雪山湖水庫(kù)溢洪道右導(dǎo)墻裂縫分析與處理

趙性發(fā)

（吉林兩江水力發(fā)電股份有限公司，吉林安圖，133600）

1 工程概述

雪山湖水庫(kù)位于第二松花江干流上，第二松花江源于美麗的長(zhǎng)白山天池，海拔高程2660 m?？値?kù)容2.105億m3，樞紐工程為二等大（2）型工程，主要水工建筑物有：大壩、溢洪道、泄洪洞、引水系統(tǒng)、發(fā)電廠房等。

溢洪道位于大壩左岸，為岸邊開(kāi)敞式溢洪道，軸線長(zhǎng)233.27 m，自上而下由引渠、閘室段、陡槽、挑流段、尾渠組成。堰型為WES型實(shí)用堰，堰頂高程536.50 m。閘室為兩孔，單孔凈寬9.00 m，兩扇弧門尺寸均為9.00 m×9.00 m。溢洪道右導(dǎo)墻長(zhǎng)26.74 m，呈反弧形，反弧角25°40′，底部基礎(chǔ)坐落于良好基巖上，其底高程為532.00 m。導(dǎo)墻高15.40 m，呈倒“T”字型設(shè)計(jì)。

2 導(dǎo)墻裂縫

2.1 導(dǎo)墻裂縫現(xiàn)狀

為詳細(xì)了解導(dǎo)墻裂縫情況及其產(chǎn)生的原因，對(duì)導(dǎo)墻進(jìn)行了詳細(xì)的調(diào)查分析，共有大小裂縫10條，比較大的裂縫有3條，其中豎向2條，為貫穿性裂縫；橫向1條，從溢洪道0-000.45至導(dǎo)墻末端，首部近沿大壩混凝土面板與導(dǎo)墻接觸部位的斜縫，緊接水平縫為施工縫，延伸一段后斜下與下一道施工縫相接。裂縫情況統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 裂縫統(tǒng)計(jì)表Table 1 Statistics of the cracks

導(dǎo)墻一側(cè)為迎水面（溢洪道側(cè)墻面），一側(cè)為背水面（鄰壩側(cè)），對(duì)每一條裂縫進(jìn)行了標(biāo)識(shí)，詳見(jiàn)圖1～圖4。

圖1 導(dǎo)墻迎水面裂縫示意Fig.1 Cracks on the upstream face of the guide wall

圖2 導(dǎo)墻背水面裂縫示意Fig.2 Cracks on the downstream face of the guide wall

圖3 導(dǎo)墻背水面照片F(xiàn)ig.3 Picture of the downstream face of the guide wall

圖4 導(dǎo)墻迎水面照片F(xiàn)ig.4 Picture of the upstream face of the guide wall

1號(hào)縫是結(jié)構(gòu)縫，縫內(nèi)止水材料風(fēng)化破壞嚴(yán)重。

2號(hào)裂縫在右側(cè)墻面上，是表面裂縫。裂縫走向?yàn)橄?號(hào)縫（結(jié)構(gòu)縫）延伸，對(duì)整體混凝土結(jié)構(gòu)影響較小，破壞形式為小面積混凝土剝離。

3號(hào)、4號(hào)、5號(hào)、6號(hào)、7號(hào)裂縫是在右側(cè)墻面上一條相連的裂縫，為深層或貫穿性裂縫。裂縫表面開(kāi)度較大，裸露的混凝土內(nèi)部鋼筋銹蝕嚴(yán)重，裂縫上部混凝土和下部混凝土不在同一豎直平面內(nèi)。

8號(hào)裂縫在右側(cè)墻面上，是淺層裂縫。

9號(hào)縫為結(jié)構(gòu)縫，結(jié)構(gòu)縫表面有混凝土剝落，裸露的混凝土內(nèi)部鋼筋銹蝕嚴(yán)重。

10號(hào)裂縫是貫穿性裂縫。此裂縫完全貫穿混凝土結(jié)構(gòu)，左側(cè)墻面裂縫位置與右側(cè)墻面裂縫位置一致。

2.2 導(dǎo)墻變形情況

為了解導(dǎo)墻裂縫產(chǎn)生的變形情況，采用坐標(biāo)測(cè)量（全站儀測(cè)量）和直接測(cè)量（鉛垂吊線）兩種方法測(cè)量，互相復(fù)核測(cè)量導(dǎo)墻頂部相對(duì)于墻底的變形。根據(jù)裂縫情況，共選取了9個(gè)斷面測(cè)量其變形情況，斷面間距在3 m左右，斷面變形測(cè)量示意見(jiàn)圖5。

圖5 導(dǎo)墻測(cè)量示意圖Fig.5 Measurement of the guide wall

從測(cè)量數(shù)據(jù)看，導(dǎo)墻橫縫以上變形明顯，相對(duì)于墻底533.00 m高程，墻頂最小偏移發(fā)生在L1斷面，為6.7 cm，最大偏移發(fā)生在L2斷面，為21.7 cm，從以上圖對(duì)比可以看出，偏移起始位置與裂縫位置呈基本對(duì)應(yīng)的關(guān)系。以墻底為基準(zhǔn)，測(cè)量變形線多呈先左后右擺動(dòng)的曲線，說(shuō)明在原施工中存在“跑?！爆F(xiàn)象，所以墻頂?shù)淖冃问怯闪芽p和“跑模”兩部分變形之和引起的。以下是9個(gè)斷面變形分析示意圖。

2.3 裂縫產(chǎn)生原因分析

通過(guò)認(rèn)真研究分析，引起本工程裂縫的主要原因?yàn)榛炷潦湛s和荷載作用。

圖6 斷面變形示意圖Fig.6 Deformation of the cross section

（1）混凝土收縮：在原施工中存在薄弱環(huán)節(jié)，如混凝土坍落度偏大，攪拌不均，振搗不實(shí)，養(yǎng)護(hù)不好，層面處理不良等原因，導(dǎo)致混凝土收縮、干縮值偏大，產(chǎn)生施工縫。由于導(dǎo)墻斷面較薄，混凝土收縮變形影響較為明顯，表現(xiàn)主要是豎向縫，如10號(hào)裂縫；其次施工過(guò)程產(chǎn)生的施工冷縫處理不當(dāng)，產(chǎn)生了水平裂縫。

（2）荷載作用：由于該工程地處高寒地區(qū)，水庫(kù)水面結(jié)冰較厚，水位無(wú)法觀測(cè)。為了觀測(cè)水位，冬季溢洪道弧形工作閘門采用潛水泵射流法運(yùn)行，以保證閘門前不結(jié)冰。由于潛水泵位置靠前，設(shè)在靠右導(dǎo)墻側(cè)的前部標(biāo)尺處，造成溢洪道內(nèi)較大范圍無(wú)冰，使右導(dǎo)墻一側(cè)有冰（墻背、大壩側(cè)）、一側(cè)無(wú)冰運(yùn)行。由于冰荷載較大，使導(dǎo)墻向迎水側(cè)（溢洪道方向）變形較大，超過(guò)其承載能力，在受力最大處或結(jié)構(gòu)薄弱部位拉開(kāi)，表現(xiàn)主要是水平縫，沿施工縫處（如4號(hào)、6號(hào)縫）和截面突變部位（如3號(hào)縫）產(chǎn)生裂縫。這是導(dǎo)墻產(chǎn)生水平裂縫的主要原因。

3 裂縫處理

3.1 裂縫處理必要性

裂縫的存在會(huì)造成裂縫內(nèi)進(jìn)水，進(jìn)而引起混凝土凍融破壞、鋼筋銹蝕及裂縫進(jìn)一步擴(kuò)展（加寬、加深及延長(zhǎng)），并威脅裂縫以上墻體穩(wěn)定。溢洪道泄洪時(shí)，導(dǎo)墻可能折斷傾覆，造成運(yùn)行事故，進(jìn)而可能對(duì)相鄰混凝土面板壩造成不利影響，需對(duì)導(dǎo)墻進(jìn)行處理。

3.2 裂縫處理方案

對(duì)導(dǎo)墻裂縫以上部分進(jìn)行拆除重建，拆除高程535.90 m。然后按照原剖面尺寸和配筋重新澆筑，新澆混凝土標(biāo)號(hào)采用C25F300。為不破壞導(dǎo)墻與溢洪道邊墩間止水連接，與邊墩相鄰部位下游側(cè)保留2 m范圍，并對(duì)保留范圍內(nèi)的2號(hào)裂縫進(jìn)行化灌處理。

為了防止開(kāi)挖對(duì)相關(guān)結(jié)構(gòu)造成破壞，對(duì)相關(guān)結(jié)構(gòu)必須采取有效的保護(hù)措施。導(dǎo)墻頂部至裂縫以上1 m部分采用靜態(tài)破碎劑輔助以人工開(kāi)挖等靜態(tài)拆除方法；裂縫上部1 m范圍采用風(fēng)鎬及人工撬挖等人工拆除方法，并保留此部位的配筋。為保證新老混凝土連接牢固及配筋要求，減小對(duì)保留結(jié)構(gòu)的損害，采用化學(xué)植筋的方式進(jìn)行加固和連接，化學(xué)植筋采用直徑25 mm的二級(jí)鋼筋。

裂縫以上拆除重建方案見(jiàn)圖7。

圖7 裂縫以上拆除開(kāi)挖圖Fig.7 Demolishment and excavation above the cracks

圖8 裂縫以上拆除導(dǎo)墻配筋斷面圖Fig.8 Demolishment of the steel bars above the cracks

4 結(jié)語(yǔ)

混凝土產(chǎn)生裂縫是一個(gè)普遍性問(wèn)題，但在溢洪道導(dǎo)墻產(chǎn)生如此嚴(yán)重的裂縫并不多見(jiàn)。本工程經(jīng)復(fù)核，在各種工況下導(dǎo)墻的整體抗滑、抗傾穩(wěn)定均滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。產(chǎn)生裂縫的主原因是當(dāng)右導(dǎo)墻一側(cè)有冰，一側(cè)無(wú)冰情況下運(yùn)行，導(dǎo)墻應(yīng)力超標(biāo)。由于觀測(cè)水位、閘門防結(jié)冰的潛水泵位置靠前，設(shè)在靠右導(dǎo)墻側(cè)的前部標(biāo)尺處，造成溢洪道內(nèi)較大范圍無(wú)冰，使右導(dǎo)墻一側(cè)有冰、一側(cè)無(wú)冰運(yùn)行，形成較大的冰推荷載，使導(dǎo)墻向溢洪道側(cè)變形較大，同時(shí)超過(guò)導(dǎo)墻允許應(yīng)力及配筋，故在受力最大處及結(jié)構(gòu)薄弱部位形成裂縫及變形。為確保運(yùn)行安全，進(jìn)行了拆除重建。

在以后的冬季運(yùn)行中，應(yīng)將潛水泵盡量靠近弧門放置，不允許出現(xiàn)導(dǎo)墻單側(cè)出現(xiàn)冰荷載情況，應(yīng)保持導(dǎo)墻兩側(cè)冰荷載平衡，確保導(dǎo)墻運(yùn)行安全?！?/p>