一期導(dǎo)流工程壩身段混凝土裂縫成因分析及處理

1、 一期導(dǎo)流工程壩身段混凝土裂縫成因分析及處理柳光耀摘 要 一期導(dǎo)流工程縱向圍堰壩身段在永久暴露面及施工倉(cāng)面 RCC上發(fā)現(xiàn)、類裂縫，其主要原因是基礎(chǔ)固結(jié)灌漿造成長(zhǎng)間歇，后迂寒潮襲擊，加之結(jié)構(gòu)長(zhǎng)寬比大，在基礎(chǔ)約束應(yīng)力和寒潮應(yīng)力的作用下造成裂縫，經(jīng)布筋處理，對(duì)建筑物的整體性無大的影響。關(guān)鍵詞 縱向圍堰 裂縫成因 處理方法一期導(dǎo)流工程主要有混凝土縱向圍堰、三期RCC圍堰基礎(chǔ)和導(dǎo)流明渠護(hù)底、護(hù)坡三部分?？v向圍堰的壩身段( 90m以下)下縱段為“金包銀”結(jié)構(gòu)(內(nèi)部為 RCC，外部為常態(tài)混凝土，上縱段為全斷面 RCC)?；炷凉こ淌┕?1994年 12月 6日開始，1997年 10月全部完工，共完成混凝土

2、澆筑 168萬 m。經(jīng)檢查壩身段在永久暴露面和施工倉(cāng)3面上共發(fā)現(xiàn)、類裂縫32條(含上游面順?biāo)髁芽p 13條)；三期 RCC圍堰基礎(chǔ)、類裂縫約 10條；上下縱及明渠、護(hù)坡也發(fā)現(xiàn)部分壩塊表面產(chǎn)生網(wǎng)狀性表面淺層裂縫。本文將重點(diǎn)對(duì)縱向圍堰壩段的基礎(chǔ)墊層裂縫成因進(jìn)行分析，并簡(jiǎn)要介紹處理情況。1 壩身段基礎(chǔ)墊層混凝土裂縫1.1 壩身段結(jié)構(gòu)情況縱向圍堰壩身段為施工期導(dǎo)流建筑物，運(yùn)用期作為大壩的組成部分，為一等一級(jí)永久建筑物，是一朗工程施工最主要的結(jié)構(gòu)部位。壩身段分為右縱 1、右縱 2二個(gè)壩段，其寬度分別為 32m和 36m，壩體順流向長(zhǎng) 115m，不分縱縫，通倉(cāng)長(zhǎng)塊澆筑，在每塊上、下游面中部設(shè)一控制縫，在右

3、縱 1左側(cè)及右縱 2右側(cè)沿水流方向各設(shè) 5條控制縫，控制縫間距 1720m。壩體結(jié)構(gòu)采用“金包銀”形式，即內(nèi)部為 RCC，外部和基礎(chǔ)墊層及廊道周邊為常態(tài)混凝土。1.2 堰壩段基礎(chǔ)墊層混凝土溫控設(shè)計(jì)及劈拉強(qiáng)度壩身段基礎(chǔ)墊層混凝土設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào) R =200三級(jí)配，采用 525#中熱硅酸鹽水泥，骨料90為長(zhǎng)江天然砂石骨料，不摻粉煤灰，設(shè)計(jì)要求混凝土的極限拉伸值900.8210 。據(jù)-4長(zhǎng)科院混凝土性能試驗(yàn)資料，R =200#混凝土不同齡期的劈拉強(qiáng)度見表 1。90表 1 R =200#混凝土劈拉強(qiáng)度90齡期(天)71428 劈拉強(qiáng)度0.60.91.10.91.852.0(MPa)基礎(chǔ)墊層混凝土設(shè)計(jì)允許最高

4、溫度 122 月份 23，11 月份 26，澆筑層厚 12m，3 月份為自然入倉(cāng)。混凝土施工期低溫季節(jié)及寒潮期必須進(jìn)行表面保護(hù)。所澆混凝土表面保溫后，表面等效放熱系數(shù)2.0W/m ；永久暴露表面設(shè)永久保溫層，其等效2放熱系數(shù)：上、下游棱角周圍2m 范圍2.0W/m ，左、右側(cè)面1.0W/m ，其它部22位2.5W/m 。21.3 基礎(chǔ)墊層混凝土裂縫情況右縱 2 深槽 38 39.5m 基礎(chǔ)墊層常態(tài)混凝土于 1995 年 11 月 7 日 23:15 時(shí)開倉(cāng)，11 月 10 日 12:25 時(shí)收倉(cāng)，三天后開始鉆孔固結(jié)灌漿，11 月 20 日固結(jié)完畢并進(jìn)行縫面處理和裂縫檢查，發(fā)現(xiàn)裂縫多條，其總長(zhǎng)度

5、 217.5m，其中有二條主裂縫沿左右方向貫穿整個(gè)塊體，將壩體分為三塊，單條裂縫長(zhǎng)度分別為 45.5m 和 43.Om，裂縫表面寬度 0.30.5mm。右縱 2 上游側(cè) 44.5 46.5m 基礎(chǔ)廊道下墊層常態(tài)混凝土于 1995 年 12 月 14 日開倉(cāng)，12 月 16 日 10:30 時(shí)收倉(cāng)，1996 年元月 5 日完成固結(jié)灌漿并進(jìn)行層面處理和裂縫檢查，共發(fā)現(xiàn)裂縫 5 條，裂縫總長(zhǎng)度 94.8m，裂縫走向主要沿左右及上下游方向。單條裂縫長(zhǎng)度 531m，表面縫寬 0.10.3mm。其中有一條裂縫從上游應(yīng)力釋放孔位置開始，順流向平直延伸，長(zhǎng) 15m，表面縫寬 0.51.0mm。右縱 1 45.

6、3 46.5m 基礎(chǔ)墊層常態(tài)混凝土于 1995 年 12 月 26 日 17:15 時(shí)開始，12 月 29 日 3:50 時(shí)收倉(cāng)，1996 年元月 12 日完成固結(jié)灌漿。同年元月 11 日對(duì)墊層表面進(jìn)行裂縫檢查，共發(fā)現(xiàn)裂縫 10 條，裂縫幾乎分布整個(gè)倉(cāng)面，裂縫總長(zhǎng) 325.5m。一條主裂縫從壩體上游中部應(yīng)力釋放孔始向下游方向分布，裂縫長(zhǎng)度 116.5m，表面縫寬 0.2mm。2 裂縫成因分析2.1 基礎(chǔ)固結(jié)灌漿墊層混凝土未保溫而遇寒潮襲擊據(jù)統(tǒng)計(jì)，基礎(chǔ)墊層混凝土因固結(jié)灌漿停歇到恢復(fù)澆筑一般層面暴露時(shí)間為20 天左右，對(duì)表面混凝土產(chǎn)生裂縫帶來不利影響。如：基礎(chǔ)墊層混凝土層面暴露期內(nèi)，右縱1及右縱

7、2 深槽墊層遭遇一次寒潮的襲擊，遇寒潮時(shí)混凝土的齡期分別為 811 天和 610 天；右縱 2 深槽墊層遭遇二次寒潮的襲擊，寒潮時(shí)混凝土齡期分別 69 天和 1820 天。寒潮降溫幅度為 34 天降溫 58而遇寒潮期墊層混凝土又正值固灌作業(yè)或縫面處理，未能對(duì)混凝土表面及時(shí)保溫，因而造成氣溫驟降引起的混凝土表面溫度應(yīng)力。寒潮降溫過程見表 2，應(yīng)力計(jì)算結(jié)果見表 3。表 2 寒潮降溫過程 時(shí)間氣溫時(shí)間氣溫時(shí)間氣溫1995.11.16 722 1995.12.221995.11.19 620 1995.12.241995.11.20 614 1995.12.251995.11.21 614 1995.

8、12.26411410061996.1.61996.1.71996.1.81996.1.93110504-19-36表 3 寒潮期最大表面溫度應(yīng)力保溫層放熱系數(shù)(W/m2.)降溫過程齡期0.931.16 1.745 2.332.913.494.0815.1350.130.150.160.170.180.20.160.180.190.210.220.240.230.250.270.290.320.340.280.230.340.370.390.430.340.370.40.380.420.450.490.530.580.420.470.50.740.820.880.951.021.1173 天

9、81014210.430.460.510.540.580.63350.080.10.144 0.180.210.230.240.260.280.310.330.580.260.290.310.340.360.390.460.510.550.590.640.690.094 0.113 0.156 0.2070.10.12 0.169 0.213 0.253 天 51014210.110.130.180.20.230.240.270.290.320.113 0.1380.137 0.15 0.213 0.27由表 3 與表 1 對(duì)比可知，混凝土澆筑齡期 620 天遇寒潮襲擊時(shí)，混凝土表面未保溫，其

10、表面溫度應(yīng)力是很大的，當(dāng)寒潮為 3 天降 8時(shí)，混凝土的表面溫度應(yīng)力值達(dá)0.821.1MPa；當(dāng)寒潮為 3 天降 5時(shí)，為 0.460.69MPa。右縱 1 及右縱 2 基礎(chǔ)墊層經(jīng)歷了 3 天降 8的寒潮襲擊，所產(chǎn)生的溫度應(yīng)力接近混凝土相應(yīng)齡期的抗拉強(qiáng)度，是裂縫產(chǎn)生的主要原因。 2.2 混凝土澆筑層薄，間歇期長(zhǎng)，冬季降溫速度快墊層混凝土澆筑厚度：右縱 1 為 1.21.5 m，右縱 2 為 1.52.0m，混凝土澆筑后因基礎(chǔ)固結(jié)灌漿停歇時(shí)間長(zhǎng)，停歇期內(nèi)又正值冬季低溫季節(jié)，混凝土強(qiáng)度發(fā)展慢，然而混凝土散熱降溫速度卻較快。根據(jù)實(shí)測(cè)資料計(jì)算，當(dāng)?shù)蜏鼗炷磷匀话韬腿雮}(cāng)，其混凝土的最高溫度為 2023。

11、經(jīng)計(jì)算當(dāng)混凝土停歇 24 天后，在停歇期內(nèi)混凝土降溫810。墊層混凝土平均溫度將降低至 12左右，而這些降溫是發(fā)生在混凝土早齡期，混凝土的抗裂能力較低，薄層長(zhǎng)間歇受基礎(chǔ)約束所產(chǎn)生的基礎(chǔ)約束應(yīng)力又較大，按單一約束系數(shù)法估算基礎(chǔ)墊層混凝土受基礎(chǔ)約束溫度應(yīng)力如下： =EcaTRKp/1-u式中：u泊桑比，取 1/6；Kp松弛系數(shù)，考慮到混凝土早期降溫且降溫速度快，取 0.8；a混凝土線膨脹系數(shù)，取 0.9410-5；T降溫量：810；R基礎(chǔ)約束系數(shù)，按 Ec/ER=1/1.5 及 H/LO.05 取 0.9；Ec混凝土彈性模量，2024 天取 18103；MPa；ER基巖彈模。 180000.941

12、0-5(810)0.90.8(1-1/6)1.1681.46MPa基礎(chǔ)約束產(chǎn)生的溫度應(yīng)力為 1.46MPa，已接近或超過相應(yīng)齡期的混凝土抗拉強(qiáng)度。綜上所述，壩身段結(jié)構(gòu)尺寸大，結(jié)構(gòu)長(zhǎng)寬比達(dá)1:3 以上是造成裂縫的原因之一。已澆墊層混凝土高寬比為 0.010.13，全部處在基礎(chǔ)強(qiáng)約束區(qū)范圍內(nèi)，加上建基面起伏差大，在基礎(chǔ)約束應(yīng)力，寒潮溫度應(yīng)力，內(nèi)外溫差應(yīng)力互相疊加作用下，溫度應(yīng)力在長(zhǎng)邊方向較大且中部大部分區(qū)域是高應(yīng)力區(qū)，因此，墊層混凝土首先沿左右方向產(chǎn)生裂縫，裂縫間距 920m，開裂之后左右方向形成長(zhǎng)邊，又造成塊體中部再次開裂，造成墊層混凝土產(chǎn)生縱橫較規(guī)則的裂縫。2.3 建基面起伏差大 由于建基面起

13、伏差較大，一般為 0.41.0m 左右，周邊陡坎高差 1.01.5m 左右，由于受地質(zhì)缺陷處理影響，造成墊層混凝土厚度不均，致使混凝土產(chǎn)生溫度收縮不均勻，在起伏差大及陡坎部位產(chǎn)生應(yīng)力集中，右縱 1 中部，右縱 2 中部陡坎及起伏差大的部位，相應(yīng)產(chǎn)生的裂縫多些，某些裂縫與陡坎走向基本一致。3 裂縫處理對(duì)所有裂縫均沿垂直裂縫方向布置鋼筋，每根長(zhǎng)450cm，間距 20cm，布筋前，用風(fēng)鎬下挖成槽，槽深至裂縫消失為止，槽內(nèi)回填預(yù)縮砂漿，然后其上澆筑一層常態(tài)混凝土。對(duì)表面縫寬較大，開裂深度較深的裂縫，采用化學(xué)灌漿并布跨縫鋼筋處理。4 裂縫危害性分析現(xiàn)場(chǎng)對(duì)典型裂縫鉆孔取樣及壓水檢查，屬于表面裂縫。這些裂縫均處在基礎(chǔ)強(qiáng)約束區(qū)內(nèi)，日后會(huì)否發(fā)展這是大家關(guān)心的問題，為此，利用裂縫鉆孔進(jìn)行溫度量測(cè)，由于時(shí)處 12 月下旬氣溫較低，加上澆筑層薄，經(jīng) 20 天左右降溫，量測(cè)得到溫度基本在 15左右，已接近壩體穩(wěn)定溫度。當(dāng)時(shí)判定裂縫不會(huì)存在大的發(fā)展。事隔3