Kubia水電站大壩混凝土裂縫成因分析

6/6Kubia水電站大壩混凝土裂縫成因分析Kubia水電站大壩混凝土裂縫成因分析本文關(guān)鍵詞：水電站，成因，大壩，裂縫，混凝土Kubia水電站大壩混凝土裂縫成因分析本文簡介：摘要：Kubia水電站大壩出現(xiàn)裂縫,影響因素主要是壩體內(nèi)外溫差、混凝土干縮、自生體積變形和外部約束作用等幾方面。分別對此裂縫問題進行了探討分析,并針對具體情況提出了一些預防、處理措施,裂縫經(jīng)處理后該壩體處于受控狀態(tài),未影響正常使用。關(guān)鍵詞：碾壓混凝土重力壩;裂縫分類;成因分析;裂縫處理;1工Kubia水電站大壩混凝土裂縫成因分析本文內(nèi)容：摘要：Kubia水電站大壩出現(xiàn)裂縫,影響因素主要是壩體內(nèi)外溫差、混凝土干縮、自生體積變形和外部約束作用等幾方面。分別對此裂縫問題進行了探討分析,并針對具體情況提出了一些預防、處理措施,裂縫經(jīng)處理后該壩體處于受控狀態(tài),未影響正常使用。關(guān)鍵詞：碾壓混凝土重力壩;裂縫分類;成因分析;裂縫處理;1工程概況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1145.5m。碾壓混凝土重力壩,最大壩高22m,壩頂長1060m,庫容0.23億m3。壩區(qū)基巖主要為泥盆紀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化的輝綠巖,巖體一般屬Ⅲ級。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,切層深,連通性好。根據(jù)統(tǒng)計資料分析,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。2裂縫根本情況2.1裂縫統(tǒng)計在施工期間,根據(jù)裂縫位置、形狀、走向、縫長、縫寬、縫深及縫面是否漏水等,進行巡視、檢查。對于縫寬≥0.3mm或縫長≥5m的裂縫,還進行縫深檢查,縫深檢查采用鉆斜孔壓風方法為主,必要時增加了孔內(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,主要分布于大壩根底、壩面及壩頂(堰頂)等部位,類型多樣化,主要裂縫統(tǒng)計如下:(1)28~30#壩段根底裂縫8條。(2)3~32#壩段壩前裂縫210條,根底強約束區(qū)裂縫179條。(3)一期溢流壩段28~32#壩段堰頂裂縫20條。(4)蓄水前排查27~38#壩段溢流壩溢流面裂縫434條。(5)蓄水后排查1~26#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),長度和寬度大小不一。2.2裂縫分類(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)的變形受到限制時產(chǎn)生的內(nèi)應力造成的。(2)按裂縫產(chǎn)生的時間劃分本次統(tǒng)計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、枯燥收縮裂縫、自身收縮裂縫、溫度裂縫、施工操作不當出現(xiàn)的裂縫及一些不規(guī)那么裂縫。(3)按裂縫的開展狀態(tài)劃分根據(jù)統(tǒng)計期間的觀測,綜合分析裂縫所處的運動狀態(tài)及其開展趨勢,本次統(tǒng)計的裂縫屬于穩(wěn)定性裂縫,這種裂縫不影響壩體使用。3壩體裂縫分類成因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類別:(1)氣候環(huán)境所造成的溫度裂縫;(2)根底強約束區(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。3.1根底裂縫根據(jù)大壩根底裂縫分布匯總表,裂縫出現(xiàn)的位置根本上處于壩基地形突變位置,或者位于寬大裂隙位置附近。壩基在應力集中的部位遭受外部條件的強約束、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,根底裂縫產(chǎn)生原因有以下幾個方面:(1)壩基開挖地形上下不平,變化較大,存在應力集中現(xiàn)象。(2)36~39#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,個別壩段基巖存在節(jié)理和層理發(fā)育的情況,特別是根底上層,將巖石分割成獨立的巖體塊狀,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產(chǎn)生的大量水化熱得不到較好的散發(fā),導致混凝土內(nèi)外溫差較大使混凝土的形變應力超過允許極限應力而引起的裂縫。(5)混凝土澆筑后期,溫度逐漸下降,混凝土也隨之收縮,在混凝土與根底巖面結(jié)合部位受到根底巖面的約束力,從而在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生拉應力,導致出現(xiàn)裂縫。3.2壩面裂縫(1)大壩有些單個壩段長細比比擬大,已到達伸縮縫結(jié)構(gòu)設計的上限,壩面未設置限裂鋼筋,是產(chǎn)生裂縫的主要原因。(2)依據(jù)設計圖紙分析,整個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力。當水平應力超過混凝土的抗拉極限強度時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,未采取可靠的預防限裂措施是造成大壩壩面裂縫的重要原因。4綜合成因分析經(jīng)過統(tǒng)計分析壩體各部位出現(xiàn)的裂縫,可以得出以下結(jié)論:(1)大壩樞紐長細比過大產(chǎn)生的裂縫大壩樞紐工程軸線長,橫縫按照設計標準的上限30m設置,而壩體順水向?qū)挾容^小,長寬比約為1.82∶1~6∶1,屬于典型的長條狀結(jié)構(gòu)斷面?；炷羶?nèi)部散熱在塊體內(nèi)不均勻。混凝土外表由最高溫度冷卻到穩(wěn)定溫度時間短,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力往往在混凝土長邊方向出現(xiàn)較大的拉應力。特別是在結(jié)構(gòu)突變部位和長寬比大的情況下,更易出現(xiàn)裂縫的薄弱部位。因此,大壩混凝土單個壩段長細比太大,壩前未設置限裂鋼筋,致使混凝土產(chǎn)生裂縫。(2)強約束區(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)缺陷容易造成應力不均。斜層狀基巖在爆破后局部不平整,基巖自身強度和壩體混凝土強度不均也造成了壩基應力集中現(xiàn)象突出。這些自然和人為的地質(zhì)現(xiàn)象都會成為壩體裂縫的誘導因素。當?shù)匕滋旎炷镣獗須鉁刈罡呖蛇_45℃,強烈日曬、蒸發(fā)、相對濕度、刮風等因素的影響,造成混凝土體積急劇收縮,而此時混凝土終凝前幾乎沒有強度或強度很小,無法抵抗其本身收縮,因此產(chǎn)生塑性收縮裂縫。5裂縫處理5.1裂縫處理工藝(1)1#機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,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)場觀察后商議確定對該部位進行刻槽鋪填碎石,用彩條布隔離形成透水層進行引排,并采取增加底板混凝土厚度方式進行處理。(2)EL46廊道2#、3#機分縫滲水處理因EL46.00廊道滲水部位特殊,無法采用水泥灌漿或化學灌漿方式進行處理,現(xiàn)場采用刻槽埋管引排的方式將滲水引入廊道排水溝。按設計文件要求,采取“縫面和排水槽灌漿+縫口嵌縫+外表噴涂〞進行處理:(1)縫面灌漿主要是對迎水面至第一道止水片之間縫面的灌漿,灌漿材料為LW水溶性聚胺酯。騎縫布置灌漿孔,間距30cm,孔深20cm,孔徑Φ20,灌漿量1.6kg/m~2.0kg/m,采用Φ15灌漿管埋設。灌漿設備為手動壓力泵,灌漿壓力為0.2MPa~0.3MPa?？p面及孔口采用堵漏王進行封閉,然后通氣檢查確?？着c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)束標準:縫面停止吸漿后再繼續(xù)灌注30min。(2)灌漿結(jié)束3天后再對縫口進行嵌填處理,嵌填方式為“鑿槽20×8cm〞,“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范圍進行外表噴涂防水涂料,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)護至少14d。6結(jié)語混凝土裂縫是混凝土施工中的主要通病,成因較多,機理復雜,包括根底不均勻沉降、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)件的平安,一方面要從控制溫度、改變約束、降低溫度著手,另一方面應設法提高混凝土的抗裂性能。只有在施工中采取行之有效的措施,才能控制裂縫的出現(xiàn)或延伸,進而保證建筑物平安、穩(wěn)定的工作。Kubia