例，文章主要對混凝土拱壩的裂隙成因和控制進(jìn)行分析及處理方案的探討。

1 工程概況

大勐統(tǒng)水電站位于永德縣與昌寧縣交界的大勐統(tǒng)河干流上，壩址控制流域面積1676.2km2，屬中型Ⅲ等工程，大壩為3級建筑物。壩址基巖裸露，巖性為中三疊統(tǒng)關(guān)嶺組三段(T2gc)中厚層狀灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r夾薄層白云巖，巖層陡傾上游。大壩為雙曲拱壩，壩頂高程875.0m，最大壩高57.70m，壩頂外緣弧長183.59m，采用C15細(xì)骨料混凝土砌毛塊石不分縫砌筑。2013年1月21日，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)大壩右岸自壩基844.5m高程至施工作業(yè)面862.5m高程上、下游面均出現(xiàn)垂直裂縫，估計上、下游壩體已形成通縫。經(jīng)過對大壩裂隙成因進(jìn)行分析和計算制定方案成功處理裂縫使大壩如期竣工并安全運行至今。

2 裂縫成因

混凝土拱壩產(chǎn)生裂縫的原因有很多，而且種類和形式也很多。要解決此類問題，需要對其原因進(jìn)行分析，有針對性的入手進(jìn)行解決。

2.1 裂縫成因分析

2.1.1 設(shè)計原因

混凝土拱壩產(chǎn)生裂縫的原因有設(shè)計原因，主要是因為在設(shè)計過程中結(jié)構(gòu)斷面突變產(chǎn)生應(yīng)力，而產(chǎn)生的應(yīng)力過于集中使構(gòu)件產(chǎn)生裂縫；另外，設(shè)計時沒有準(zhǔn)確的做好構(gòu)件預(yù)應(yīng)力估計，導(dǎo)致構(gòu)件出現(xiàn)裂縫，主要原因還是應(yīng)力和偏心力過大；此外，設(shè)計時鋼筋配置量少，或者配置的鋼筋太粗造成的構(gòu)件裂縫，比如樓板、墻板等；除此之外，設(shè)計時沒有考慮到混凝土構(gòu)件會產(chǎn)生收縮變形的情況，或者采用混凝土等級太高，用灰量過大，不利于混凝土收縮，產(chǎn)生裂縫[1]。

2.1.2 材料

在材料方面,①由于集料的含泥量過多,使得混凝土收縮過大。或者是集料顆粒配比不良以及不恰當(dāng)級配造成混凝土收縮過大，導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生；②骨料粒徑太小，針片含量太大，混凝土用水量、用灰量多，增大了混凝土收縮量；③混凝土摻和料、外加劑選擇出錯，或者是摻入量不符合標(biāo)準(zhǔn)，造成混凝土收縮增大；④普通硅酸鹽水泥沒有礦渣硅酸鹽水泥的收縮量大，而且礬土水泥和粉煤灰水泥相比搜索紙比較小，快硬性水泥的數(shù)量又比較大，可能是由于水泥品種的原因引起的裂縫；⑤由于水泥等級太高，粒徑太細(xì)，造成混凝土裂縫。或者設(shè)計是混凝土的強(qiáng)度等級過高，混凝土的脆性又太大，造成混凝土結(jié)構(gòu)開裂。

2.1.3 混凝土配合比設(shè)計

在混凝土的配合比設(shè)計方面，①主要是水泥品種或等級選擇不當(dāng)；②在進(jìn)行混凝土配比時，水膠比過大；③單方水泥用量過多，用水量過大，使得混凝土坍落度大，泥漿體積大，混凝土收縮量增大；④在進(jìn)行混凝土配比時，水灰比、含砂率選擇不當(dāng)，使得混凝土的和易性較差，造成混凝土發(fā)生泌水、離析現(xiàn)象，增大了混凝土收縮值；⑤在進(jìn)行混凝土膨脹劑配比時，摻入量選擇出錯[2]。

2.1.4 施工及現(xiàn)場養(yǎng)護(hù)原因

在混凝土施工和養(yǎng)護(hù)方面，①在進(jìn)行混凝土澆筑和振搗時，出現(xiàn)過度振搗、漏振、振搗操作不當(dāng)?shù)默F(xiàn)象，對混凝土的均勻性和密實性產(chǎn)生影響，使得混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫；②混凝土澆筑距離過高，風(fēng)速太大，環(huán)境溫度太高，使得混凝土的收縮量增大；③這類型工程屬于大體積混凝土澆筑工程，可能沒有進(jìn)行第二次抹面，表面收縮產(chǎn)生裂縫；④在澆注過程中，用水量計算出錯，混凝土保溫作業(yè)不規(guī)范，使得混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)外產(chǎn)生溫差，引發(fā)混凝土裂縫；⑤養(yǎng)護(hù)作業(yè)不規(guī)范，混凝土發(fā)生脫水現(xiàn)象，出現(xiàn)裂縫；⑥模板拆除操作不規(guī)范，出現(xiàn)拆模過早的情況，引發(fā)裂縫；⑦現(xiàn)場預(yù)應(yīng)力張拉出現(xiàn)偏心、超張等情況，引發(fā)混凝土結(jié)構(gòu)裂縫。

2.1.5 使用原因(外界因素)

在使用方面，①因為混凝土結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)不均勻，出現(xiàn)沉降裂縫；②負(fù)荷過大，出現(xiàn)裂縫；③隨意拆除鑿洞、承重墻等，造成混凝土裂縫；④混凝土構(gòu)筑物受到腐蝕，造成裂縫；⑤輕度地震、意外火災(zāi)、意外事件等造成裂縫。

2.2 該工程裂縫成因

據(jù)調(diào)查，壩址2012年1月中旬有一個明顯降溫過程，特別是本月17日下冰雹、18日下雪，造成壩址區(qū)溫度驟降約10℃以上。由于水庫還未蓄水，經(jīng)計算，當(dāng)空庫時氣溫驟降，溫度應(yīng)力較大，局部拉應(yīng)力超標(biāo)，因此大壩出現(xiàn)裂縫主要原因是氣溫驟降造成的。溫度裂縫的產(chǎn)生一般不致影響大壩穩(wěn)定，但有可能產(chǎn)生滲漏。為了防止混凝土拱壩重新分配之后的局部應(yīng)力過于集中，造成新裂縫，需要對裂縫進(jìn)行及時修補。修補的時間最好是在冬季。大壩修補后宜盡快蓄水，避免水庫長期空庫運行。

3 裂縫修補措施

3.1 裂縫修補

借鑒福建省連城縣龍?zhí)端畮旒敖魇∪鸾鹗兄榭踊炷凉皦纬晒Φ男扪a經(jīng)驗，主要采用內(nèi)部補強(qiáng)灌漿施工技術(shù)，防止裂縫擴(kuò)張，提高拱壩承載能力。以下是具體方法：

1)在大壩上游側(cè)、大壩作業(yè)面、下游側(cè)騎縫布設(shè)灌漿孔，孔距2.0m；

2)大壩上、下游側(cè)鉆孔深度1.5m，采用風(fēng)鉆鉆孔，鉆孔孔徑均為φ42mm；

3)在壩面適當(dāng)位置采用回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)造孔2個，孔徑φ91mm，孔深以不穿過壩體為宜；

4)灌漿材料：采用42.5R水泥，摻5%的氧化鎂微膨漲劑；

5)漿液濃度：按先稀后濃的漿液比例進(jìn)行灌漿，開灌比例8 ：1，視灌漿情況逐級加濃；

6)灌漿壓力：采用0.3MPa灌漿壓力進(jìn)行灌漿；

7)灌漿順序：先上游縫后下游縫，最后是壩面縫，自下而上逐孔施灌。

3.2 溫度控制

大體積混凝土施工，最主要的是控制其里面的溫度，如果里面的溫度散不出來，造成溫度過高，就影響了混凝土強(qiáng)度：控制方法通常如下：

1)分層分次澆筑，等下層混凝土終凝后，再澆筑上層混凝土；

2)在大體積混凝土里面安裝降溫水管，通過水管流水對混凝土里面進(jìn)行降溫；

3)澆筑好的混凝土用水浸泡養(yǎng)護(hù)；

4)在大體積混凝土上預(yù)留測溫孔，以觀測里面的溫度，便于隨時調(diào)整養(yǎng)護(hù)情況。

4 水電站混凝土拱壩裂縫的控制途徑

4.1 設(shè)計方面

設(shè)計中的‘抗’與‘放’。在設(shè)計方面，①應(yīng)做好“抗”和“放”的工作，在進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計時，必須處理好這兩者之間的關(guān)系，處理好混凝土結(jié)構(gòu)的約束狀態(tài)，使之沒有變形余地，防止產(chǎn)生裂縫。此外，也應(yīng)適當(dāng)?shù)姆潘苫炷两Y(jié)構(gòu)的約束，使其能適當(dāng)變形。相關(guān)設(shè)計人員應(yīng)做到這兩者的綜合運用，從而進(jìn)行方案選擇和材料選擇；②必須保證混凝土結(jié)構(gòu)的斷面在突變的情況下不會帶來應(yīng)力過于集中的問題。比如混凝土構(gòu)造等原因引起的斷面突變，所以必須做好相應(yīng)的措施；③采取補償收縮混凝土技術(shù)。大多數(shù)的混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫都是因為混凝土收縮的原因，因此可以在混凝土中摻入適量的膨脹劑，對混凝土收縮進(jìn)行補償；④對鋼筋的配置應(yīng)根據(jù)設(shè)計要求進(jìn)行；⑤可將混凝土強(qiáng)度值設(shè)計為60d齡期的混凝土強(qiáng)度，并減少相應(yīng)的用灰量，采用其他有效的摻合料。

4.2 混凝土配比以及材料選擇設(shè)計

在混凝土材料選擇以及配合比設(shè)計方面，①進(jìn)行混凝土等級、材料選擇、水泥品種選擇時，必須根據(jù)結(jié)構(gòu)的實際要求，大多采用早強(qiáng)的水泥；②原材料選擇時，盡量選擇級配較高的砂、石，含泥量不宜過多；③適當(dāng)采用外加劑和摻合料。外加劑可使水泥用量、水化熱降低，提高混凝土性能，同時還能降低混凝土成本；④選擇膨脹劑時，必須考慮到其摻入量以及品種不同時帶來的影響，并提前做好試驗，確定參入量；⑤原材料配比設(shè)計人員必須了解施工現(xiàn)場的操作水平、澆搗工藝以及構(gòu)件截面等，對混凝土坍落度進(jìn)行合理設(shè)計，合理調(diào)整原材料的配合比，并指導(dǎo)養(yǎng)護(hù)工作。

4.3 現(xiàn)場操作方面

在現(xiàn)場操作方面，①在進(jìn)行混凝土澆搗工作時，振搗作業(yè)盡量快插慢拔，并了解混凝土坍落度，掌握好振搗作業(yè)時間，并且盡量進(jìn)行二次振搗、二次抹面，避免澆筑之后的混凝土產(chǎn)生離析、泌水現(xiàn)象；②針對混凝土的養(yǎng)護(hù)作業(yè)，在早期養(yǎng)護(hù)作業(yè)中，應(yīng)盡量避免混凝土收縮。可通過流水或蓄水進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，控制混凝土構(gòu)件的濕潤度，并控制好養(yǎng)護(hù)時間；③做好混凝土保溫和降溫工作，要注意的是水化熱問題，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)慕禍卮胧热缤ㄋ艧帷⒙裨O(shè)散熱孔。在混凝土澆搗成型之后，可采用蓄水保溫方法，在混凝土表面覆蓋濕麻袋、薄膜，對混凝土進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，防止混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生溫度裂縫；④下雨刮風(fēng)時不能進(jìn)行混凝土澆灌；⑤回填土應(yīng)盡量減少，以減少對裂縫的影響；⑥在夏季進(jìn)行混凝土澆搗時，應(yīng)進(jìn)行低溫養(yǎng)護(hù)，并降低模板溫度，若有必要可食用冰塊，降低原材料溫度[3]。

5 結(jié) 語

對混凝土裂縫進(jìn)行控制是一項綜合技術(shù)，必須通過設(shè)計、施工、監(jiān)理以及使用等方面的配合。文章主要分析水電站混凝土拱壩裂縫的成因，并在此基礎(chǔ)上借鑒其他裂縫修補工程的成功經(jīng)驗，對裂縫的修補措施進(jìn)行分析探討，最后提出了水電站混凝土拱壩裂縫的幾點控制措施。

[1]劉偉才，蔡現(xiàn)陽.大花水水電站大壩裂縫處理工藝與質(zhì)量控制[J].水電站設(shè)計，2010(02):81-84,87.

[2]熊圖耀.萬家口子水電站碾壓混凝土拱壩回填混凝土裂縫成因分析及處理[J].紅水河，2011(05)：29-32，53.

[3]梁藝，舒仲英.基于ANSYS有限元法的鮮店拱壩壩肩裂縫處理方案研究[J].水資源與水工程學(xué)報，2016(06)：141-145，152.

1007-7596(2017)08-0133-03

2017-07-22

羅興華(1979-)，男,福建長汀人，工程師，從事水利水電勘察設(shè)計工作。

TV642.4

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