采用擠壓邊墻技術(shù)的高面板壩裂縫成因探析

摘要：擠壓邊墻技術(shù)作為水電工程中的一種重要技術(shù)，在這里從以下方面針對(duì)采用擠壓邊墻技術(shù)的高面板壩裂縫成因進(jìn)行了具體分析。

關(guān)鍵詞：擠壓邊墻技術(shù)；高面板壩裂縫；成因分析

擠壓邊墻技術(shù)可以加快施工進(jìn)度，確保邊墻的有效成型，合理進(jìn)行墊料的鋪筑與碾壓，充分保證了施工的安全性與工程的施工質(zhì)量。

一、研究背景

目前水電工程中，混凝土地面板堆石壩作為其中重要的、較為廣泛的一種壩型，最為重要的一個(gè)設(shè)計(jì)理念就是加強(qiáng)面板的防滲處理，從而保證其可以有效地承載較大的荷載。根據(jù)工程實(shí)踐研究發(fā)現(xiàn)，面板堆石壩的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)特點(diǎn)來分析，在整個(gè)大壩中，最為關(guān)鍵的部分就是面板，若是面板發(fā)生貫穿性裂縫，就極易發(fā)生漏水事故，此時(shí)存在于堆石體中的滲流就會(huì)將一些小顆粒所帶走，最終導(dǎo)致整個(gè)壩體出現(xiàn)架空的現(xiàn)象，這樣，不僅影響到工程質(zhì)量，而且會(huì)給工程帶來巨大的危險(xiǎn)，影響到大壩的安全性與穩(wěn)定性。因此，對(duì)于面板的防裂的科學(xué)設(shè)計(jì)與施工，積極探討裂縫成因，控制裂縫形成就成為工程探討的一個(gè)關(guān)鍵性問題。

二、裂縫成因分析

在工程中，由于各種外界原因和內(nèi)在原因，目前我國(guó)已經(jīng)建成的一些面板堆石壩也出現(xiàn)了一些相應(yīng)的裂縫，以下以我國(guó)西北地區(qū)施工期間面板出現(xiàn)裂縫的工程實(shí)例作為案例進(jìn)行分析，具體情況如圖1所示，根據(jù)圖示可以知道，圖中的左L為左岸的第一條面板，其他的則以此類推，右L則為右岸第一條面板，然后根據(jù)上述情況類推，經(jīng)過工作人員分析發(fā)現(xiàn)面板發(fā)生裂縫主要發(fā)生于面板澆筑后的第一年冬天，屬于貫穿裂縫，裂縫方向?qū)儆谒椒较颍冶椴加谡麄€(gè)上游壩面，且根據(jù)具體的計(jì)算結(jié)果來分析，面板所產(chǎn)生裂縫還由于干縮應(yīng)力和溫度應(yīng)力所引起，與此同時(shí)，墊層所存在的切向約束力則為裂縫所產(chǎn)生的一個(gè)必要條件。

圖1 面板裂縫情況

根據(jù)實(shí)際情況來分析，除了上述所提出的溫度裂縫外，導(dǎo)致其發(fā)生裂縫的原因還是由于面板結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)性改變，具體的原因是由于堆石流變產(chǎn)生脫空引起，這個(gè)現(xiàn)象可以根據(jù)均勻溫降下的面板的收縮情況以及拉應(yīng)力分布情況為倒?fàn)斶M(jìn)行解析，當(dāng)面板磨擦約束力與上游面墊層分布相對(duì)均勻時(shí)，就可以利用具體的方法將面板的最大拉力以及應(yīng)力和發(fā)生的位置計(jì)算出來。

三、擠壓邊墻技術(shù)的應(yīng)用

為了推進(jìn)工程施工進(jìn)度，工程面板采用擠壓邊墻技術(shù)，要求每一層的墊層料填筑前采用擠壓邊墻沿著壩軸的方向做出一個(gè)混凝土小墻，制作時(shí)要保證其半透水性、連續(xù)性，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)的要求，進(jìn)行鋪填，并充分考慮到工程的各種外界原因和內(nèi)在原因，待混凝土凝固后，對(duì)其內(nèi)側(cè)加以科學(xué)設(shè)計(jì)，接著再采用振動(dòng)碾平面碾壓處理，確保墊層料的平整性，在上面我們提到了我國(guó)已經(jīng)建成的一些面板堆石壩也出現(xiàn)了一些相應(yīng)的裂縫，而擠壓邊墻在施工時(shí)，其施工特點(diǎn)可以很好地決定其與上覆面板之間的關(guān)系與差異，避免了傳統(tǒng)方法處理中墊層料施工完畢后進(jìn)一步的消坡、超填、修整以及碾壓等工程程序，還可以加強(qiáng)對(duì)坡面的防護(hù)處理，同時(shí)，為了保證坡面的平整性，還要利用擠壓邊墻施工技術(shù)對(duì)分段進(jìn)行預(yù)制處理，在這里仍舊以施工期間面板出現(xiàn)裂縫的工程實(shí)例作為案例進(jìn)行分析，由于工程中出現(xiàn)了較大的沉陷，但是還不至于導(dǎo)致面板發(fā)生裂縫時(shí)，可以不進(jìn)行以上的修坡工作，而以工程實(shí)際為參照進(jìn)行具體的修理，但是由于擠壓邊墻在施工時(shí)是沿著壩軸線方向一層一層完成的，這樣就會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)上下錯(cuò)層現(xiàn)象，具體情況如圖2所示，而從摩擦角的方面來分析，由于擠壓邊墻所導(dǎo)致的錯(cuò)層現(xiàn)象，會(huì)使得其對(duì)面板的約束作用增強(qiáng)，因此，需要合理區(qū)分其關(guān)系，然后根據(jù)上述情況，需要工作人員分析發(fā)現(xiàn)面板發(fā)生裂縫進(jìn)行分析，主要發(fā)生于面板澆筑后的貫穿裂縫現(xiàn)象綜合分析，確定裂縫方向以及在整個(gè)上游壩面的分布情況，根據(jù)具體的計(jì)算結(jié)果來分析，面板所產(chǎn)生裂縫還由于干縮應(yīng)力和溫度應(yīng)力所引起，與此同時(shí)，墊層所存在的切向約束力則為裂縫所產(chǎn)生的一個(gè)必要條件。另外，對(duì)于某些高程而言，由于坡面相對(duì)平順、平整度較小，局部高程的不平整度不大，根據(jù)實(shí)際情況，除了溫度裂縫外，由于面板結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)性改變，主要是由于堆石流變產(chǎn)生脫空引起，其對(duì)于面板的約束會(huì)呈現(xiàn)不均勻性，為此，這個(gè)現(xiàn)象擊破要對(duì)面板的應(yīng)力進(jìn)行分析，并要根據(jù)均勻溫降下的面板的收縮情況以及拉應(yīng)力分布情況進(jìn)行分析，同時(shí)考慮凝聚力對(duì)面板的約束和磨擦角情況，當(dāng)面板磨擦約束力與上游面墊層分布相對(duì)均勻時(shí)，就可以利用具體的方法將面板的最大拉力以及應(yīng)力和發(fā)生的位置計(jì)算出來，此外，還存在著面板本身模擬方法對(duì)其產(chǎn)生的精力影響，為此，需要進(jìn)行裂縫深度的計(jì)算。

圖2

1.模型分析

根據(jù)上述分析，對(duì)于摩擦接觸問題之間的問題主要采用彈性接觸分析最小位能原理進(jìn)行分析，具體的公式如下：

上述原理主要是力求于解決應(yīng)變關(guān)系和應(yīng)力關(guān)系，對(duì)位移邊界條件可以存在的增量位移場(chǎng)進(jìn)行分析，從而獲得彈性系統(tǒng)的總勢(shì)能駐值。

另外，是對(duì)于接觸單元狀態(tài)的判定，在分析時(shí)，需要基于乘子法求解的基礎(chǔ)上，對(duì)其進(jìn)行擴(kuò)展，一般而言，主要存在分離、滑動(dòng)、粘合三種狀態(tài)，為此，在計(jì)算中，需要根據(jù)以下順序進(jìn)行判斷：一是對(duì)接觸面的拉應(yīng)力進(jìn)行判斷，若此應(yīng)力為拉應(yīng)力，且大于摩爾庫(kù)侖準(zhǔn)則，則處于滑動(dòng)狀態(tài)，若是小于摩爾庫(kù)侖準(zhǔn)則，則處于粘合狀態(tài)，當(dāng)接觸面張開時(shí)，當(dāng)不能承擔(dān)的應(yīng)力與接觸面發(fā)生滑動(dòng)時(shí)，會(huì)重新分配給周圍的新單元，這里需要利用擴(kuò)展LAGRANGE乘子進(jìn)行分析。

2.仿真分析

某一面板工程主要分為3期完成，在檢查時(shí)，需要對(duì)一些分布規(guī)則的水平微裂縫進(jìn)行分析，并且對(duì)其高程進(jìn)行分布，沿著軸線的方向貫穿于整個(gè)面板，具體的臨時(shí)斷面如圖3所示：

圖3

根據(jù)面板裂縫成因分析來計(jì)算，對(duì)面板的溫降荷載、面板與擠壓墻之間局部的不均勻約束進(jìn)行初步判斷，同時(shí)，分析其產(chǎn)生的附加變形，采取下列措施：（1）降低混凝土入模溫度，（2）認(rèn)真做好混凝土養(yǎng)護(hù)工作，（3）地下室外墻混凝土應(yīng)分層連續(xù)澆筑。

結(jié)語(yǔ)：

總而言之，邊墻擠壓技術(shù)簡(jiǎn)化了工序、設(shè)備和機(jī)具，擠壓機(jī)操作簡(jiǎn)單，施工方便、快捷，同時(shí)，擠壓邊墻在上游壩面形成了一個(gè)規(guī)則、平整、壓實(shí)的坡面，而且坡面整潔美觀，是一種較為理想的工程技術(shù)的方法，對(duì)工程施工具有很好的指導(dǎo)作用和意義，且具有較高的工程效益和社會(huì)效益。

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