如何預(yù)知大壩混凝土的安全使用壽命

李嘉進(jìn)

(中國(guó)水電顧問集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，四川成都 610072)

1 前 言

長(zhǎng)期以來(lái)，工程界、科技界、實(shí)驗(yàn)研究部門、學(xué)校等相關(guān)部門的科技人員，對(duì)大壩混凝土的強(qiáng)度和耐久性，給與了高度關(guān)注和重視，進(jìn)行了多方面的試驗(yàn)研究和實(shí)際工程的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，取得了可喜的成果。筆者自“七五”攻關(guān)建立混凝土容許應(yīng)力方程式以來(lái)，經(jīng)過(guò)20多年的經(jīng)驗(yàn)和資料積累，使得該方程式各項(xiàng)系數(shù)更為充實(shí)和細(xì)化(見式(1))，它包括了大體積混凝土強(qiáng)度與小試件強(qiáng)度關(guān)系，試件在長(zhǎng)期荷載作用下不同年限的強(qiáng)度、不同齡期、不同試件尺寸和形態(tài)的設(shè)計(jì)強(qiáng)度及其系數(shù)，還考慮了地震狀況對(duì)強(qiáng)度的影響，它可以預(yù)知大壩混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度與其安全運(yùn)行年限的關(guān)系。

2 大壩混凝土容許應(yīng)力的方程式

2.1 本文建立的方程式

以大試件尺寸為φ45cm×90cm圓柱體的抗壓強(qiáng)度，代表大體積混凝土的抗壓強(qiáng)度(MPa)。

美國(guó)墾務(wù)局的試驗(yàn)資料表明，φ45cm×90cm圓柱體抗壓強(qiáng)度與φ15cm×30cm圓柱體的抗壓強(qiáng)度比為0.82，而 φ15cm×30cm圓柱體抗壓強(qiáng)度與15cm×15cm×15cm立方體試件抗壓強(qiáng)度的比值為0.80。我國(guó)水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程稱 φ45cm×90cm圓柱體與φ15cm×30cm圓柱體的抗壓強(qiáng)度的比值為0.71。

本文采用大試件與15cm立方體試驗(yàn)抗壓強(qiáng)度的比值為0.568(0.71×0.80)。

根據(jù)朱柏芳院士推導(dǎo)的方程式:

筆者引用方程式(2)，計(jì)算混凝土試件在長(zhǎng)期荷載作用下與短期荷載作用下的抗壓強(qiáng)度比值，結(jié)果列于表3。

表1 最終抗壓強(qiáng)度與設(shè)計(jì)齡期抗壓強(qiáng)度的比值

應(yīng)當(dāng)指出，我國(guó)金頂、峨勝和嘉華生產(chǎn)的中熱水泥，28d的水化熱均占其最終水化熱的98%左右。

由成都院設(shè)計(jì)的大崗山水電站壩高210m的混凝土雙曲拱壩混凝土絕熱溫升試驗(yàn)表明:摻入I級(jí)粉煤灰35%，水膠比分別為0.45、0.48、0.50，其28d的絕熱溫升約為最終絕熱溫升的93%。

Tagler對(duì)水泥的四種礦物成分C3S、C2S、C3A和C4AF進(jìn)行的長(zhǎng)期水化熱試驗(yàn)表明，一年的水化熱分別為其完全水化熱的94.8%、86.3%、82.1%和98%。

另有四種水泥水化熱試驗(yàn)資料顯示:普通水泥年水化熱約為其完全水化熱的92.4%，快硬水泥一年的水化熱約為其完全水化熱的93.4%，低熱水泥一年的水化熱約為其完全水泥的93.1%，中熱水泥一年的水化熱約為其完全水化熱的94%。

以上資料說(shuō)明，水泥一年后的水化熱還剩下不到其完全水化熱的10%，普通水泥和快硬水泥的水化熱6年半幾乎已完全水化了，而低熱水泥和中熱水泥的水化熱也在13年半基本水化了。

表1顯示二灘、三峽以及羅斯大壩的混凝土一年后抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)了13% ～18%，僅相差4.4%，是偏于安全的。

表2 已建工程運(yùn)行后實(shí)測(cè)最大主壓應(yīng)力 MPa

表3 抗壓強(qiáng)度比值

計(jì)算時(shí)安全系數(shù)取最大值1.65，偏于安全。

2.2 國(guó)家“七五”科技攻關(guān)建立的“混凝土容許應(yīng)力”方程式

Jc、R意義同方程式(1)。

說(shuō)明:如在方程式(3)中引入方程式(1)的K－1·Dc等系數(shù)，那么利用方程式(3)可得{σc}≤0.341/1.65=0.206 7R·Dc。相當(dāng)于表4設(shè)計(jì)齡期180d，安全使用年限200年以上;如果混凝土設(shè)計(jì)齡期為90d，則其安全使用年限在500年以上。

根據(jù)方程式(1)計(jì)算混凝土可使用的抗壓強(qiáng)度系數(shù)結(jié)果列于表4、5。不同設(shè)計(jì)齡期的15cm立方體試件不同年限的可使用強(qiáng)度系數(shù)見圖1。

圖1 不同設(shè)計(jì)齡期15cm立方體試件不同年限的可使用強(qiáng)度系數(shù)

20cm立方體試件的抗壓強(qiáng)度可使用系數(shù)等于15cm立方體試件的抗壓強(qiáng)度乘以1.05。例如設(shè)計(jì)齡期180d、20cm的立方體試件抗壓強(qiáng)度100年的可使用系數(shù)為0.210 1乘以1.05等于0.220 6。

如果采用的試件為φ15cm×30cm圓柱體，則100年的可使用系數(shù)等于0.210 1除以0.80(或乘以1.25)等于0.262 6。

為便于查找，采用φ15cm×30cm試件，可使用的抗壓強(qiáng)度系數(shù)列于表5。

表4、5的數(shù)值系采用二灘工程的資料。

3 分析和應(yīng)用

(1)方程式(1)最適合于混凝土拱壩設(shè)計(jì)，同樣也可用于其它混凝土壩型。

(2)混凝土拱壩的設(shè)計(jì)應(yīng)力比其它壩型的混凝土設(shè)計(jì)應(yīng)力都大。至今世界上已建成高100m以上的混凝土高拱壩220多座，其中高度在200m以上的約25座。采用拱梁分載法計(jì)算的最大主壓應(yīng)力一般在7～10MPa之間，也有一些超過(guò)10MPa的，如美國(guó)羅斯(Ross)雙曲拱壩高202m，最大正應(yīng)力10.5MPa，最大主壓應(yīng)力11.6MPa;中國(guó)的小灣混凝土雙曲拱壩壩高292m，計(jì)算的最大主壓應(yīng)力10.82MPa;瑞士的康特拉(Contra)混凝土雙曲拱壩壩高220m，最大主壓應(yīng)力10.5MPa;洪都拉斯的埃爾卡洪(Elcajon)混凝土雙曲拱壩壩高234m，最大主壓應(yīng)力為12MPa。

表4 不同設(shè)計(jì)齡期15cm立方體試件不同年限的可使用強(qiáng)度系數(shù)

表5 不同設(shè)計(jì)齡期φ15cm×30cm圓柱體試件不同年限的可使用強(qiáng)度系數(shù)

(3)大壩混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度比較復(fù)雜，除了應(yīng)滿足大壩最大主壓應(yīng)力之外，還要滿足耐久性等的要求。為了能滿足耐久性，往往設(shè)計(jì)的強(qiáng)度會(huì)高于對(duì)應(yīng)力的要求?；炷恋膹?qiáng)度與水泥品種、標(biāo)號(hào)、試件尺寸和形狀、齡期、骨料種類、養(yǎng)護(hù)條件、試件的密實(shí)度、摻入的外加劑、混合材料、施工質(zhì)量等有關(guān)，其中水膠比、試件尺寸和型狀、齡期最為重要。為了使設(shè)計(jì)的強(qiáng)度能滿足大壩的安全，國(guó)內(nèi)外都采用最大主壓應(yīng)力乘以一個(gè)安全系數(shù)值。國(guó)外大都采用試件尺寸為φ15cm×30cm的圓柱體，我國(guó)和前蘇聯(lián)等國(guó)家采用15cm或20cm立方體。齡期方面，美國(guó)采用180d，試件尺寸采用φ15cm×30cm，安全系數(shù)取4;日本采用φ15cm×30cm的試件，齡期91d，安全系數(shù) 取5;我國(guó)原拱壩設(shè)計(jì)規(guī)范(SD145—1985)在2007年2月底前采用20cm立方體試件，齡期為90d，安全系數(shù)取4。我國(guó)二灘水電站混凝土的安全系數(shù)取4，齡期為180d，試件尺寸為20cm立方體。之后，我國(guó)已建和在建的特高拱壩(200m以上)的混凝土設(shè)計(jì)齡期180d，試件尺寸為15cm立方體，安全系數(shù)取4。我國(guó)現(xiàn)行的混凝土拱壩設(shè)計(jì)規(guī)范(DL/T5346—2006)的安全系數(shù)采用分項(xiàng)系數(shù)，基本組合持久狀態(tài)的安全系數(shù)取值如下:

Ⅰ級(jí)建筑物的安全等級(jí)取4.40;Ⅱ級(jí)安全等級(jí)取4.00;Ⅲ級(jí)安全等級(jí)取3.60。設(shè)計(jì)齡期均為90d。

采用本文折減系數(shù)換算的安全系數(shù)k見表6。

第2次手術(shù)時(shí)間（118.53±42.62）min，出血量（85.61±30.83）ml；后路選擇性減壓4例，神經(jīng)根癥狀消失，術(shù)后傷口愈合好，沒有出現(xiàn)并發(fā)癥。

由表6可知，混凝土15cm立方體試件抗壓強(qiáng)度的設(shè)計(jì)齡期無(wú)論是90d、180d或365d，要求混凝土安全使用期從100年到500年的安全系數(shù)之差不到4%(3.65% ～3.84%)。

表6 混凝土設(shè)計(jì)齡期強(qiáng)度、使用年限與安全系數(shù)k值關(guān)系

表7為混凝土大壩最大主壓應(yīng)力、設(shè)計(jì)齡期、抗壓強(qiáng)度和安全使用年限的關(guān)系。

表7 混凝土大壩最大主壓應(yīng)力、設(shè)計(jì)齡期、抗壓強(qiáng)度和使用年限的關(guān)系

表中混凝土的抗壓強(qiáng)度500年與100年的比值約1.039;而300年的強(qiáng)度與100年的比值約為1.025。試件為15cm立方體。

如試件采用20cm立方體，將其除以1.05，例如設(shè)計(jì)最大主壓應(yīng)力為9MPa，設(shè)計(jì)齡期為180d，300年使用年限，那么混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度應(yīng)為43.87/1.05=40.76(MPa)(因?yàn)镽20=R15/1.05);如試件尺寸為φ15cm×30cm的圓柱體，最大主壓應(yīng)力同樣為9MPa，180d設(shè)計(jì)齡期，300年的使用年限，那么混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度應(yīng)為0.80×43.87=35.10(MPa)。

對(duì)于表7中不同最大主壓應(yīng)力、180d齡期混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度、要求有效使用100年以上，其施工配合比強(qiáng)度(保證率為85%、t=1.04、Cv=0.15)見表8。

表8 混凝土施工配合比強(qiáng)度 MPa

表8表明，隨著設(shè)計(jì)的最大主壓應(yīng)力的增加，混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度也隨著增大。如以最大主壓應(yīng)力6MPa為1.00，混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度隨著最大主壓應(yīng)力增大至 7、8、9、10、11、12MPa，那么混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度分別為 6MPa 的 1.167、1.333、1.500、1.666、1.833和2.000，最大主壓應(yīng)力增加一倍時(shí)混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度也隨之增加一倍，說(shuō)明計(jì)算值與理論值一致。其他不同設(shè)計(jì)最大主壓應(yīng)力與6MPa的比值也是一樣，計(jì)算值與理論值一致。

4 大壩混凝土各項(xiàng)性能都應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求

前面主要研究了混凝土大壩在外荷載作用下的各種因素對(duì)混凝土力學(xué)抵抗能力的影響，顯然，只有力學(xué)抵抗能力還難以保證大壩的永久安全。當(dāng)然，一般地說(shuō)，混凝土強(qiáng)度高的建筑物，其耐久性也相對(duì)高些，但是強(qiáng)度高，不一定耐久性能滿足各種環(huán)境下的要求。

影響混凝土耐久性的主要因素，除了荷載之外，現(xiàn)簡(jiǎn)要?dú)w納如下。

4.1 盡量防止大壩混凝土產(chǎn)生裂縫

盡量防止大壩混凝土產(chǎn)生裂縫，混凝土產(chǎn)生裂縫的主要原因有:

(2)溫差大造成的裂縫。由于溫差引起的溫度應(yīng)力超過(guò)混凝土抗拉強(qiáng)度，或變形超過(guò)了混凝土的拉伸變形都會(huì)使混凝土開裂。大壩混凝土裂縫嚴(yán)重的要影響大壩的安全或要花費(fèi)巨資進(jìn)行修補(bǔ)，或要降低水位運(yùn)行，以至大壩失去功能被廢棄。為此，設(shè)計(jì)部門、工程界、科研、施工、監(jiān)理、業(yè)主等都非常重視防止大壩有危害的裂縫發(fā)生。從溫度應(yīng)力控制方面來(lái)說(shuō)，首先要做好溫控設(shè)計(jì)，優(yōu)選混凝土原材料和配合比，嚴(yán)格控制施工過(guò)程的每一道工序，如澆筑塊的分縫分塊(長(zhǎng)寬比控制在2.5以內(nèi)，能控制在2以內(nèi)更好)、控制拌合物的入倉(cāng)溫度、冷卻水管的布置方式、冷卻速度、收倉(cāng)后的表面養(yǎng)護(hù)、保護(hù)、接縫灌漿……都應(yīng)嚴(yán)格控制。

值得一提的是，二灘水電站大壩混凝土的冷卻水管由原設(shè)計(jì)的φ25mm鐵管改用φ32mm的聚乙烯塑料管，其冷卻效果與鐵管基本上一樣。采用塑料管運(yùn)輸、安裝方便，大大減少了接頭，每根管最長(zhǎng)可達(dá)300m，且節(jié)省了大量的成本，又加快了施工速度，減少了工人的體力勞動(dòng)，用得很成功。國(guó)內(nèi)許多大壩工程現(xiàn)在基本上都采用了類似二灘大壩的冷卻水管。

4.2 提高混凝土的抗?jié)B能力

大壩混凝土應(yīng)有足夠的抗?jié)B能力。我國(guó)現(xiàn)行的拱壩設(shè)計(jì)規(guī)范(DL/T5346—2006)是按抗?jié)B等級(jí)來(lái)規(guī)定拱壩混凝土的抗?jié)B能力，即是采用φ15cm×15cm、90d齡期的試件在規(guī)定壓力和時(shí)間下的滲水試驗(yàn)的結(jié)果。對(duì)于中、低壩不低于W6，對(duì)于高壩不低于 W8。而現(xiàn)行的混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范(DL5108—1993)是按水力坡降規(guī)定相應(yīng)的抗?jié)B等級(jí)，對(duì)壩體內(nèi)部不小于W2，在最大坡降不小于50時(shí)，抗?jié)B等級(jí)不小于W10，試件也是采用小試件90d齡期。

美國(guó)對(duì)混凝土抗?jié)B能力用滲透系數(shù)k表示，即試件在一定壓力下的單位時(shí)間內(nèi)水滲入到試件的深度。對(duì)于有抗?jié)B要求的混凝土水工建筑物，其滲透系數(shù)k≤1.5×10－9cm/s，它相當(dāng)于抗?jié)B等級(jí)W12。顯然美國(guó)對(duì)水工建筑物的抗?jié)B能力要求遠(yuǎn)比我國(guó)的高。試驗(yàn)資料表明，大體積混凝土的抗?jié)B能力比小試件低很多，如二灘大壩混凝土抗?jié)B試驗(yàn)采用全級(jí)配的大試件φ45cm×45cm的滲透系數(shù)比小試件φ15cm×15cm的約大40% ～50%。二灘大壩混凝土大試件(全級(jí)配)的滲透系數(shù) k=(0.482～0.837)×10－9cm/s，而鉆孔檢查，A 區(qū)吸水量為0，B區(qū)芯樣的 k=0.957×10－10cm/s，C區(qū)鉆孔吸水率為0.3Lu，說(shuō)明大壩混凝土是密實(shí)的。

筆者認(rèn)為，對(duì)于高壩混凝土的抗?jié)B等級(jí)應(yīng)不小于W12，或滲透系數(shù) k≤1.5×10－9cm/s;對(duì)于其他水工建筑物混凝土的抗?jié)B等級(jí)也要不小于W10，或k≤1.76 ×10－9cm/s。

4.3 混凝土應(yīng)有較好的抗裂能力

混凝土的抗裂能力一般用抗裂系數(shù)KL表示，KL越大抗裂能力越好。它與混凝土的性能和施工質(zhì)量所處的環(huán)境等有很大的關(guān)系，最主要的是與混凝土的抗拉強(qiáng)度、極限拉伸值、干縮、絕熱溫升等密切相關(guān)。中國(guó)水利水電科學(xué)研究院黃國(guó)興提出了KL的計(jì)算公式:

方程式(4)比較全面地反映了混凝土各種性能對(duì)抗裂系數(shù)的影響。將二灘大壩混凝土的試驗(yàn)資料代入計(jì)算得出:考慮干縮εs后的KL1=0.64，而不考慮干縮值 εs的 KL2=1.64，即 KL1/KL2=0.39，說(shuō)明保持混凝土不干縮(不間斷地噴水養(yǎng)護(hù))十分重要。

4.4 盡可能提高混凝土的極限拉伸和抗拉強(qiáng)度

建議180d的極限拉伸不小于110×10－6，抗拉強(qiáng)度不小于4MPa，彈性模量小于30GPa，盡可能選用具有微膨脹型的水泥，絕熱溫升小些，施工中精心做好溫控等措施，就有可能使大壩混凝土裂縫減少到最低程度。二灘水電站于2000年6月施工安鑒驗(yàn)收時(shí)，大壩只發(fā)現(xiàn)19條裂縫，且多為發(fā)絲裂縫，每萬(wàn)立方米混凝土只有0.046條，是國(guó)內(nèi)已建大壩工程中裂縫最少的。國(guó)內(nèi)已建水電站大壩混凝土裂縫每萬(wàn)立方米混凝土最少的也有0.59條，約為二灘的12.8倍，而最多的可達(dá)20條/萬(wàn)m3，約為二灘的435倍。

4.5 提高大壩混凝土的抗凍性

抗凍融指標(biāo)是反映混凝土耐久性的重要指標(biāo)，其抗凍融能力高，耐久性也好，寒冷地域直觀一些。混凝土的耐久性不僅反映了凍融破壞，還包含日曬、雨淋、干濕環(huán)境、氣溫變化、空氣中有害物質(zhì)的侵蝕、CO2的作用——碳化、水流沖刷等。如果混凝土的抗凍能力高，以上可能造成混凝土病害的因素也可得到一定程度的緩解。一些水工建筑物由于抗凍能力低，運(yùn)行沒有多少年，表面就被損壞了，如:豐滿、云峰、大黑汀水庫(kù)、古田溪三級(jí)平板支墩壩等混凝土表面破壞都是因?yàn)榛炷燎啡笨箖龃胧┧隆?/p>

水利水電科學(xué)研究院李金玉等根據(jù)試驗(yàn)研究和對(duì)我國(guó)不同地域的大氣溫度變化情況的調(diào)查，提出了大壩等重要建筑物安全性運(yùn)行年限和混凝土抗凍安全性設(shè)計(jì)等級(jí)的關(guān)系，其初步建議如下:

對(duì)安全運(yùn)行80～100年的我國(guó)大壩混凝土的抗凍融等級(jí)為:東北、西北地區(qū)F800～F1000;華北地區(qū)F500～F600;華東地區(qū) F100～F200;華中地區(qū)F100～F150;華南地區(qū)F50。

國(guó)外對(duì)大壩混凝土的抗凍性等級(jí)的要求比較高。如瑞士的莫瓦?；炷岭p曲拱壩(高250.5m)采用F5000;而我國(guó)混凝土拱壩設(shè)計(jì)規(guī)范最高的抗凍等級(jí)為F300(齡期90d)。

大量的試驗(yàn)資料表明，在水膠比大于或等于0.50，混凝土中摻入引氣劑使其含氣量控制在5%左右，抗凍等級(jí)很容易達(dá)到F300;如果不摻引氣劑，則其抗凍等級(jí)小于F75。

因此，筆者建議在寒冷地區(qū)，混凝土的抗凍等級(jí)不小于F300;在溫和地區(qū)，抗凍等級(jí)不低于F150～F200。試驗(yàn)資料表明，摻入引氣劑的混凝土可改善很多性能，如減少滲透性、降低彈性模量、增加拌合物的和易性、減少每立方米混凝土的用水量等。

4.6 優(yōu)化混凝土配合比

在混凝土各組成原材料經(jīng)優(yōu)選確定后，在滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)的前提下，盡量減少每立方米混凝土的用水量，盡可能地多摻入混合材(如粉煤灰);在能澆筑的條件下，盡量減少拌合物的的坍落度;根據(jù)建筑物的形狀，盡可能選用較大顆粒的粗骨料級(jí)配和較低的砂率，能用四級(jí)配的不用三級(jí)配，能用三級(jí)配的不用二級(jí)配，能用二級(jí)配的不用一級(jí)配。粗骨料大的級(jí)配比小的不僅可以減少膠凝材料用量和減少砂率，更有利于改善和提高混凝土的主要性能——強(qiáng)度和耐久性。

4.7 科學(xué)地限制混凝土的最大水膠比

混凝土原材料經(jīng)優(yōu)選確定后，水膠比是混凝土強(qiáng)度和耐久性的決定因素。水膠比大，在混凝土中存在一些無(wú)用而可能有害的水，尤其對(duì)混凝土耐久性不利。供水泥本身水化作用的水，約為水泥重量的26%，即水灰比0.26，而多余的水是為了施工需要(方便)。那么混凝土的水膠比既要滿足強(qiáng)度又要滿足耐久性，合適的水膠比主要取定于混凝土的抗凍等級(jí)。水膠比愈小，抗凍等級(jí)愈高，耐久性愈好。但是小的水膠比所用的膠凝材料要多，混凝土的絕熱溫升也要高，收縮也大，對(duì)抗裂不利，成本也高。故要做全面的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，應(yīng)在滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，使用最經(jīng)濟(jì)的水膠比，但不能超過(guò)規(guī)范規(guī)定。

我國(guó)拱壩規(guī)范規(guī)定:對(duì)有抗凍要求的，混凝土的最大水膠比為0.50;對(duì)溫和地區(qū)水上部位的最大水膠比為0.55。

世界上已建成的高拱壩，混凝土的水膠比大都小于0.50，如瓦伊昂壩高261.5m，水膠比為0.44～0.46;前蘇聯(lián)的英古里壩高 271.5m，水膠比為0.45;美國(guó)的羅斯壩高202m，水膠比為0.41，;我國(guó)二灘大壩高240m，實(shí)際水膠比為0.447～0.486。

4.8 嚴(yán)格控制混凝土的施工質(zhì)量

混凝土施工質(zhì)量的好壞，密實(shí)性程度是最重要的指標(biāo)，密實(shí)性大的混凝土，其性能也都好些，如強(qiáng)度、抗?jié)B性、抗凍性、抗碳化、抗侵蝕、抗沖磨等。二灘大壩混凝土，測(cè)得鉆孔芯樣的容重比試驗(yàn)室試件的容重大4.76%;理論的容重比芯樣容重大1.01%。從強(qiáng)度方面比較，A區(qū)芯樣的抗壓強(qiáng)度68.3MPa，齡期284d～312d，而一年齡期的檢測(cè)試件抗壓強(qiáng)度為64.36MPa，即A區(qū)芯樣抗壓強(qiáng)度比檢測(cè)試件抗壓強(qiáng)度大6.12%;B區(qū)芯樣抗壓強(qiáng)度60.3MPa，齡期為218d～361d，而其一年齡期的檢測(cè)抗壓強(qiáng)度為58.56MPa，即B區(qū)芯樣抗壓強(qiáng)度比檢測(cè)試件的大2.97%;C區(qū)芯樣抗壓強(qiáng)度58.0MPa，齡期為337d～370d，而其一年檢測(cè)試件的抗壓強(qiáng)度為56.35MPa，即C區(qū)芯樣抗壓強(qiáng)度比其檢測(cè)試件的抗壓強(qiáng)度大2.93%。從抗?jié)B性比較，鉆孔壓水試驗(yàn)表明，A區(qū)的吸水率為0，而其他全級(jí)配大試件180d的滲透系數(shù)k=0.482×10－9cm/s(遠(yuǎn)比美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)k≤1.50×10－9cm/s小);B區(qū)芯樣的滲透系數(shù)k=0.957×10－10cm/s，遠(yuǎn)比其全級(jí)配大試件180d的k=0.593×10－9cm/s小很多，約為試驗(yàn)室試件滲透系數(shù)的20%。這些實(shí)測(cè)值與實(shí)驗(yàn)值的比較，說(shuō)明大壩混凝土的施工質(zhì)量比試驗(yàn)室的試件還要好，或可以認(rèn)為二灘大壩混凝土的施工質(zhì)量高于設(shè)計(jì)的要求。

值得一提的是:二灘大壩橫縫的接縫灌漿控制混凝土壩塊體溫度的冷卻速度較均勻，不同冷卻水管的布置方式(水平和垂直間距為1.0～1.5m、1.5～1.5m、1.5～3.0m)其最大降溫速度為0.66℃/d，冷卻時(shí)間對(duì)于1.0～1.5m布置方式Ⅰ期為14d、Ⅱ期為16d，總計(jì)30d;對(duì)于1.5～1.5m布置方式Ⅰ期為21d、Ⅱ期為24d，總計(jì)45d;對(duì)于1.5～3.0m 布置方式Ⅰ期為47d、Ⅱ期為53d，合計(jì)100d。設(shè)計(jì)的壩體封拱溫度16～14℃，實(shí)際的封拱溫度平均為12.56℃，接縫灌漿時(shí)混凝土的齡期55～663d。灌漿后鉆孔檢查漿液充填率為98.75%，壓水試驗(yàn)表明絕大部分吸水量為0，個(gè)別達(dá)0.59Lu(葡萄牙拱壩設(shè)計(jì)中允許滲水量1～2Lu;前蘇聯(lián)托克托古爾重力壩高215m，允許壩體混凝土單位滲水量為1Lu)。

4.9 做好混凝土表面養(yǎng)護(hù)和保護(hù)

養(yǎng)護(hù)和保護(hù)是防止混凝土表面裂縫的重要措施。混凝土干縮值永遠(yuǎn)比其極限拉伸值大。水科院2010年為大崗山拱壩混凝土所做的實(shí)驗(yàn)表明:采用M42.5的中熱水泥，粉煤灰摻量30%，水膠比0.45，混凝土齡期從28d到365d，各齡期的混凝土試件的干縮變形為其相應(yīng)齡期試件的極限拉伸變形的2.56～2.87倍。這是在混凝土相應(yīng)齡期極限拉伸值為(113～145)×10－6情況下的比值。如果極限拉伸值小于上述值，則干縮與極限拉伸的比值還要大。顯然，如果混凝土表面不養(yǎng)護(hù)或不保護(hù)，裂縫肯定要發(fā)生，甚至發(fā)展到深部，危害建筑物的安全。

試驗(yàn)資料表明，沒有養(yǎng)護(hù)的混凝土試件的抗壓強(qiáng)度只有養(yǎng)護(hù)的40%左右。這與前面講的考慮干縮與不考慮干縮的抗裂系數(shù)的比值幾乎一致。二灘大壩混凝土是收倉(cāng)后即進(jìn)行長(zhǎng)期噴水養(yǎng)護(hù)和保護(hù)，既阻止了水分散失，又降低了混凝土壩塊的內(nèi)外溫差而防止產(chǎn)生裂縫。三峽大壩混凝土除了養(yǎng)護(hù)之外還特別注意表面養(yǎng)護(hù)，在工程驗(yàn)收時(shí)，沒有發(fā)現(xiàn)裂縫。

4.10 大壩基礎(chǔ)的處理

必須滿足設(shè)計(jì)對(duì)壩基各項(xiàng)指標(biāo)的要求，尤其是承載能力、穩(wěn)定和滲漏等。

5 結(jié)束語(yǔ)

只要知道混凝土大壩的最大主壓應(yīng)力和采用15cm、20cm立方體或φ15cm×30cm圓柱體試件的設(shè)計(jì)齡期的強(qiáng)度，利用本文提供的方程式(1)或查表4、5、6就能預(yù)先知道該大壩混凝土的安全使用壽命(年限)。

利用方程式(1)、方程式(2)表1、2、6計(jì)算得到表4、5，由表4計(jì)算得到表6、7、8。設(shè)計(jì)人員可以從表7中根據(jù)大壩設(shè)計(jì)的最大主壓應(yīng)力查找不同使用年限和不同設(shè)計(jì)齡期的混凝土抗壓強(qiáng)度，或從表6的安全系數(shù)選擇設(shè)計(jì)最大主壓應(yīng)力，要求大壩使用年限所需的不同齡期混凝土的抗壓強(qiáng)度;檢查人員或業(yè)主或關(guān)心該工程的人員，也可以從混凝土的檢測(cè)強(qiáng)度或鉆芯的抗壓強(qiáng)度減去施工配合比中的t×σ后除以表6中相應(yīng)設(shè)計(jì)齡期和使用年限對(duì)應(yīng)的安全系數(shù)，即可得到該大壩容許的應(yīng)力，如它大于設(shè)計(jì)的最大主壓應(yīng)力，即認(rèn)為是安全的，并同時(shí)也知道了該大壩混凝土的有效使用年限(壽命)。例如二灘大壩混凝土設(shè)計(jì)齡期為180d，實(shí)際檢測(cè)的平均抗壓強(qiáng)度58.66MPa，減去1.04×5.5等于52.94MPa，再除以表6中500年，180d設(shè)計(jì)齡期的安全系數(shù)為4.94，等于10.72MPa×1.3=13.94MPa。此值大于招標(biāo)文件規(guī)定有地震特殊荷載的最大主壓應(yīng)力12.50MPa，是安全的，有效年限500年。又如三峽大壩混凝土水位變化區(qū)，90d齡期的檢測(cè)抗壓強(qiáng)度46.8－0.84×5=42.6MPa，除以表6中500年90d設(shè)計(jì)齡期的安全系數(shù)4.22，得到10.10MPa×1.3=13.13MPa，此值遠(yuǎn)大于該工程最大主壓應(yīng)力(估算)5.5MPa，再加上估算地震應(yīng)力(按最大主壓應(yīng)力的50%計(jì)算)等于8.25MPa，即三峽大壩混凝土可安全運(yùn)行500年以上。

當(dāng)然，應(yīng)當(dāng)保證大壩混凝土的施工完全滿足設(shè)計(jì)要求，同時(shí)還要科學(xué)的管理，合理調(diào)度泄水量和時(shí)間，做好大壩運(yùn)行的監(jiān)測(cè)與分析，及時(shí)反饋異常情況的信息，并進(jìn)行全面的總結(jié)，為提高水工建筑物的技術(shù)經(jīng)濟(jì)水平提供經(jīng)驗(yàn)和科學(xué)的依據(jù)。

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