鏡泊湖水庫大壩表面裂縫的成因分析

馬景勝

(牡丹江市水務(wù)科學(xué)研究院，黑龍江牡丹江 157000)

1 工程概況

鏡泊湖水庫位于黑龍江省牡丹江市境內(nèi)的松花江支流牡丹江中上游河段，距牡丹江市約110 km。水庫控制流域面積11 820 km2，占牡丹江流域的31%，多年平均流量31.38×108m3，多年平均入庫流量100 m3/s，2006年11月始對(duì)鏡泊湖水庫進(jìn)行了除險(xiǎn)加固。

工程建設(shè)的主要項(xiàng)目為:混凝土擋水壩加高加固(186 m);混凝土溢流壩加固(1 532 m);混凝土蓋板土石混合溢流壩加固(1 035 m);在擋水壩段新建泄水閘;壩體固結(jié)灌漿和帷幕灌漿。

到2008年7月，擋水壩工程、泄水閘工程、混凝土溢流壩工程、土石混合溢流壩工程及基礎(chǔ)灌漿工程等主體工程已全部完成，完成總工程量20.26萬 m3，其 中 土 石 方 15.73萬 m3，混 凝 土4.53萬m3，帷幕灌漿11 900 m，固結(jié)灌漿進(jìn)尺5 000 m。擋水壩、溢流壩混凝土澆筑時(shí)間在2007年6—7月，施工期間和工程完工后，擋水壩、溢流壩段局部出現(xiàn)不同程度裂縫。

2 裂縫檢查及成因分析

根據(jù)裂縫成因普遍規(guī)律，先從塊體邊緣或斷面突變處檢查，發(fā)現(xiàn)裂縫，沿縫追蹤，采用米尺、讀數(shù)顯微鏡分別測(cè)記縫長(zhǎng)和縫寬，并進(jìn)行素描登記。詳見表1。

這些裂縫可歸納為3種:貫通性應(yīng)力縫、表面收縮縫和沉降收縮縫[1]。

表1 擋水壩、溢流壩段裂縫統(tǒng)計(jì)表 條

應(yīng)力縫從壩前至壩后貫通整個(gè)壩面，主要分布在擋水壩段樁號(hào)0+000～0+055、0+082.5～0+186.3處和溢流壩段樁號(hào)0+186～0+550、0+696～0+936處。后兩種裂縫主要分布在混凝土溢流壩高程▽353.00～▽353.50處。裂縫開度在在0.5～2.5 mm范圍。

混凝土擋水壩和溢流壩屬大體積混凝土結(jié)構(gòu)，引起裂縫的主要原因是水泥水化熱大量積聚，使混凝土出現(xiàn)早期溫升和降溫現(xiàn)象，由此形成的溫度收縮應(yīng)力是導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂縫的主要原因。應(yīng)著重從壩體約束程度、設(shè)計(jì)構(gòu)造、混凝土生產(chǎn)和施工方面查找原因[2]。初步分析推測(cè)可能導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂縫的主要原因有以下幾個(gè)方面原因:

2.1 設(shè)計(jì)構(gòu)造方面

2.1.1 保留混凝土壩體原有裂縫影響

根據(jù)大壩安全評(píng)價(jià)報(bào)告記載(P－59～60);(原壩體)樁號(hào)0+170 m附近防浪墻附近有兩處裂縫，最大縫寬8 mm，其中一處裂縫延伸至壩頂。溢流壩0+930 m處有寬5～8 mm的裂縫。

擋水壩段、溢流壩段混凝土都有長(zhǎng)裂縫，裂縫寬度＞0.5 mm，屬于危害堤壩安全的結(jié)構(gòu)裂縫。這些裂縫的分布情況、是否經(jīng)過處理或處理程度如何;在貼襯混凝土前，植入了一定數(shù)量的錨筋或錨桿，這些錨筋或錨桿對(duì)新、老混凝土相對(duì)形變產(chǎn)生一定的約束力。這些因素，與目前堰面上產(chǎn)生的貫通性裂縫(主要是后期形成的)有一定的相關(guān)性。

2.1.2 壩體結(jié)構(gòu)尺寸因素

設(shè)計(jì)方面壩體分縫平均為15 m，對(duì)玄武巖基礎(chǔ)和保留原有混凝土的強(qiáng)約束結(jié)構(gòu)來看可能偏長(zhǎng);分段分層澆筑體積可能偏大。

擋水壩段共有14條裂縫前后貫通，裂縫開度最大1.60 mm，最小0.65 mm，位置均為每段中間位置左右，溢流壩段樁號(hào)0+186～0+550、0+696～0+935段共有61條裂縫前后貫通，裂縫開度最大1.60 mm，最小0.65 mm。

保留部分混凝土壩段裂縫較多部位，壩段分縫長(zhǎng)度為15 m或15 m以上。

溢流壩段樁號(hào)0+550～0+696、0+935～1+996段共有15條裂縫前后貫通，裂縫開度最大1.60 mm，最小0.65 mm。

保留部分混凝土壩段裂縫較少部位，壩段分縫長(zhǎng)度為7～9 m。

2.2 混凝土材料方面

1)工程用水泥為普通硅酸鹽水泥，水泥水化熱較大(高于大壩水泥)，壩體施工正值高溫季節(jié)，水泥在高溫條件下水化速度快產(chǎn)生大量熱量，溫度應(yīng)力集中也會(huì)導(dǎo)致大量裂縫。

2)擋水壩段和溢流壩段樁號(hào)0+186～0+550、0+696～0+935段為整個(gè)壩段裂縫較多部位，混凝土澆筑大部分采用了泵送，水灰比較大，砂率偏小，易引起混凝土表面干縮，有可能產(chǎn)生表面收縮或沉降裂縫。

2.3 混凝土入倉溫度方面

該工程混凝土澆筑期在2007年6月中旬—7月底，正值高溫季節(jié)，此時(shí)砂、石等原材料基溫較高，因此必然導(dǎo)致混凝土拌合物入倉基溫偏高;進(jìn)而導(dǎo)致混凝土初期水化速度加快，混凝土內(nèi)部溫度急劇上升(據(jù)資料記載新澆混凝土3～5 d內(nèi)，內(nèi)部溫升可達(dá)60～70℃)，當(dāng)時(shí)白天氣溫≥30℃，夜間溫度18～20℃，在此環(huán)境溫度條件下，完全有可能導(dǎo)致混凝土內(nèi)、外溫差≥25℃(據(jù)資料介紹新澆混凝土內(nèi)、外溫差≥25℃，產(chǎn)生溫度應(yīng)力縫是必然的)。因此，這是導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生的重要因素之一[3]。

2.4 混凝土澆筑強(qiáng)度方面

混凝土擋水壩和混凝土溢流壩施工期在5月中旬開始，在7月15日按時(shí)完工。完成混凝土澆筑近4萬m3，日均強(qiáng)度約900 m3，最大日強(qiáng)度達(dá)1 200 m3。

在連續(xù)時(shí)間內(nèi)大強(qiáng)度的施工條件下過程控制包括質(zhì)量控制尤為重要，此方面工作做好了，可避免或減少裂縫發(fā)生。反之將增加裂縫發(fā)生可能性及密集程度。主要相關(guān)因素有:

1)溫控措施，即控制降低拌合物入倉溫度或采用適當(dāng)保溫方法控制內(nèi)外溫差≤25℃。

2)采用緩凝劑、摻用粉煤灰，延緩或滯后水化集中放熱。

3)單元澆筑間隔期限安排的合理性。

3 裂縫發(fā)展變化趨勢(shì)判斷分析

該工程的裂縫，最早形成期應(yīng)在2007年6月—7月期間，水化反應(yīng)已基本進(jìn)行完，內(nèi)部應(yīng)力已釋放殆盡;可以認(rèn)為影響裂縫變化因素只有來自環(huán)境溫度變化和混凝土自收縮;以及水浸、溶蝕、凍融等綜合作用;裂縫在綜合因素作用下，開度逐漸增大，對(duì)混凝土耐久性和工程運(yùn)行穩(wěn)定性的威脅，將日趨嚴(yán)重。為保證混凝土耐久性，避免裂縫進(jìn)一步發(fā)展開裂，影響工程運(yùn)行的穩(wěn)定，這些裂縫應(yīng)及時(shí)進(jìn)行修復(fù)處理。

[1]方琳，湯永福，劉憲亮.淺談混凝土大壩裂縫成因及其預(yù)防措施[J].科技信息，2011(17):727－728.

[2]劉海博，程燕，朱宏偉.混凝土大壩裂縫成因分析與防止措施綜述[J].西北水電，2008(06):22－25.

[3]王淑花.淺談混凝土大壩裂縫原因分析與預(yù)防措施[J].河南科技，2010(14):24.