堆石混凝土在安徽大龍?zhí)洞髩渭庸讨械膽?/h1>
2013-02-28 05:30:20陳景富王永海
水科學與工程技術(shù) 2013年1期
陳景富，王永海
（安徽省水利水電勘測設(shè)計院，合肥 230022）
堆石混凝土在安徽大龍?zhí)洞髩渭庸讨械膽?/p>
陳景富，王永海
（安徽省水利水電勘測設(shè)計院，合肥 230022）
大龍?zhí)端畮齑髩问且蛔鶟{砌石拱壩，由于施工時封拱溫度偏高等原因，導致壩體應力超標，產(chǎn)生裂縫。為了改善壩體應力，采用堆石混凝土在壩下游側(cè)進行貼厚加固。文中對大龍?zhí)洞髩问褂枚咽炷良庸痰那闆r進行了介紹。
大龍?zhí)叮欢咽炷?；拱壩；加?/p>
1 工程概況
大龍?zhí)端畮煳挥诎不帐≡牢骺h境內(nèi)潛水干流上游寨家河上，距縣城天堂鎮(zhèn)32km。水庫壩址以上流域面積209km2，總庫容1074萬m3，電站裝機容量10MW，是1座以防洪、發(fā)電為主，結(jié)合灌溉、養(yǎng)殖等綜合利用的中型水庫。水庫樞紐由攔河壩、壩頂溢洪道、泄洪洞、引水隧洞和電站廠房等組成。
攔河壩為漿砌石拋物線型雙曲拱壩，最大壩高64.5m，壩頂弧長185.49m，底厚13.0m，頂厚3.0m，壩底厚14.0m。壩頂溢洪道為開敞式，共10孔，單孔凈寬6.64m，總凈寬66.4m，堰頂高程322m；泄洪洞位于右岸山體內(nèi)，洞長133.48m，進口為開敞式，設(shè)有弧形溢流堰，堰頂高程322m，弧長38.0m。引水隧洞進水口位于大壩左岸，為岸塔式，進口孔口尺寸3m×3m，啟閉機臺高程330.5m。
大龍?zhí)端畮旃こ逃?991年10月開工建設(shè)，1995年元月竣工。
2 存在的主要問題
2.1 大壩裂縫
大龍?zhí)洞髩卧谄渥笥野?/3～1/4拱座處均設(shè)有寬縫，縫寬1.0m。水庫運行幾年后，壩體在右岸寬縫中部和左岸寬縫左側(cè)均產(chǎn)生1條裂縫，自基礎(chǔ)裂至壩頂，上下游面貫通，且存在滲漏現(xiàn)象，滲漏量隨季節(jié)變化，尤其是冬季低溫季節(jié)，滲漏明顯增大。
根據(jù)施工記錄，施工時為了加快進度，寬縫回填基本上與壩體澆筑同期上升，僅滯后1個澆筑層（1.2～1.5m），未按設(shè)計要求在低溫下進行，造成壩體封拱溫度過高。在大壩6個計算封拱層中，有3層封拱溫度超過20℃，最高達25℃，與設(shè)計要求的封拱溫度14℃相差較大。壩體應力分析表明，壩體最大拉應力達2.65MPa，多數(shù)拱圈處于全斷面受拉狀態(tài)，產(chǎn)生壩體裂縫是必然的。
2.2 壩體應力超標
大龍?zhí)端畮鞌r河壩為拋物線砌石雙曲拱壩，壩頂高程330.5m，防浪墻頂高程331.7m，最大壩高64.5m，壩頂弧長185.49m，加固前壩頂寬度3m，壩底最大寬度13.0m，厚高比0.202。
采用拱梁分載法進行壩體應力計算，各項物理力學指標如表1所示。
表1 物理力學指標
計算荷載包括上、下游水壓力、淤砂壓力、壩體自重和溫度荷載?？紤]的荷載組合有5組：①正常蓄水位322m的水壓力+淤砂壓力+自重+溫降；②設(shè)計洪水位328.48m的水壓力+淤砂壓力+自重+溫升；③死水位306.0m的水壓力+淤砂壓力+自重+溫升；④死水位306.0m的水壓力+淤砂壓力+自重+溫降；⑤校核洪水位330.45m的水壓力+淤砂壓力+自重+溫升。
拉應力控制指標為，拱壩中央懸臂梁底不大于1.5MPa，其他部位不大于1.40MPa。
溫度荷載考慮兩種計算方法：①采用設(shè)計封拱溫度，溫度荷載按SL282—2003《混凝土拱壩設(shè)計規(guī)范》的要求和公式計算，多年平均氣溫為15.5℃，多年平均氣溫年變幅為13.8℃，計算封拱溫度采用14.0℃；②采用實際封拱溫度，計算封拱溫度由各層實際封拱時的氣溫確定。
根據(jù)SL25—91《漿砌石壩設(shè)計規(guī)范》的規(guī)定，對于150#膠結(jié)材料砌粗料石、塊石砌體，計算拉應力在拱壩中央懸臂梁底不大于1.5MPa，其他部位不大于1.40MPa。
經(jīng)計算，設(shè)計封拱溫度下的壩體應力成果如表2所示。結(jié)果表明，設(shè)計封拱溫度下壩體應力均小于控制值。
表2 設(shè)計封拱溫度下大壩應力分析成果
大壩各層實際封拱期溫度如表3所示。按照實際封拱溫度計算的壩體應力成果如表4所示。從計算成果看，壩體最大拉應力達2.65MPa，拉應力區(qū)大，多數(shù)拱圈處于全斷面受拉狀態(tài)，因此，出現(xiàn)裂縫是必然的。
表3 實際封拱溫度值
表4 實際封拱溫度下拱壩應力計算成果
3 大壩堆石混凝土貼厚加固
大壩應力超標是壩體裂縫的主要原因。因此，大壩加固主要圍繞改善大壩應力狀況擬定處理措施。經(jīng)方案比較，決定采用在大壩下游側(cè)采用堆石混凝土貼厚加固的處理方案。
具體加固措施為：在大壩下游側(cè)采用堆石混凝土加厚壩體，下游面采用預制混凝土塊砌體兼做模板，堆石混凝土膠結(jié)材料采用C15自密實混凝土。加固厚度由高程267.0m處的5.0m，線性變化至壩頂（高程322.0m）的1.0m。新、老壩體間采用錨筋連接，間距為2.0m，長2.0m。結(jié)合面鑿毛并沖洗，并按規(guī)范要求，分區(qū)布置灌漿系統(tǒng)，后期對新、老壩體接觸面進行灌漿。
對加固后的大壩應力進行驗算，計算結(jié)果得出最大拉應力為1.1MPa，出現(xiàn)在荷載組合④工況，遠小于控制應力，其余組合最大拉應力均小于1.0MPa，加固效果明顯。
大壩堆石混凝土施工前，在現(xiàn)場進行了生產(chǎn)性試驗。從試驗結(jié)果看，混凝土密實性和強度均能滿足要求。
對大壩左右寬縫處已出現(xiàn)的裂縫，采用上游縫口封堵，中間灌漿的方法進行處理。
4 結(jié)語
（1）大龍?zhí)洞髩渭庸虒嵺`表明，采用堆石混凝土加厚壩體，施工工藝簡單，進度快，節(jié)省人力。堆石混凝土是一種值得發(fā)展推廣的新型工程材料。
（2）堆石混凝土應盡量避免使用片石，如必須使用時，不能平放，否則會造成片石底部脫空，形成內(nèi)部空腔；風化程度高的巖石或因吸水性強等原因，與自密實混凝土結(jié)合性較差，應禁止使用。
［1］SL25—2006，砌石壩設(shè)計規(guī)范［S］.
［2］SL282—2003，混凝土拱壩設(shè)計規(guī)范［S］.
［3］石建軍，張志恒，金鋒，等.自密實混凝土充填堆石體的試驗［J］.南華大學學報（自然科學版），2005，19（1）.
［4］金鋒，安雪暉，石建軍，等.堆石混凝土與堆石混凝土大壩［J］.水利學報，2005，36（11）.
［5］黃錦松，周虎，安雪暉.堆石混凝土綜合性能的試驗研究［J］.建筑材料學報，2008，11（2）.
Application of Rock-fill Concrete in the Reinforcement of Dalongtan Reservoir Dam
CHEN Jing-fu，WANG Yong-hai
（Water Conservancy and Hydropower Investigation and Design Institute of Anhui Province，Hefei 230022，China）
The Dalongtan reservoir dam is an arch dam of masonry.Due to the higher gemel arch temperature during construction and other reasons，the dam stress exceeds the standard limit and cracks appear on the surface of the dam.In order to improve the stress of dam body，rock-fill concrete is applied in the dam body reinforcement on the downstream side. And this application is introduced.
Dalongtan reservoir；rock-fill concrete；arch dam；reinforcement
TV5；TV64
A
1672-9900（2013）01-0057-03
2012-10-29
陳景富（1962-），男（漢族），福建上杭人，正高級工程師，主要從事水工結(jié)構(gòu)設(shè)計與研究，（Tel）0551-65738095。
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（安徽省水利水電勘測設(shè)計院，合肥 230022）
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攔河壩為漿砌石拋物線型雙曲拱壩，最大壩高64.5m，壩頂弧長185.49m，底厚13.0m，頂厚3.0m，壩底厚14.0m。壩頂溢洪道為開敞式，共10孔，單孔凈寬6.64m，總凈寬66.4m，堰頂高程322m；泄洪洞位于右岸山體內(nèi)，洞長133.48m，進口為開敞式，設(shè)有弧形溢流堰，堰頂高程322m，弧長38.0m。引水隧洞進水口位于大壩左岸，為岸塔式，進口孔口尺寸3m×3m，啟閉機臺高程330.5m。
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大龍?zhí)洞髩卧谄渥笥野?/3～1/4拱座處均設(shè)有寬縫，縫寬1.0m。水庫運行幾年后，壩體在右岸寬縫中部和左岸寬縫左側(cè)均產(chǎn)生1條裂縫，自基礎(chǔ)裂至壩頂，上下游面貫通，且存在滲漏現(xiàn)象，滲漏量隨季節(jié)變化，尤其是冬季低溫季節(jié)，滲漏明顯增大。
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2.2 壩體應力超標
大龍?zhí)端畮鞌r河壩為拋物線砌石雙曲拱壩，壩頂高程330.5m，防浪墻頂高程331.7m，最大壩高64.5m，壩頂弧長185.49m，加固前壩頂寬度3m，壩底最大寬度13.0m，厚高比0.202。
采用拱梁分載法進行壩體應力計算，各項物理力學指標如表1所示。
表1 物理力學指標
計算荷載包括上、下游水壓力、淤砂壓力、壩體自重和溫度荷載?？紤]的荷載組合有5組：①正常蓄水位322m的水壓力+淤砂壓力+自重+溫降；②設(shè)計洪水位328.48m的水壓力+淤砂壓力+自重+溫升；③死水位306.0m的水壓力+淤砂壓力+自重+溫升；④死水位306.0m的水壓力+淤砂壓力+自重+溫降；⑤校核洪水位330.45m的水壓力+淤砂壓力+自重+溫升。
拉應力控制指標為，拱壩中央懸臂梁底不大于1.5MPa，其他部位不大于1.40MPa。
溫度荷載考慮兩種計算方法：①采用設(shè)計封拱溫度，溫度荷載按SL282—2003《混凝土拱壩設(shè)計規(guī)范》的要求和公式計算，多年平均氣溫為15.5℃，多年平均氣溫年變幅為13.8℃，計算封拱溫度采用14.0℃；②采用實際封拱溫度，計算封拱溫度由各層實際封拱時的氣溫確定。
根據(jù)SL25—91《漿砌石壩設(shè)計規(guī)范》的規(guī)定，對于150#膠結(jié)材料砌粗料石、塊石砌體，計算拉應力在拱壩中央懸臂梁底不大于1.5MPa，其他部位不大于1.40MPa。
經(jīng)計算，設(shè)計封拱溫度下的壩體應力成果如表2所示。結(jié)果表明，設(shè)計封拱溫度下壩體應力均小于控制值。
表2 設(shè)計封拱溫度下大壩應力分析成果
大壩各層實際封拱期溫度如表3所示。按照實際封拱溫度計算的壩體應力成果如表4所示。從計算成果看，壩體最大拉應力達2.65MPa，拉應力區(qū)大，多數(shù)拱圈處于全斷面受拉狀態(tài)，因此，出現(xiàn)裂縫是必然的。
表3 實際封拱溫度值
表4 實際封拱溫度下拱壩應力計算成果
3 大壩堆石混凝土貼厚加固
大壩應力超標是壩體裂縫的主要原因。因此，大壩加固主要圍繞改善大壩應力狀況擬定處理措施。經(jīng)方案比較，決定采用在大壩下游側(cè)采用堆石混凝土貼厚加固的處理方案。
具體加固措施為：在大壩下游側(cè)采用堆石混凝土加厚壩體，下游面采用預制混凝土塊砌體兼做模板，堆石混凝土膠結(jié)材料采用C15自密實混凝土。加固厚度由高程267.0m處的5.0m，線性變化至壩頂（高程322.0m）的1.0m。新、老壩體間采用錨筋連接，間距為2.0m，長2.0m。結(jié)合面鑿毛并沖洗，并按規(guī)范要求，分區(qū)布置灌漿系統(tǒng)，后期對新、老壩體接觸面進行灌漿。
對加固后的大壩應力進行驗算，計算結(jié)果得出最大拉應力為1.1MPa，出現(xiàn)在荷載組合④工況，遠小于控制應力，其余組合最大拉應力均小于1.0MPa，加固效果明顯。
大壩堆石混凝土施工前，在現(xiàn)場進行了生產(chǎn)性試驗。從試驗結(jié)果看，混凝土密實性和強度均能滿足要求。
對大壩左右寬縫處已出現(xiàn)的裂縫，采用上游縫口封堵，中間灌漿的方法進行處理。
4 結(jié)語
（1）大龍?zhí)洞髩渭庸虒嵺`表明，采用堆石混凝土加厚壩體，施工工藝簡單，進度快，節(jié)省人力。堆石混凝土是一種值得發(fā)展推廣的新型工程材料。
（2）堆石混凝土應盡量避免使用片石，如必須使用時，不能平放，否則會造成片石底部脫空，形成內(nèi)部空腔；風化程度高的巖石或因吸水性強等原因，與自密實混凝土結(jié)合性較差，應禁止使用。
［1］SL25—2006，砌石壩設(shè)計規(guī)范［S］.
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［3］石建軍，張志恒，金鋒，等.自密實混凝土充填堆石體的試驗［J］.南華大學學報（自然科學版），2005，19（1）.
［4］金鋒，安雪暉，石建軍，等.堆石混凝土與堆石混凝土大壩［J］.水利學報，2005，36（11）.
［5］黃錦松，周虎，安雪暉.堆石混凝土綜合性能的試驗研究［J］.建筑材料學報，2008，11（2）.
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CHEN Jing-fu，WANG Yong-hai
（Water Conservancy and Hydropower Investigation and Design Institute of Anhui Province，Hefei 230022，China）
The Dalongtan reservoir dam is an arch dam of masonry.Due to the higher gemel arch temperature during construction and other reasons，the dam stress exceeds the standard limit and cracks appear on the surface of the dam.In order to improve the stress of dam body，rock-fill concrete is applied in the dam body reinforcement on the downstream side. And this application is introduced.
Dalongtan reservoir；rock-fill concrete；arch dam；reinforcement
TV5；TV64
A
1672-9900（2013）01-0057-03
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陳景富（1962-），男（漢族），福建上杭人，正高級工程師，主要從事水工結(jié)構(gòu)設(shè)計與研究，（Tel）0551-65738095。
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