某拱壩病害分析及加固措施

1、某拱壩病害分析及加固措施 某拱壩病害分析及加固措施 摘要：本文首先介紹了水庫(kù)拱壩病害成因分析的根本理論，然后分析總結(jié)出某砌石拱壩的裂縫成因及其開展規(guī)律，并提出拱壩的拱端及壩體進(jìn)行相應(yīng)的加固處理措施。為類似工程施工及修補(bǔ)提供借鑒和參考意義。 關(guān)鍵詞：拱壩；溫度應(yīng)力；除險(xiǎn)加固； 一、水庫(kù)拱壩病害成因分析 水工建筑物在實(shí)際使用過(guò)程中承受兩大類荷載，各種外荷載和變形荷載統(tǒng)稱為廣義荷載，其中靜荷載、動(dòng)荷載和其他荷載，稱為第一類荷載；變形荷載，稱為第二類荷載【1】。裂縫的成因不外乎以下三種： 第一種裂縫：由外荷載的直接應(yīng)力，即按常規(guī)計(jì)算的主要應(yīng)力作用于結(jié)構(gòu)體內(nèi)超過(guò)一定數(shù)值后在相應(yīng)部位產(chǎn)生裂縫。 第二種裂縫

2、：由外荷載作用，結(jié)構(gòu)次應(yīng)力引起的裂縫。 第三種裂縫：由變形引起的裂縫，即結(jié)構(gòu)由溫度、收縮和膨脹、不均勻沉陷等因素而引起的裂縫。 根據(jù)國(guó)內(nèi)外調(diào)查資料，實(shí)際工程結(jié)構(gòu)物的裂縫原因中，屬于因變形為主引起的約占80%，屬于因荷載為主引起的約占2%。實(shí)際上，裂縫的產(chǎn)生和擴(kuò)展通常是由于變形和荷載共同作用的結(jié)果，且相互影響，相互作用【2】。 二、某拱壩的病害成因分析 2.1溫度變形引起的第一種裂縫 根據(jù)某拱壩的裂縫調(diào)查資料，在大壩建成后13個(gè)月內(nèi)，恰逢冬季低水位，在大壩左右拱端首先出現(xiàn)徑向的貫穿性裂縫，隨著氣溫的降低裂縫開展寬度越來(lái)越大，且裂縫左右兩側(cè)沒有發(fā)現(xiàn)上下錯(cuò)動(dòng)，后來(lái)隨著氣溫升高，裂縫又逐漸閉合，到次年

3、冬季裂縫又張開，但水庫(kù)滿蓄時(shí)，裂縫寬度減小?？傮w來(lái)看，其裂縫的開裂變化規(guī)律是低水位溫降時(shí)裂縫張開愈明顯，反之裂縫張開愈小。溫度變形是某壩拱端附近開裂的主要原因。 2.2地質(zhì)條件影響引起的第一種裂縫 根據(jù)大壩的變形監(jiān)測(cè)資料，大壩的變形主要表現(xiàn)為徑向變形，垂直位移較小，左右1/4拱圈處變位差異較大，具有較顯著的不對(duì)稱變形。 通過(guò)觀察壩體拱圈發(fā)生的最大切向拉應(yīng)力可以看到，其位置均位于壩體左岸上、下游與根底接觸地帶；其次，通過(guò)觀察左、右兩岸巖體的分布情況可以看到，左岸巖體較為平緩，而右岸巖體與壩身接觸局部較陡，尤其是上游基巖分布不對(duì)稱，從而造成壩體出露局部的不對(duì)稱情況，正是由于右岸約束比左岸約束大，在

4、經(jīng)歷荷載作用后，位移疊加，造成了拱壩右段徑向變位比左段徑向變位大的情況，因而上游面右岸受拉變形就相應(yīng)地大于左岸，由此可以看出，由于左、右岸巖體的不對(duì)稱分布，使得拱壩應(yīng)力分布在經(jīng)歷荷載以后出現(xiàn)了明顯不對(duì)稱的情況，由于應(yīng)力分布的不平衡，右岸拉應(yīng)力加大，也就促使拱壩右岸拉應(yīng)力出現(xiàn)大范圍超限的情況，從而拱壩出現(xiàn)開裂。由此可見，由外荷載引起的左、右岸壩肩約束不對(duì)稱使得壩體中心受拉導(dǎo)致了豎直裂縫的出現(xiàn)。 2.3施工質(zhì)量差引起的第三種裂縫 某出現(xiàn)問(wèn)題也是由于該工程上馬倉(cāng)促，沒有經(jīng)過(guò)正規(guī)的設(shè)計(jì)審核，也沒請(qǐng)有資質(zhì)的施工單位施工，是附近的村民土法施工，缺少專業(yè)技術(shù)人員，致使大壩整體質(zhì)量較差。一方面，壩體砂漿鋪砌質(zhì)

5、量控制不嚴(yán)，填縫不密實(shí)，局部砌縫漏鋪，留有較多縫隙及孔洞，質(zhì)量根本無(wú)法保證，造成工程先天缺乏；另一方面，大壩興建時(shí)開挖主要靠爆破，未對(duì)松動(dòng)巖石進(jìn)行徹底清理，亦未采取固結(jié)灌漿等處理措施，致使建基面在凍脹反復(fù)作用下滲漏，從而出現(xiàn)了一些沉陷裂縫；再就是工程建設(shè)過(guò)程中，由于各種原因施工速度慢，工期長(zhǎng)，使得已澆筑的砌石壩拱圈表層水分散失而出現(xiàn)的龜裂狀干縮縫。 三、壩體開裂整治方案研究 針對(duì)某拱壩裂縫成因及其規(guī)模，結(jié)合前人的經(jīng)驗(yàn)，研究拱壩裂縫的修補(bǔ)措施，通過(guò)補(bǔ)強(qiáng)加固增強(qiáng)壩體的整體性，降低壩體的溫度荷載，擬定的處理措施如下【3】： 3.1上游壩面進(jìn)行防滲和抗裂并舉的加固措施。修補(bǔ)壩體裂縫，即對(duì)壩體裂縫采用化

6、學(xué)材料環(huán)氧樹脂接縫灌漿處理，將拱壩連接為一個(gè)整體，防止水壓引起裂縫進(jìn)一步的開展，并更好的發(fā)揮大壩拱圈的傳力作用。 壩體裂補(bǔ)綴強(qiáng)的具體方法是：首先沿裂縫走向鑿寬6cm、深4cm的V型槽，然后在邊鉆孔、邊壓水試驗(yàn)檢查的條件下，沿裂縫鉆斜孔，鉆孔距離裂縫1520cm，成30°45°角，深度為3040cm，孔距為1m左右，鉆孔檢查后埋人灌漿管，先用環(huán)氧水泥砂漿將V型槽填抹平，待環(huán)氧水泥砂漿到達(dá)一定強(qiáng)度時(shí)，在規(guī)定的壩體溫度條件下灌入環(huán)氧漿液，最后在壩面噴鋼纖維混凝土，使其承當(dāng)較大的壩面拉應(yīng)力。對(duì)于灌漿材料，工程中采用粘度低、可灌性好、粘接力強(qiáng)、收縮性小、工藝簡(jiǎn)單的環(huán)氧樹脂漿液，這種材

7、料可在低溫條件和水下固化，可以準(zhǔn)確地控制凝固時(shí)間，防滲性強(qiáng)及膠結(jié)強(qiáng)度高。 3.2夏季日照對(duì)壩面溫度的影響不可無(wú)視，從而加劇混凝土開裂，較好的解決方法是在下游壩面貼上保溫層，使每天日照高溫來(lái)不及傳至壩面混凝土就到了晚上的溫降時(shí)間。苯板是一種隔熱性能很好的保溫材料，重量輕，運(yùn)輸方便，質(zhì)地軟，易于切割，采用適當(dāng)?shù)恼辰觿┖托すに?，能和混凝土很好地粘結(jié)，而且價(jià)格也廉價(jià)，因此本工程擬采用苯板保溫。即在水庫(kù)拱壩整個(gè)下游面都用5cm厚的苯板粘貼.形成永久保溫層，施工工藝詳述如下65： 壩面清理。為使聚苯乙烯泡沫板與壩面混凝土粘結(jié)牢固，在粘貼苯板之前，先將混凝土外表清理干凈。 粘貼苯板。在已清理好的混凝土外表

8、先刷一道A-0型底膠，隨即將A-1型水泥復(fù)合膠結(jié)劑分別涂在壩面和板的外表上，然后將板粘貼在壩面混凝土上，再用壓板加壓使之緊密結(jié)合，約4h可撤除壓板，其粘結(jié)強(qiáng)度隨時(shí)間的延長(zhǎng)而增加。 鋪貼網(wǎng)格布：將網(wǎng)格布?jí)喝氲讓泳酆衔锷皾{內(nèi)，然后用抹子由中間向四周把網(wǎng)格布趕平，網(wǎng)格布彎曲的一面朝里。要求平整壓實(shí)，嚴(yán)禁網(wǎng)格布褶皺；網(wǎng)格布不得壓入過(guò)深，外表必須暴露底層砂漿之外。單網(wǎng)長(zhǎng)度不宜大于6米，鋪貼遇有搭接時(shí)，必須滿足搭接長(zhǎng)度，橫向100毫米，縱向80毫米。 外表保護(hù)。由于苯板強(qiáng)度不高，防老化性能亦較低，另外，存在粘貼過(guò)程中各板接縫不密實(shí)、外表上下不平等問(wèn)題，為了提高保溫層的效能，在板粘貼后的外表再全面刷一道聚合

9、物水泥砂漿，使保溫層連接成整體，且使壩體平整美觀。 壓條加固。在苯板外表，間隔1m，設(shè)置5cm壓條，用預(yù)埋螺栓固定于壩體混凝土上，以加強(qiáng)苯板和壩體的整體結(jié)合性。 3.3對(duì)兩岸壩肩進(jìn)行防滲和抗滑加固工程措施。鑒于左岸軟弱巖體分布較多，存在小范圍崩坍現(xiàn)象，右岸巖體裂隙較發(fā)育使得壩肩穩(wěn)定性缺乏，可對(duì)兩岸根底同時(shí)進(jìn)行適當(dāng)處理，用混凝土回填兩岸原開挖拱槽處的上游面，以提高基巖的整體性和變形特性，同時(shí)，也可適當(dāng)調(diào)整上游巖體的不對(duì)稱情況，改善拱壩應(yīng)力的不對(duì)稱分布，適當(dāng)降低拱壩應(yīng)力值。此外，也可以適當(dāng)采用預(yù)應(yīng)力錨索方法加固右岸巖體，這種方法見效快，效果好，缺乏之處在于投資較高，施工技術(shù)要求也較高；壩面加貼混凝土，以減小壩體半中心角和倒懸度，消除由于體形不良造成的應(yīng)力分布不均，還可加大壩體重度，提高拱圈的抗滑穩(wěn)定性。這種通過(guò)修正壩體斷面，改善壩體應(yīng)力分布，從而降低壩體拉應(yīng)力值，提高壩體承載能力來(lái)消除裂縫產(chǎn)生原因的措施是裂縫處理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。 四、本章小結(jié) 針對(duì)某拱壩病因和裂縫規(guī)模，結(jié)合前人的經(jīng)驗(yàn)，研究拱壩裂縫的修補(bǔ)措施，通過(guò)補(bǔ)強(qiáng)加固盡可能