水電站工程重力壩混凝土裂縫的處理分析

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水電站混凝土大壩裂縫是大壩病害的主要表現(xiàn)，混凝土裂縫對大壩的抗拉性能具有直接影響，降低了大壩的穩(wěn)定性，而且有害物質(zhì)通過裂縫進(jìn)入混凝土內(nèi)，導(dǎo)致鋼筋銹蝕，破壞混凝土結(jié)構(gòu)。水電站的主要功能是防洪、灌溉和水庫蓄水發(fā)電，其擋水結(jié)構(gòu)的混凝土裂縫會引發(fā)滲漏問題，如果滲漏嚴(yán)重則會對水電站工程的蓄水功能產(chǎn)生不利影響;對水電站重力壩而言，混凝土裂縫如果達(dá)到一定寬度和貫穿深度，則會增加壩體內(nèi)部承受的壓力，降低壩體的防滑性能，不利于重力壩的抗震性能，威脅壩體結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性。對我國水電站的具體情況進(jìn)行調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)，幾乎所有重力壩都存在不同程度的混凝土裂縫情況。

1 水電站工程重力壩混凝土裂縫的原因

重力壩混凝土裂縫是由于多種原因造成的，包括荷載變形裂縫、收縮裂縫、自應(yīng)力裂縫、溫度裂縫、化學(xué)反應(yīng)裂縫和沉降裂縫等。一般情況下，常見的混凝土裂縫主要是荷載裂縫和大壩結(jié)構(gòu)變形產(chǎn)生的裂縫。統(tǒng)計資料表明在工程實踐中結(jié)構(gòu)變化變形導(dǎo)致的壩體裂縫占裂縫總量的80%。當(dāng)水電站的外部環(huán)境溫度發(fā)生變化時，由于外界氣溫劇烈下降，而混凝土水化熱導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)容溫度升高，是混凝土內(nèi)外產(chǎn)生較大溫差，如果對混凝土結(jié)構(gòu)的防護(hù)力度不夠，當(dāng)溫度應(yīng)力大于混凝土抗裂能力時，就會形成溫度裂縫;此外，混凝土硬化階段由于自身體積的收縮變形，特別是與基巖連接的強(qiáng)約束區(qū)域的混凝土，容易出現(xiàn)收縮裂縫。對混凝土進(jìn)行試驗，結(jié)果證明，在水泥品種、水灰比、粉煤灰和其他摻合料的添加量相同的情況下，粉煤灰的品質(zhì)和種類對混凝土的收縮性能具有較大影響;如果混凝土發(fā)生了收縮變形，即使采取長流水養(yǎng)護(hù)措施，重新使混凝土浸水飽和，也不可能完全恢復(fù)變形，產(chǎn)生永久性收縮;如果基巖的地質(zhì)復(fù)雜，夾層較多或裂隙、節(jié)理發(fā)育，加之施工條件限制，只有在混凝土蓋重較大時才能夠?qū)嵤┕探Y(jié)灌漿，造成承載基巖出現(xiàn)不均勻的沉陷現(xiàn)象，發(fā)生沉陷裂縫。

2 水電站重力壩裂縫概況

某水電站的重力壩屬于碾壓混凝土壩體，最大高程為50.2m，在澆筑大壩混凝土的第二年發(fā)現(xiàn)溢流壩段的上游部位存在縱向裂縫，最大寬度為0.2mm。對該水電站重力壩的裂縫原因進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，其裂縫包括沉陷裂縫、溫度裂縫和收縮裂縫，而且施工過程中的施工條件和人為因素也是混凝土裂縫出現(xiàn)的原因。例如，在澆筑混凝土?xí)r，沒有合理的垂直運(yùn)輸措施，通過滑槽下料導(dǎo)致混凝土嚴(yán)重分離，而且過震或欠震以及平倉不良，無法保證入倉的混凝土質(zhì)量，容易在薄弱面出現(xiàn)裂縫;混凝土結(jié)構(gòu)施工完成后由于施工進(jìn)度要求，忽視了后期的保養(yǎng)和防護(hù)，也容易導(dǎo)致壩體出現(xiàn)裂縫。

3 水電站重力壩裂縫處理

3.1 處理裂縫的要求

混凝土裂縫不僅影響了重力壩的整體性，還使壩體的穩(wěn)定性、防滑性和應(yīng)力狀態(tài)達(dá)不到設(shè)計要求，因此必須通過化學(xué)灌漿的方式對裂縫進(jìn)行處理。其處理要求是，壩體能夠恢復(fù)完整性和穩(wěn)定性，應(yīng)力狀態(tài)良好。因此，必須嚴(yán)格要求化學(xué)灌漿材料。其中，材料的彈性模量最小為27* 103MPa，抗壓強(qiáng)度大于30MPa，與混凝土粘結(jié)的強(qiáng)度要大于3MPa，對干燥或潮濕的裂縫面具有良好的適灌性，可灌性能良好，稠度小。

3.2 選擇灌漿材料和設(shè)備

根據(jù)處理混凝土裂縫的要求和化學(xué)灌漿材料的性質(zhì)，對不同材料進(jìn)行對比檢驗，該工程選擇具有國家專利認(rèn)證的YDS-0 漿材產(chǎn)品，這種材料具有優(yōu)越的物理性能，其最大優(yōu)勢是可灌性良好;灌漿泵選擇專用的化學(xué)灌漿堵漏注漿設(shè)備，使用性能良好，能夠?qū)⒐酀{壓力控制在0.5～20MPa 范圍內(nèi);灌漿咀，選擇具有進(jìn)漿、排氣、回漿多種功能的灌漿咀，不會出現(xiàn)堵塞問題，確保灌漿過程順利。

3.3 灌注漿材

首先，該重力壩不同壩段之間是通過結(jié)構(gòu)縫銜接的，如果在結(jié)構(gòu)縫灌入漿材，則會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)縫喪失堵塞作用，因此，先在結(jié)構(gòu)縫中灌入能夠遇水膨脹的彈性材料，達(dá)到永久封閉的效果，但要確保其壩體的效斷面沒有被占據(jù);彈性材料在遇水后會大量膨脹，具有較大的變形量，永久結(jié)構(gòu)縫是與下游的尾水相連接的，適合作為填縫材料。其次，采取分區(qū)灌注的方法，從高程最低的灌區(qū)由下向上灌注;在同一灌區(qū)，由下層向上層有層次的推進(jìn)灌注，通過上層的回漿排氣孔灌注下層孔，直至灌區(qū)填滿;灌漿壓力保持在0.5～1.0MPa，避免對裂縫狀態(tài)的破壞;在設(shè)計的灌注壓力下，當(dāng)灌注孔連續(xù)20min 進(jìn)漿率均不超過10ml/min 時，結(jié)束灌漿。

3.4 檢查和控制灌漿質(zhì)量

一方面，建立嚴(yán)格的灌漿控制制度，在開始灌漿之前，由專門的質(zhì)檢人員嚴(yán)格檢查灌漿設(shè)備、計量儀器、裂縫清理情況等，確保設(shè)備完好、儀器校驗準(zhǔn)確，只有驗收達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)方可簽發(fā)準(zhǔn)灌證;另一方面，質(zhì)檢人員還需要對灌注過程中的灌注程序、吃漿量、灌漿壓力、結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)實施跟蹤監(jiān)督控制。

4 重力壩混凝土裂縫控制措施

針對溫度裂縫，重力壩混凝土結(jié)構(gòu)由于溫度變化發(fā)生熱脹冷縮，當(dāng)約束變形時就會出現(xiàn)裂縫，約束越強(qiáng)，裂縫越寬，控制混凝土變形的措施是設(shè)置伸縮縫。在施工時，使用中熱或地?zé)岱勖夯宜嗪湍嗟V渣水泥，減少水泥用量;控制混凝土的水灰比，不得超過0.6;摻加適量的減水劑或粉煤灰等，降低水泥的使用，改善骨料級配，減少水化熱;分區(qū)、分層澆筑混凝土，保持良好的散熱，減少約束力;采取有效的冷卻措施，在大體積混凝土內(nèi)部設(shè)置冷卻道，利用冷水或冷氣冷卻，降低混凝土內(nèi)外溫差;澆筑混凝土后，及時覆蓋濕潤的遮蓋材料，并進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)。

針對收縮裂縫，需要在施工過程中設(shè)置收縮縫，降低水灰比，改善混凝土性能，減少水泥的使用;不宜使用過高的配筋率，均勻分布鋼筋收縮縫;加強(qiáng)對混凝土壩體的養(yǎng)護(hù)，適當(dāng)延長養(yǎng)護(hù)時間，確?；炷辆徛鋮s，如果施工期間氣溫較低，必須對兩面混凝土都進(jìn)行保溫防護(hù)，避免寒潮侵襲。

5 裂縫處理質(zhì)量檢驗

在對該水電站工程重力壩混凝土裂縫進(jìn)行處理完成后，需要檢驗處理質(zhì)量。取內(nèi)部混凝土作為抽樣樣本，檢查外觀，裂縫漿液的填充飽滿，固化的漿液呈黃褐色橢圓狀、片形薄、結(jié)膠牢固;對灌漿材料進(jìn)行檢查，其抗壓強(qiáng)度達(dá)到32.2MPa，達(dá)到了設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。在出現(xiàn)裂縫的地方設(shè)置6 根測縫計，在下閘蓄水兩個月之后統(tǒng)計測量數(shù)據(jù)，沒有發(fā)現(xiàn)裂縫開度變化，表明裂縫處理效果良好，達(dá)到了設(shè)計要求。

6 總結(jié)

綜上所述，針對水電站工程重力壩裂縫的不同原因，采取有效的裂縫控制和處理措施，能夠確保壩體穩(wěn)定，有利于水電站效能的充分發(fā)揮。

［1］宋頂華.水電站工程重力壩混凝土裂縫的處理［J］.商情.2011，(11):182 -182.

［2］李耀.水電站工程中重力壩混凝土裂縫處理對策探討［J］.城市建設(shè)理論研究(電子版).2012，(36):75 -79.