大溫差氣候條件下大壩基礎(chǔ)混凝土裂縫成因及處理

郭志強(qiáng)

(中國葛洲壩集團(tuán)第六工程有限公司，云南昆明 650000)

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大溫差氣候條件下大壩基礎(chǔ)混凝土裂縫成因及處理

郭志強(qiáng)

(中國葛洲壩集團(tuán)第六工程有限公司，云南昆明 650000)

【摘要】藏木水電站地處高寒高海拔地區(qū)，年平均氣溫在8℃左右，最暖月平均氣溫超過15℃，全年有10個(gè)月平均氣溫在0℃以上。但晝夜溫差較大，夜間氣溫能跌落至負(fù)溫，晝間又回升到20℃以上。通過對藏木水電站大壩基礎(chǔ)混凝土裂縫成因從溫度、壩基地質(zhì)缺陷、長間歇期、固結(jié)灌漿等方面分析、針對不同裂縫采取相應(yīng)處理措施以及后續(xù)裂縫張開度的跟蹤監(jiān)測，為大溫差氣候條件下的大壩基礎(chǔ)混凝土裂縫處理積累寶貴經(jīng)驗(yàn)。

【關(guān)鍵詞】大溫差；大壩基礎(chǔ)；裂縫；成因；處理

1工程氣候概況

藏木水電站位于高原溫帶季風(fēng)半濕潤氣候地區(qū)。

加查氣象站(測站高程3 260.0 m)位于藏木水電站壩址下游約15 km處。根據(jù)該站1978～2004年實(shí)測資料統(tǒng)計(jì)，多年平均氣溫9.2℃, 極端最高氣溫和極端最低氣溫分別為 32.0℃和-16.6℃；多年平均年降水量為540.5 mm，日最大降水量51.3 mm；多年平均相對濕度51%；多年平均風(fēng)速為1.6 m/s，歷年最大風(fēng)速為19 m/s，相應(yīng)風(fēng)向SE；多年平均蒸發(fā)量為2 075.2 mm。

2大壩基礎(chǔ)混凝土裂縫成因分析

藏木水電站為我國在西藏地區(qū)建設(shè)的首座大型水電站，當(dāng)?shù)刈匀粴夂驐l件惡劣，晝夜溫差大，冬期極端氣溫低，且與西藏其他基建項(xiàng)目不同，施工過程中無冬歇期。由于無類似工程經(jīng)驗(yàn)可供借鑒，不可預(yù)見困難大，大壩施工過程中受溫度影響，產(chǎn)生部分溫度裂縫。對于右岸大壩基礎(chǔ)混凝土施工，因其處于強(qiáng)約束區(qū)部位，且藏木水電站所處地區(qū)為高寒地區(qū)，氣候環(huán)境惡劣，因此導(dǎo)致部分倉位混凝土施工過程中出現(xiàn)了裂縫。經(jīng)分析產(chǎn)生裂縫的主要原因是外部惡劣的自然環(huán)境造成的，在每個(gè)裂縫出現(xiàn)后，為防止裂縫進(jìn)一步發(fā)育擴(kuò)大，均對每條裂縫進(jìn)行了處理。

2.1大壩基礎(chǔ)混凝土裂縫性狀特征

從大壩基礎(chǔ)混凝土的強(qiáng)約束區(qū)、大壩基礎(chǔ)固結(jié)灌漿、長間歇期以及大壩混凝土溫控等角度出發(fā)，就藏木水電站右岸大壩基礎(chǔ)倉面出現(xiàn)的混凝土裂縫大致歸納為以下幾類，具體每種裂縫的性狀特征如下。

(1)第一類裂縫性狀特征：裂縫在大壩倉面上呈45°對角線斜向發(fā)展，表面縫寬約為0.4～0.5 mm，裂縫長2～10 m。經(jīng)現(xiàn)場鉆孔取芯及壓水試驗(yàn)，可判定該處裂縫深度約為50～60 cm。

(2)第二類裂縫性狀特征：裂縫垂直水流方向延伸，從壩段之間橫縫延伸至該壩段中部，與地質(zhì)缺陷深挖槽開口線基本重合。表面縫寬約為0.1～0.3 mm，長度約10～20 m。經(jīng)現(xiàn)場鉆穿縫孔進(jìn)行通風(fēng)檢測，在縫深20 cm處存在透風(fēng)現(xiàn)象，在縫深30 cm處已無透風(fēng)現(xiàn)象，判定該類裂縫深度約為20～30 cm，屬于溫度淺表裂縫。

(3)第三類裂縫性狀特征：裂縫順壩軸線方向延伸，貫穿倉位混凝土寬度，表面縫寬約為0.2～0.6 mm，長度約10～20 m。經(jīng)現(xiàn)場鉆穿縫孔進(jìn)行通風(fēng)檢測，在縫深1 m處存在透風(fēng)現(xiàn)象，在縫深1.2 m處已無透風(fēng)現(xiàn)象，初步判定該類裂縫深度約為1 m。

2.2大壩基礎(chǔ)混凝土裂縫產(chǎn)生原因

(1)藏木電站所處地區(qū)夏季白天溫度高，太陽輻射強(qiáng)，晚上溫度低，晝夜溫差過大，可達(dá)20℃以上。大溫差的惡劣條件是裂縫產(chǎn)生的主要原因。

(2)部分倉位，如9#壩段、16#壩段等長寬比較大，也是容易形成裂縫的原因之一。

(3)右岸大壩壩基地質(zhì)缺陷多，斷層、擠壓帶、裂隙等較多，整個(gè)建基面刻槽較多，也是裂縫形成的原因之一。

(4)大部分裂縫均位于固結(jié)灌漿施工作業(yè)面，灌漿施工也可能是形成裂縫的原因之一。

(5)大壩倉面裂縫主要發(fā)生在2012年6月至10月期間，正是夏季，晝夜溫差大，處于大壩基礎(chǔ)強(qiáng)約束區(qū)，也大都位于固結(jié)灌漿施工倉面，且裂縫均為壩體內(nèi)部倉面裂縫，均屬于溫度裂縫。

3大壩基礎(chǔ)混凝土裂縫處理

3.1大壩基礎(chǔ)混凝土裂縫處理措施

(1)對裂縫進(jìn)行鑿槽處理，鑿槽尺寸20 cm×20 cm，用預(yù)縮砂漿進(jìn)行嵌縫處理，且在槽內(nèi)埋設(shè)并縫φ100半圓鋼管。

(2)在裂縫兩側(cè)鉆斜孔，預(yù)埋灌漿管(灌漿管采用φ32黑鐵管插入孔內(nèi)20 cm長)，待在兩個(gè)壩段上一層混凝土澆筑后分別進(jìn)行化學(xué)灌漿。鉆孔采用YT-28手風(fēng)鉆進(jìn)行施工，孔徑φ42，孔間距1 m，在裂縫兩側(cè)交錯(cuò)進(jìn)行布置。鉆孔傾角為75°。造孔完成后，孔內(nèi)預(yù)埋φ32黑鐵管，引至下一層混凝土收倉面上，再進(jìn)行化學(xué)灌漿。

(3)在裂縫處設(shè)置限裂鋼筋網(wǎng)，主筋(φ32)垂直跨縫布置，間距20 cm，縫兩側(cè)各2.25 m，單根長4.5 m，分布筋(φ28)沿裂縫布置，間距20 cm。

(4)在大壩倉面裂縫兩側(cè)布置化學(xué)灌漿管，并將所有預(yù)埋化學(xué)灌漿管路先引至附近廊道內(nèi)，在壩體溫度冷卻至穩(wěn)定溫度后，對倉面裂縫采取化學(xué)灌漿措施進(jìn)行處理。化學(xué)灌漿采用CH環(huán)保高強(qiáng)環(huán)氧灌漿材料進(jìn)行。以9#壩段裂縫為例，其處理措施見圖1、圖2。

圖1　裂縫灌漿孔位平面布置

(a)1號(hào)灌漿孔位剖面　　　　　(b)2號(hào)灌漿孔位剖面　　　　　(c)3號(hào)灌漿孔位剖面

(d)刻槽施工示意　　　　　(e)限裂鋼筋布置示意　　　　圖2　裂紋處理剖面

3.2大壩基礎(chǔ)混凝土裂縫預(yù)防措施

結(jié)合以往發(fā)生的裂縫，為避免后續(xù)施工倉位再次出現(xiàn)裂縫，對后續(xù)施工倉位采取增設(shè)了限裂鋼筋的預(yù)防措施，并取得了良好的效果。

(1)對灌漿層面上的9#壩段下游塊、16#、17#壩段等長寬比較大的部位，以及類似于14#、15#壩段中間塊與上游塊合倉時(shí)，也應(yīng)在中間部位、接縫部位布置限裂鋼筋，鋼筋網(wǎng)按主筋φ32@200，輔筋φ28@200。

(2)在固結(jié)灌漿層面的收倉面以下10 cm左右設(shè)置限裂鋼筋，鋼筋配置為φ10@200×200。

(3)為了避免在后續(xù)的大壩混凝土施工過程中再出現(xiàn)此類裂縫，進(jìn)一步加強(qiáng)混凝土表面及側(cè)面的養(yǎng)護(hù)，保持其持續(xù)性濕潤。嚴(yán)格控制最高溫度峰值過后最大日降溫速率小于或等于0.5℃/d，同時(shí)在通水過程中根據(jù)混凝土內(nèi)部溫度對通水溫度進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，確保通水溫度與混凝土溫度相差不大于20℃。

(4)進(jìn)一步加強(qiáng)混凝土的養(yǎng)護(hù)及保溫，固結(jié)灌漿混凝土面上采用蓄水養(yǎng)護(hù)，氣溫驟降期間采用覆蓋保溫被養(yǎng)護(hù)。

(5)在低塊與高塊混凝土合倉時(shí)，中間接縫部位布置限裂鋼筋網(wǎng)。

4大壩基礎(chǔ)混凝土裂縫監(jiān)測

針對大壩基礎(chǔ)混凝土裂縫，為跟蹤處理后裂縫閉合情況，對出現(xiàn)混凝土裂縫的大壩基礎(chǔ)倉位布置裂縫測縫計(jì)，裂縫測縫計(jì)開合度監(jiān)測成果顯示：混凝土裂縫張開度最大值為0.62 mm(JB11增-4)，主要發(fā)生在安裝初期。化學(xué)灌漿完成后，混凝土裂縫均處于閉合或接觸狀態(tài)，各測縫計(jì)過程線平穩(wěn)。

5結(jié)束語

藏木水電站大壩混凝土基礎(chǔ)裂縫成因從溫度、壩基地質(zhì)缺陷、長間歇期、固結(jié)灌漿等方面分析、針對不同裂縫采取相應(yīng)處理措施。通過在高海拔高寒大溫差氣候條件下，對藏木水電站大壩基礎(chǔ)混凝土裂縫成因的分析以及裂縫處理技術(shù)的應(yīng)用，不僅為大溫差氣候下大壩基礎(chǔ)混凝土裂縫預(yù)防和處理提出了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)也對大壩基礎(chǔ)混凝土施工提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

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[作者簡介]郭志強(qiáng)(1987～)，男，學(xué)士，助理工程師，主要從事水利水電施工技術(shù)管理。

【中圖分類號(hào)】TU755.7

【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】B

[定稿日期]2015-11-17