Kubia水電站大壩混凝土裂縫成因分析

1、Kubia 水電站大壩混凝土裂縫成因分析Kubia 水電站是西非最大的水電站之一, 工程樞紐由擋水壩、溢流壩、 引水建筑物、 泄流底孔及廠房建筑物等組成 , 壩軸線呈 S 曲線布置，總長(zhǎng)1145.5m。碾壓混凝土重力壩，最大壩高22 m,壩頂長(zhǎng) 1060m, 庫(kù)容 0.23 億 m3。壩區(qū)基巖主要為泥盆紀(jì)的輝綠巖和奧陶系石英砂巖、泥質(zhì)粉砂巖 , 巖質(zhì)類型以灰黑色、深灰色輝綠巖為主 , 其次為深部的砂巖等,均為硬質(zhì)巖。 壩區(qū)巖體共分5 類 , 開(kāi)挖后的壩基主要為弱風(fēng)化的輝綠巖，巖體一般屬田級(jí)。壩址區(qū)未見(jiàn)斷層出露，節(jié)理裂隙主要發(fā)育有3組 , 節(jié)理一般延伸長(zhǎng), 切層深 , 連通性好。根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料分析

2、, 壩址區(qū)夏季5 月 9 月最高氣溫高于35 ,平均每年 45d, 極端最高42 , 春秋冬季節(jié)溫度變化大。在施工期間 , 根據(jù)裂縫位置、形狀、走向、縫長(zhǎng)、縫寬、縫深及縫面是否漏水等，進(jìn)行巡視、檢查。對(duì)于縫寬n 0.3mm縫長(zhǎng)n 5m的裂縫 , 還進(jìn)行縫深檢查, 縫深檢查采用鉆斜孔壓風(fēng)方法為主 , 必要時(shí)增加了孔內(nèi)攝像和聲波法檢查。 通過(guò)檢查 , 發(fā)現(xiàn)在溢流壩段、 擋水壩段等部位前后出現(xiàn)多種類型的裂縫。依據(jù)現(xiàn)有裂縫分析, 裂縫多出現(xiàn)于大體積常態(tài)混凝土 , 主要分布于大壩基礎(chǔ)、 壩面及壩頂( 堰頂 ) 等部位 , 類型多樣化 , 主要裂縫統(tǒng)計(jì)如下 :2830# 壩段基礎(chǔ)裂縫8 條。332# 壩段

3、壩前裂縫210條, 基礎(chǔ)強(qiáng)約束區(qū)裂縫179條。一期溢流壩段2832#壩段堰頂裂縫20 條。蓄水前排查2738#壩段溢流壩溢流面裂縫434 條。蓄水后排查126#擋水壩段壩頂裂縫285 條。裂縫大多數(shù)垂直于壩軸線, 分段出現(xiàn) , 長(zhǎng)度和寬度大小不一。按裂縫的成因劃分這些裂縫是由各種變形 , 包括溫差 , 干縮濕脹和不均勻沉降等因素促成的 , 屬于非結(jié)構(gòu)性裂縫。 裂縫是在其結(jié)構(gòu)的變形受到限制時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力造成的。按裂縫產(chǎn)生的時(shí)間劃分本次統(tǒng)計(jì)的裂縫屬于施工期間出現(xiàn)的裂縫, 包括塑性收縮裂縫、沉降收縮裂縫、干燥收縮裂縫、自身收縮裂縫、溫度裂縫、施工操作不當(dāng)出現(xiàn)的裂縫及一些不規(guī)則裂縫。按裂縫的發(fā)展?fàn)顟B(tài)劃

4、分根據(jù)統(tǒng)計(jì)期間的觀測(cè) , 綜合分析裂縫所處的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及其發(fā)展趨勢(shì) , 本次統(tǒng)計(jì)的裂縫屬于穩(wěn)定性裂縫, 這種裂縫不影響壩體使用。Kubia 水電站大壩混凝土出現(xiàn)裂縫成因大體可歸納為以下幾個(gè)類別 : (1) 氣候環(huán)境所造成的溫度裂縫; (2) 基礎(chǔ)強(qiáng)約束區(qū)形成的裂縫 ; (3) 特殊的巖石結(jié)構(gòu)及地質(zhì)變化出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)裂縫; (4) 大壩澆完后馬上蓄水遭受冷擊產(chǎn)生的溫度裂縫。根據(jù)大壩基礎(chǔ)裂縫分布匯總表, 裂縫出現(xiàn)的位置基本上處于壩基地形突變位置, 或者位于寬大裂隙位置附近。 壩基在應(yīng)力集中的部位遭受外部條件的強(qiáng)約束、 特殊的基巖結(jié)構(gòu)、 混凝土自身材料性能等因素成為大壩混凝土產(chǎn)生裂縫的主要因素 , 基礎(chǔ)裂

5、縫產(chǎn)生原因有以下幾個(gè)方面:壩基開(kāi)挖地形高低不平, 變化較大 , 存在應(yīng)力集中現(xiàn)象。3639# 壩段巖性與其他壩段不一致, 造成大壩沉降量不一致。壩基巖石呈巨厚狀, 個(gè)別壩段基巖存在節(jié)理和層理發(fā)育的情況 , 特別是基礎(chǔ)上層 , 將巖石分割成獨(dú)立的巖體塊狀, 破壞了巖石的整體性。大體積混凝土澆注完后初期硬化時(shí)產(chǎn)生的大量水化熱得不到較好的散發(fā) , 導(dǎo)致混凝土內(nèi)外溫差較大使混凝土的形變應(yīng)力超過(guò)允許極限應(yīng)力而引起的裂縫?；炷翝仓笃?, 溫度逐漸下降, 混凝土也隨之收縮 , 在混凝土與基礎(chǔ)巖面結(jié)合部位受到基礎(chǔ)巖面的約束力 , 從而在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生拉應(yīng)力 , 導(dǎo)致出現(xiàn)裂縫。依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙分析, 整個(gè)大壩被

6、廊道分割成兩塊, 上游塊寬度2m,下游塊最大寬度13m最小寬度6.65m。廊道周邊無(wú)配筋結(jié)構(gòu)是形成混凝土裂縫的另一重要原因。壩體為長(zhǎng)條型結(jié)構(gòu) , 混凝土內(nèi)部熱量沿上下游外露散熱良好 , 但沿壩軸線方向散熱不良, 內(nèi)外溫差的不一致形成水平拉應(yīng)力。當(dāng)水平應(yīng)力超過(guò)混凝土的抗拉極限強(qiáng)度時(shí)將混凝土拉裂而形成裂縫。大壩澆完后 , 很快蓄水 , 冷水蓄積造成壩體內(nèi)外溫差增加內(nèi)應(yīng)力加大, 是造成了大壩裂縫產(chǎn)生的另一原因。根據(jù)以上情況可以看出 , 在壩體易產(chǎn)生裂縫的部位, 未采取可靠的預(yù)防限裂措施是造成大壩壩面裂縫的重要原因。經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)分析壩體各部位出現(xiàn)的裂縫, 可以得出以下結(jié)論:大壩樞紐長(zhǎng)細(xì)比過(guò)大產(chǎn)生的裂縫大壩

7、樞紐工程軸線長(zhǎng)，橫縫按照設(shè)計(jì)規(guī)范的上限30m設(shè)置，而壩體順?biāo)驅(qū)挾容^小，長(zhǎng)寬比約為1.82 ： 16： 1,屬于典型的長(zhǎng)條狀結(jié)構(gòu)斷面。 混凝土內(nèi)部散熱在塊體內(nèi)不均勻。 混凝土表面由最高溫度冷卻到穩(wěn)定溫度時(shí)間短, 而混凝土內(nèi)部的水化熱急劇升溫, 由于內(nèi)外溫差引起的溫度應(yīng)力往往在混凝土長(zhǎng)邊方向出現(xiàn)較大的拉應(yīng)力。特別是在結(jié)構(gòu)突變部位和長(zhǎng)寬比大的情況下 , 更易出現(xiàn)裂縫的薄弱部位。 因此 , 大壩混凝土單個(gè)壩段長(zhǎng)細(xì)比太大, 壩前未設(shè)置限裂鋼筋致使混凝土產(chǎn)生裂縫。強(qiáng)約束區(qū)壩體未采取限裂措施產(chǎn)生的裂縫壩基為斜層塊狀結(jié)構(gòu) , 局部存在軟弱夾層 ( 土、 碎塊石充填) 、斷層節(jié)理等地質(zhì)缺陷, 這些地質(zhì)缺陷容易

8、造成應(yīng)力不均。斜層狀基巖在爆破后局部不平整, 基巖自身強(qiáng)度和壩體混凝土強(qiáng)度不均也造成了壩基應(yīng)力集中現(xiàn)象突出。 這些自然和人為的地質(zhì)現(xiàn)象都會(huì)成為壩體裂縫的誘導(dǎo)因素。當(dāng)?shù)匕滋旎炷帘砻鏆鉁刈罡呖蛇_(dá)45 , 強(qiáng)烈日曬、蒸發(fā)、相對(duì)濕度、 刮風(fēng)等因素的影響, 造成混凝土體積急劇收縮 , 而此時(shí)混凝土終凝前幾乎沒(méi)有強(qiáng)度或強(qiáng)度很小 , 無(wú)法抵抗其本身收縮 , 因此產(chǎn)生塑性收縮裂縫。1# 機(jī) EL56.50 層透平油罐室、油處理室地面滲水處理由于該部位底板為隱滲, 無(wú)明顯滲水點(diǎn) , 鑒于本部位基巖存在寬大裂隙 , 節(jié)理裂隙發(fā)育 , 經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)察看后商議確定對(duì)該部位進(jìn)行刻槽鋪填碎石, 用彩條布隔離形成透水層進(jìn)行引排

9、, 并采取增加底板混凝土厚度方式進(jìn)行處理。EL46 廊道 2#、 3#機(jī)分縫滲水處理因 EL46.00 廊道滲水部位特殊, 無(wú)法采用水泥灌漿或化學(xué)灌漿方式進(jìn)行處理, 現(xiàn)場(chǎng)采用刻槽埋管引排的方式將滲水引入廊道排水溝。 按設(shè)計(jì)文件要求, 采取 “縫面和排水槽灌漿+縫口嵌縫+表面噴涂”進(jìn)行處理 :縫面灌漿主要是對(duì)迎水面至第一道止水片之間縫面的灌漿灌漿材料為L(zhǎng)W水溶性聚胺酯。馬縫布置灌漿孔，間距30cm,孔深20cm,孔徑020,灌漿量1.6kg/m2.0kg/m,采用15灌漿管埋設(shè)。灌漿設(shè)備為手動(dòng)壓力泵，灌漿壓力為0.2 MPa0.3 MPa。縫面及孔口采用堵漏王進(jìn)行封閉 , 然后通氣檢查確?？着c孔

10、之間串通良好。 灌漿由下向上逐孔灌注, 灌漿壓力由小到大, 逐漸增加。灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn): 縫面停止吸漿后再繼續(xù)灌注30min。灌漿結(jié)束 3 天后再對(duì)縫口進(jìn)行嵌填處理, 嵌填方式為“鑿梢20X8cnf ,“U型梢+嵌填SR1E水材料+回填903砂漿”。在橫縫兩側(cè)各1m,上下各2m范圍進(jìn)行表面口涂防水涂料，涂刷材料為 KT1 水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料, 涂料攪拌均勻 , 隨伴隨用 , 涂刷均勻、 無(wú)遺漏、 無(wú)空白 , KT1 防水涂料潮濕養(yǎng)護(hù)至少14d?；炷亮芽p是混凝土施工中的主要通病, 成因較多 , 機(jī)理復(fù)雜 ,包括基礎(chǔ)不均勻沉降、 溫度和濕度的變化 , 混凝土的脆性和不均勻性,以及結(jié)構(gòu)不合理, 原材料不合格, 模板變形等。 為了保證建筑物和構(gòu)件的安全 , 一方面要從控制溫度、 改變約束、 降低溫度著手, 另一方面應(yīng)設(shè)法提