小井溝水利工程面板堆石壩裂縫成因分析及處理

朱學軍

【摘要】小井溝水利工程面板堆石壩采用軟巖筑壩技術，最大壩高87.6m，在面板混凝土澆筑后不久即出現(xiàn)裂縫，采用探地雷達檢測技術和實測資料的大壩應力變形三維有限元反饋分析，隨后對裂縫進行了處理，取得不錯的效果。

【關鍵詞】水利工程；面板裂縫；成因分析；裂縫處理

引言

面板堆石壩為當?shù)夭牧蠅?，因具有工期短，造價低等優(yōu)勢而應用廣泛，但在施工或運行過程中，面板出現(xiàn)裂縫仍是常見的問題，出現(xiàn)裂縫后如何處理也是難題之一。本文結合小井溝工程，對裂縫成因進行分析，并針對性地提出了裂縫的處理方案，為減少面板出現(xiàn)裂縫概率，保證面板高質、高效施工及后期安全運行提供了一定的參照價值。

一、工程概況

小井溝水利工程屬II等工程，工程規(guī)模為大（2）型，主要由攔河主壩、溢洪道、泄洪放空洞、放水洞進水口、副壩等建筑物組成。水庫正常蓄水位429.00m，死水位為404.00m，設計洪水位429.00m，校核洪水位430.75m，總庫容1.6595億m3。攔河主壩采用鋼筋混凝上面板堆石壩，壩軸線全長232.04m，壩頂高程431.6m。河床建基高程344.0m，最大壩高87.6m；壩頂寬度8.0m。上游壩坡1： 1.4，大壩面板厚度為0.3m-0.6m，底部設有混凝土趾板，兼作壩基帷幕灌漿蓋板。壩體堆石區(qū)采用蚱蜢寺及大河壩料場開采軟巖料填筑。混凝土面板共分為26塊，其中張拉段14塊，擠壓段共12塊，二級配面板混凝土標號C25W12F100、聚丙烯抗裂纖維摻量0.9kg/m、厚度0.3～0.6m。

二、面板裂縫情況

2.1 裂縫分類

根據(jù)裂縫表面寬度及是否貫穿將裂縫分為三類：①Ⅰ類裂縫：縫寬δ<0.2mm 的非貫穿性裂縫；②Ⅱ類裂縫：縫寬 0.2mm≤δ<0.5mm 的非貫穿性裂縫；③Ⅲ類裂縫：縫寬δ>0.5mm 的裂縫和貫穿性裂縫。

2.2 裂縫發(fā)現(xiàn)

大壩于2014年7月31日填筑完成，2014 年 8 月 1 日 ～2015 年 9 月 30 日進行預沉降， 面板混凝土于2015年10月1日-12月8日澆筑完成。2015年11月15日監(jiān)理工程師在大壩巡視過程中發(fā)現(xiàn)面板出現(xiàn)裂縫后，采用混凝土裂縫測深儀和裂縫寬度觀測儀對大壩面板混凝土裂縫及結構縫進行了素描，詳細探明了大壩面板裂縫的分布及張開情況：①面板裂縫多布于壩體中部擠壓段；②共發(fā)現(xiàn)裂縫227條，所有裂縫走向基本為水平向；2016年1月3日，樂山市犍為縣、自貢榮縣發(fā)生4.2級、4.1級地震后，已觀測完成的面板裂縫數(shù)量地震后存在增多現(xiàn)象。

三、面板裂縫成因分析

綜合國內(nèi)外已建混凝土面板堆石壩工程經(jīng)驗，根據(jù)面板產(chǎn)生裂縫的原因不同可將面板裂縫分為結構性裂縫和非結構性裂縫兩類。結構性裂縫主要是面板在外力作用下產(chǎn)生的裂縫，成因主要是由于堆石壩面板支撐體在自重和施工期反向水壓力等外荷載作用下，產(chǎn)生不均勻的沉降和水平位移，導致面板和墊層之間脫空，改變了面板以承壓為主的力學模型而發(fā)生裂縫。非結構性裂縫主要是面板在非外力作用下產(chǎn)生的裂縫，面板非結構性裂縫的成因主要分為面板混凝土施工不當產(chǎn)生的裂縫、因面板混凝土材料化學反應造成的裂縫、因面板混凝土干縮和溫度應力產(chǎn)生的裂縫。其中面板混凝土干縮和溫度應力造成的裂縫是面板裂縫最普遍的現(xiàn)象。

據(jù)統(tǒng)計，面板裂縫中有 80% 屬于非結構性裂縫，成為面板裂縫的主要控制對象。隨后采用探地雷達檢測技術和實測資料的大壩應力變形三維有限元反饋進行分析，本工程大壩混凝土面板產(chǎn)生的裂縫多集中出現(xiàn)在面板中下部區(qū)域，且裂縫較多，多為水平方向裂縫，規(guī)律性和系統(tǒng)性較強，其特征明顯。經(jīng)初步綜合分析，面板裂縫產(chǎn)生的主要原因是地震、軟巖筑壩壩體沉降、混凝土干縮等因素。

四、面板裂縫處理方案

經(jīng)設計對比分析，采取的具體處理措施如下：

（1）Ⅰ類裂縫

對混凝土基面進行打磨處理（裂縫兩側各不小于 15cm，順裂縫長度方向應在尖滅處向兩側各延長 1.5m）、清洗，除去混凝土表面浮皮和污物。表面晾干后涂刷增韌環(huán)氧材料至裂縫兩側各不小于 15cm。表面粘貼三元乙丙橡膠板（裂縫兩側寬度不小于 15cm）。

（2）Ⅱ類裂縫

對裂縫進行化學灌漿處理，漿材為環(huán)氧樹脂材料。灌漿孔的垂直深度宜為裂縫深度的 2/3，鉆孔避免碰觸鋼筋。灌漿后選裂縫總條數(shù)的 5%。灌漿結束標準為：在 0.2～0.3MPa 壓力下，當進漿小于 5ml/min 時逐漸提高灌漿壓力（注漿壓力最大不超過 0.5MPa），直至進漿量接近0ml/min、屏漿 5min～10min，在 0.5MPa 壓力下穩(wěn)壓 30min 后線束灌漿。，表面處理同縫寬δ<0.2mm 的非貫穿性裂縫。

（3）Ⅲ類裂縫

沿縫頂增加V形槽，槽頂寬5cm，槽深3cm，裂縫化學灌漿處理方法與縫寬0.2mm≤δ<0.5mm 的非貫穿性裂縫相同。V 形槽內(nèi)嵌填柔性 SR 塑性填料，并參照縫寬δ<0.2mm 的非貫穿性裂縫處理方法進行表面處理，對填料進行保護，橡膠板在 V 形槽邊緣超寬不小于 15cm，并采取必要的錨固措施。

五、結論

裂縫是混凝土結構中的一種普遍現(xiàn)象，它的出現(xiàn)對水工建筑物的承載力、運行安全性和壽命均有一定的影響。因此，應做好水工結構設計工作，特別是混凝土面板的合理分縫，并在施工過程中嚴格工序管理、原材料的檢驗及加強混凝土配合比的試驗工作。在出現(xiàn)裂縫后，應及時查找裂縫成因，結合國內(nèi)外經(jīng)驗采取相應的處理措施，最大程度的減少裂縫的不利影響。

參考文獻：

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[2]孫金龍.水利工程建筑裂縫及滲漏問題分析[J].河南水利與南水北調(diào)，2016.