德澤水庫大壩面板裂縫產(chǎn)生原因與防控措施,水利工程管理論文

德澤水庫大壩面板裂縫產(chǎn)生原因與防控措施,水利工程管理論文德澤水庫大壩為面板堆石壩，壩頂高程1796.30m，最大壩高142m，壩頂長386.9m，頂寬12.0m。大壩上游壩坡坡比1∶1.4，下游坡采用上緩下陡布置，1796.3～1766.3m壩坡為1∶1.6；1766.3～1713.3m壩坡為1∶1.5；1713.3m下面壩坡均為1∶1.45，并在1766.3m和1713.3m高程處分別設(shè)3m寬馬道。大壩地震設(shè)計(jì)烈度為9?；炷撩姘蹇偯娣e54716m2，單塊最大長235m。面板設(shè)縱縫分塊，河床段每塊寬12m，共17塊，兩岸邊塊寬8m，共24塊。分兩期施工，一期面板澆筑至1725m，二期面板澆筑至1793.5m。2裂縫產(chǎn)生原因混凝土面板與其他混凝土構(gòu)造一樣，在硬化經(jīng)過和硬化后都會(huì)因混凝土干縮、溫度變化及地基沉降等產(chǎn)生不同程度的裂縫。而混凝土面板的構(gòu)造型式、邊界條件等比其他混凝土構(gòu)造存在有較大的差異，這種差異使面板裂縫受混凝土干縮、溫度變化及地基沉降的影響更大。由于混凝土面板本身及外在環(huán)境的復(fù)雜性，這兩種裂縫的存在成為面板固有的特性，對(duì)面板危害很大，同時(shí)危及大壩安全，應(yīng)針對(duì)不同的裂縫成因，采取相應(yīng)的技術(shù)措施，力求最大限度地減少或避免裂縫發(fā)生。3裂縫防控措施3.1精心設(shè)計(jì)混凝土面板是面板壩防滲的主體構(gòu)造，位于壩體的上游外表，根據(jù)應(yīng)力應(yīng)變分析表示清楚，面板大部分區(qū)域?yàn)槭軌簠^(qū)，受拉區(qū)分布在周邊縫處和面板頂部較小區(qū)域。面板厚度頂部采用0.3m，河床底部厚0.8m，中間按直線變化。為限制裂縫的發(fā)生或擴(kuò)展，設(shè)計(jì)采取下面措施：1〕根據(jù)壩址地形地貌及地質(zhì)條件，合理分縫分塊，改善面板的應(yīng)力狀態(tài)，將面板垂直分成41塊。受拉區(qū)面板寬8m，其余部位面板寬12m。為避免面板間縫由于硬接觸使得面板混凝土受擠壓毀壞的現(xiàn)象，在縫間填充5mm的高密緩沖隔板。面板單塊最大長度235m，為改善面板的應(yīng)力應(yīng)變條件，在一期面板頂部1725m處設(shè)一條水平施工縫，澆筑二期面板混凝土之前，施工縫的縫面經(jīng)鑿毛處理，清理干凈，縫面用水濕潤，鋪一薄層高強(qiáng)度砂漿，面板鋼筋穿過縫面。因擠壓邊墻后堆石體的沉降變形，已澆筑面板與擠壓邊墻表層間或多或少均存在脫空現(xiàn)象，為減小面板的變形開裂，在一、二面板頂部均采用采用低標(biāo)號(hào)、低壓縮性的水泥、粉煤灰。水泥∶粉煤灰=1∶4，灌注密實(shí)，2期共灌注水泥46.2t，粉煤灰184.8t。2〕面板混凝土的抗拉強(qiáng)度及極限拉伸值的大小對(duì)面板抗裂性能影響較大，而混凝土強(qiáng)度等級(jí)的高低與抗拉強(qiáng)度及極限拉伸值呈正比例關(guān)系。因而，面板混凝土抗壓強(qiáng)度等級(jí)為C30，極限拉伸不小于110-4。3〕面板近縫部位全面設(shè)置加強(qiáng)筋，在靠周邊縫、垂直縫范圍及面板分期施工縫附近布置雙層鋼筋，以抵抗這些部位可能產(chǎn)生的不均勻變形；根據(jù)審查意見，1B料頂高程1700m以上表層設(shè)溫度限裂筋。4〕將面板下伏的支撐面擠壓邊墻與垂直縫對(duì)應(yīng)部位切槽、擠壓邊墻外表噴涂乳化瀝青、割斷面板鋼筋架立筋等措施減弱擠壓邊墻對(duì)面板的約束。3.2原材料優(yōu)選1〕水泥參照國內(nèi)外已建面板壩的成功經(jīng)歷體驗(yàn)及配合比試驗(yàn)，采用云南省宣威宇恒水泥有限公司生產(chǎn)的P.O42.5級(jí)中熱普通硅酸鹽水泥，即3d水化熱219J/g，7d水化熱285J/g。為保證水泥性能的穩(wěn)定性，根據(jù)每期用量，對(duì)生產(chǎn)廠家提出中熱及少批次指標(biāo)，適當(dāng)提早專窯集中生產(chǎn)專庫儲(chǔ)存，每庫不少于2500t，專門供面板使用。2〕粉煤灰采用云南省宣威共創(chuàng)實(shí)業(yè)粉煤灰公司生產(chǎn)的Ⅰ級(jí)F類粉煤灰。優(yōu)質(zhì)粉煤灰中含有大量微珠顆粒，摻入混凝土中能減少水泥的需水量，能降低混凝土的彈性模量，降低水化熱，提高混凝土后期極限拉伸值。該工程摻加20％的優(yōu)質(zhì)Ⅰ級(jí)F類粉煤灰以替代部分水泥，既節(jié)約了水泥，又提高了面板的抗?jié)B性，進(jìn)而提高了抗裂性能。3〕粗細(xì)骨料為減少面板混凝土因溫度和干縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力，提高其抗裂性，采用熱膨脹系數(shù)小的灰?guī)r生產(chǎn)骨料，使因溫度變化而引起的拉應(yīng)力和拉應(yīng)變盡量的小。為降低石粉含量，砂全部采用水洗砂，細(xì)度模數(shù)FM=2.5～3.0。粗骨料采用二級(jí)配，小石∶中石=45∶55，以提高混凝土的抗分離能力。4〕外加劑采用云南山峰工貿(mào)有限公司生產(chǎn)的SFK引氣劑和SFG緩凝減水劑，根據(jù)GB8076-2008標(biāo)準(zhǔn)，外加劑所檢項(xiàng)目符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求，均具備提高混凝土工作性的功能。5〕聚丙烯纖維混凝土中摻適量的纖維，能很好地抑制混凝土早期塑性收縮，有一定的阻裂、增韌能力。由于混凝土中微裂縫的存在是其本身固有的一種物理性質(zhì)，宏觀裂縫是微觀裂縫擴(kuò)展的結(jié)果，摻用聚丙烯纖維是從源頭控制微觀裂縫的生成。在一二期面板混凝土中均采用江蘇射陽絲鼎纖維制造有限公司生產(chǎn)的聚丙烯纖維〔單絲型〕，該纖維彈性模量較大，便于和混凝土協(xié)調(diào)變形。根據(jù)有關(guān)試驗(yàn)表示清楚：0.9kg/m3是一個(gè)比擬適宜的摻量。3.3配合比優(yōu)化通過大量配合比試驗(yàn)及借鑒其它工程成功經(jīng)歷體驗(yàn)，面板混凝土采用中熱水泥、Ⅰ級(jí)F類粉煤灰、高性能減水劑和引氣劑、混摻聚丙烯纖維。根據(jù)混凝土性能試驗(yàn)結(jié)果，并參考其他工程資料，推薦C30配合比為每立方米混凝土中各種材料用量：水膠比0.40,20%粉煤灰摻量66kg，砂率37%，聚丙烯纖維摻量0.9kg，水132kg，水泥264kg，砂717kg，小石549kg，中石672kg，引氣劑0.066kg，高效減水劑2kg。施工經(jīng)過中加強(qiáng)骨料的跟蹤檢測，及時(shí)把握骨料的變化情況，對(duì)施工配合比用量進(jìn)行調(diào)整，使調(diào)整后的材料用量符合配合比設(shè)計(jì)用量，同時(shí)重點(diǎn)控制細(xì)骨料的外表含水率及骨料的超遜徑含量調(diào)整。3.4施工措施1〕優(yōu)化施工程序，采用壩體變形時(shí)空預(yù)沉降控制法和反抬法控制壩體后期變形，從施工工藝上減小面板出現(xiàn)構(gòu)造裂縫的可能。2〕合理選擇面板澆筑機(jī)會(huì)，2期面板均選擇在少雨和氣溫相對(duì)適宜的3～4月，氣溫相對(duì)較高的5～6月采取骨料遮陽及拌合用水加冰等措施降低不利天氣的影響。3〕設(shè)置壩體填筑與對(duì)應(yīng)部位面板澆筑超高值，盡量減輕大壩上升對(duì)已澆面板的影響，經(jīng)論證和借鑒其他工程經(jīng)歷體驗(yàn)，一期面板澆筑頂高程1725m與填筑高程1745m相差20m，這樣可避免面板頂部與堆石體之間的不協(xié)調(diào)變形，改善面板的受力條件，避免或減少面板脫空與裂縫產(chǎn)生。4〕設(shè)置預(yù)沉降期，每期面板澆筑前，澆筑部位的壩體均有不少于3個(gè)月的預(yù)沉降期，以降低附加沉降對(duì)面板的影響。4面板混凝土質(zhì)量控制1〕原材料配料準(zhǔn)確與否是面板裂縫控制的又一重要環(huán)節(jié)，為此，所有拌合站都安裝了經(jīng)質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局率定的自動(dòng)稱量系統(tǒng)，保證原材料稱量準(zhǔn)確。2〕加強(qiáng)面板混凝土拌合的均勻性，以保證其面板有較高的延伸性，以提高抗裂性能。為保證纖維分布均勻，同時(shí)也能提高拌和效率，拌和系統(tǒng)所用攪拌設(shè)備為強(qiáng)迫式拌和機(jī)。根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)，夜晚和溫度相對(duì)低時(shí)，坍落度3～5cm時(shí)，強(qiáng)迫拌和150s，白天和溫度相對(duì)高時(shí)，坍落度5～7cm時(shí)，強(qiáng)迫拌和120s，混凝土均能拌和均勻。3〕為保證混凝土在運(yùn)送經(jīng)過中不致發(fā)生分離、漏漿、嚴(yán)重泌水或太多降低坍落度，盡量減少轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)間，以便生產(chǎn)的混凝土在最短的時(shí)間內(nèi)入倉澆筑。二期面板澆筑時(shí)，總結(jié)一期經(jīng)歷體驗(yàn)，在右岸壩頭建拌合站，運(yùn)距小于400m，同時(shí)用小型農(nóng)用車運(yùn)送，能夠盡量降低坍落度，使其保持在3～5cm間，保證了混凝土的質(zhì)量。入倉混凝土及時(shí)振搗，以使混凝土密實(shí)并緊貼擠壓邊墻。鋪料間隙時(shí)間符合要求，無初凝現(xiàn)象，以免造成施工冷縫而留下產(chǎn)生裂縫隱患。4〕面板的養(yǎng)護(hù)，十分是面板的早期養(yǎng)護(hù)，對(duì)防止面板裂縫尤為重要。養(yǎng)護(hù)好的混凝土面板，除強(qiáng)度增長較快外，還可降低因干縮產(chǎn)生裂縫的程度。為防止面板裂縫，面板自拉模起就應(yīng)加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)和保衛(wèi)。拉模抹面處理后覆蓋土工布并灑水養(yǎng)護(hù)，面板澆筑期可在土工布上灑水養(yǎng)護(hù)，面板澆筑結(jié)束可采用灑水花管進(jìn)行自流養(yǎng)護(hù)，時(shí)間不少于3個(gè)月或養(yǎng)護(hù)至水庫蓄水。5面板裂縫檢查情況及處理面板澆筑完畢后，對(duì)所有面板進(jìn)行了全面調(diào)查，一期面板1725m下面，裂縫寬度在0.25～0.34mm之間，二期面板1725～1793.5m，裂縫寬度在0.30～0.46mm之間，主要分布在MB14～MB34上，無貫穿性裂縫。根據(jù)裂縫寬度和能否貫穿，采用內(nèi)填外堵、多層設(shè)防、復(fù)合防水多重措施相結(jié)合的修補(bǔ)方案。裂縫處理要求主要是防滲堵漏和補(bǔ)強(qiáng)加固。防滲堵漏要求縫內(nèi)化灌后，充填密實(shí)，充填物有較高的抗?jié)B性和抗老化性能，能阻止外來水汽碳化混凝土和銹蝕鋼筋，知足構(gòu)造耐久性和安全運(yùn)行。補(bǔ)強(qiáng)加固要求縫面漿液固化后，與兩側(cè)混凝土有較高的粘結(jié)強(qiáng)度，最終恢復(fù)混凝土構(gòu)造的整體性。所有面板出現(xiàn)的裂縫，在蓄水前均按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行了處理。6結(jié)語1〕混凝土原材料是影響混凝土抗裂性能的內(nèi)在因素，主要包括水泥品種、膠凝材料用量、摻合料種類及摻量、外加劑及骨料品種等，而養(yǎng)護(hù)制度及環(huán)境條件是影響混