Kubia水電站大壩混凝土裂縫成因分析.doc

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, 開挖后的壩基主要為弱風(fēng)化的輝綠巖, 巖體一般屬級(jí)。壩址區(qū)未見斷層出露, 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, 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0.3mm或縫長(zhǎng)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: (1) 2830#壩段基礎(chǔ)裂縫8條。 (2) 332#壩段壩前裂縫210條, 基礎(chǔ)強(qiáng)約束區(qū)裂縫179條。 (3) 一期溢流壩段2832#壩段堰頂裂縫20條。 (4) 蓄水前排查2738#壩段溢流壩溢流面裂縫434條。 (5) 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。 (1) 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。 (2) 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。 (3) 按裂縫的發(fā)展?fàn)顟B(tài)劃分 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)裂縫產(chǎn)生原因有以下幾個(gè)方面: (1) 壩基開挖地形高低不平, 變化較大, 存在應(yīng)力集中現(xiàn)象。 (2) 3639#壩段巖性與其他壩段不一致, 造成大壩沉降量不一致。 (3) 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。 (4) 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)力超過允許極限應(yīng)力而引起的裂縫。 (5) 混凝土澆筑后期, 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。 (2) 依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙分析, 整個(gè)大壩被廊道分割成兩塊, 上游塊寬度2m, 下游塊最大寬度13m、最小寬度6.65m。廊道周邊無配筋結(jié)構(gòu)是形成混凝土裂縫的另一重要原因。 (3) 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)力超過混凝土的抗拉極限強(qiáng)度時(shí)將混凝土拉裂而形成裂縫。 (4) 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: (1) 大壩樞紐長(zhǎng)細(xì)比過大產(chǎn)生的裂縫 大壩樞紐工程軸線長(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1.82161, 屬于典型的長(zhǎng)條狀結(jié)構(gòu)斷面?；炷羶?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。 (2) 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有強(qiáng)度或強(qiáng)度很小, 無法抵抗其本身收縮, 因此產(chǎn)生塑性收縮裂縫。 (1) 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, 并采取增加底板混凝土厚度方式進(jìn)行處理。 (2) 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: (1) 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。騎縫布置灌漿孔, 間距30cm, 孔深20cm, 孔徑20, 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?？p面及孔口采用堵漏王進(jìn)行封閉, 然后通氣檢查確保孔與孔之間串通良好。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。 (2) 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“鑿槽208cm”, “U型槽+嵌填SR止水材料+回填903砂漿”。 (3) 在橫縫兩側(cè)各1m, 上下各2m范圍進(jìn)行表面噴涂防水涂料, 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、無遺漏、無空白, KT1防水涂料潮濕養(yǎng)護(hù)至少14d。 混凝土裂縫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)