裂縫分析黃河小浪底水利樞紐

裂縫分析黃河小浪底水利樞紐40km，黃河中游最終一段峽谷的出口處，上距三門130km128km.126.5m351億m3.樞紐主要任務是以防洪、防凌、減淤為主，兼顧供水、澆灌和發(fā)電，蓄清排渾、除害興利、綜合利用。小浪底的泄洪工程主要包括：進水口引渠、10個功能不同的塔體組成的進水塔、3條孔板(導流)洞、3條明流泄洪洞、3條排沙洞、1條正常溢洪道、出口消力塘和泄水渠、尾水明渠。在3條孔板(導流)洞閘室以下洞身材、3條排沙洞明流段、3C7040MPa以下70MPa混凝土，在我國水利工程中還是較少的。在小浪底孔板(導流)洞閘室以下洞身材、排沙洞明流段、明流洞和溢洪道C700.4～0.8mm，最2mm4m.C701.1C70高標號硅粉混凝土裂縫分布部位和裂縫類型C70高標號硅粉混凝土裂縫分布部位 澆筑尺寸

混凝土澆筑方量(14.5m)

內弧長邊墻12m×(9-11.5)m×1m的邊墻12m×(9-11.5)m×1m的傾斜裂縫底板12m×(12.5-13.7)m×1m橫向貫穿裂縫邊墻8.9m×7.9m×0.8m45°左右的傾斜裂縫底板8.9m×6m×0.8m橫向貫穿裂縫邊墻15m×11m×0.8m45°左右的傾斜裂縫底板15m×14m×0.5m橫向貫穿裂縫

17.0明流洞洞身材和泄槽段排沙洞明渠段溢洪道高強度等級混凝土裂縫產(chǎn)生的緣由早期裂縫分析混凝土早期裂縫主要與混凝土因水泥水化熱(特別在拆模后)有關?；炷翝仓螅蛩嗨療嶙饔?，引起溫度上升較快，見圖1，加上混凝土的導熱性能很差，導致混凝土內外消滅溫差。由于材 料的熱脹冷縮性，引起內部受壓、外部受拉。當混凝土此時的抗

14.42.812.0相關圖片如下(齡期2～3d左右)時已消滅裂縫，有些部位在拆模后1～2d內消滅2是計算的C25、C70混凝土升溫過程中不同內表溫差和不同外表溫度降溫梯度的拉應力。1C70高標號硅粉混凝土現(xiàn)場實測溫度上升曲線2C25、C70混凝土外表早期溫度拉應力溫差/℃ C25混凝土溫度拉應力/MPa

C70混凝土溫度拉應力/MPa70.931.28升溫過程內表溫差(齡期3d)91.301.79121.862.5651.011.38外表溫度降溫梯度(齡期5d)81.612.21102.022.76混凝土[σ]=1.34MPa，C70高標號硅粉混凝土[σ]=1.92MPa;②5d齡期抗拉強度：C25混凝土[σ]=— 高標號硅粉混凝土[σ]=2.47MPa.從表2可以看出，低標號C25混凝土因其水泥用量少，水化熱引起升溫較C70低，在溫差一樣時，C70混凝土比C25混凝土溫度拉應力要大得多。在升溫過程中，當內表溫差超過12℃時，C70混凝土的實際拉應力大于C70混凝土的極限拉應力[σ]；外表溫度降溫梯度超過10℃時，C70混凝土的實際拉應力大于C70混凝土的極限拉應力[σ]，都將產(chǎn)生裂縫。依據(jù)統(tǒng)計的現(xiàn)場溫度資料，混凝土在木模板保護、外界氣溫10℃左右狀況下，1～2m厚的C70混凝土在升溫過程中內表溫差在6～9℃左右，依據(jù)表2的計算分析結果，拆模前一般是不會消滅裂縫。從現(xiàn)場施工狀況覺察，但凡拆模時即消滅裂縫的，多是承受混凝土泵入倉水泥用量加大或澆筑后遇到特別冷的天氣未很好的進展冬季保溫，或同時具備上述兩種因素，此3號明流洞左邊墻第54塊混凝土在拆模時就覺察有裂縫消滅?；炷猎诓鹉：鬅o任何保護的狀況下，經(jīng)計算C70混凝土外表拆模后第一天降溫梯度最陡，一般到達210℃時所產(chǎn)生的溫度應力足以將混凝土外表拉開。實際統(tǒng)計資料說明拆模后混凝土未進展有效的保護措施，遇低溫時混凝土外表溫度突然下降，引起更大的溫度變化，使得混凝土外表的拉應力更大，這樣混凝土在拆模后1～2d內將消滅外表裂縫。溢洪道左邊墻WL-510KF層(3m)23條豎向貫穿裂縫。69%.后期裂縫分析混凝土后期裂縫主要由根底溫差引起，與施工分塊尺寸、混凝土彈模/基巖彈模等因素有1～2m的混凝土底板或邊墻，當混凝土塊溫度由最高降至最低(或穩(wěn)定溫度)時，由于受基巖的強約束，產(chǎn)生較大的拉應力，假設根底溫差較大或分塊尺寸較大，產(chǎn)生的拉應力大于混凝土抗拉力，混1mC25、C703.3因混凝土與根底溫差引起的溫度拉應力C25混凝土拉應力/MPa C70混凝土拉應力/Mpa/℃L=6m 22 1.6727 2.053746

L=15m1.782.18

L=6m2.73.4

L=10m3.44.2

L=15m3.64.5C25σ]=1.85MPa，C70σ]=3.5MPa，應力安全1.3；②L3C25混凝土板，假設掌握根底溫差22℃(對應最高溫度為30℃左右)，澆筑分塊長度應在15m以內，可防止混凝土消滅裂縫?；鶐r上的C70高標號硅粉混凝土板，假設掌握根底溫差37℃(對應最高溫度為45℃左右)，澆筑分塊長度大于15m時其拉應力大于C70高標號硅粉混凝土[σ]值3.5MPa，將會產(chǎn)生裂縫。假設掌握根底溫差46℃(對應最高溫度為54℃左右)，澆筑分塊長度大于6m，將會產(chǎn)生裂縫。在溢洪道C70高標號硅粉混凝土分塊長度達15m，45℃，消滅了后期混凝土裂縫。在無早期裂縫的澆筑塊上，后期裂縫一般消滅在澆筑塊中間位置，而在已出現(xiàn)早期裂縫的澆筑塊，后期裂縫只在已消滅的裂縫上連續(xù)拉長加深。由于底板和圍巖形成的根底約束力較強，由此產(chǎn)生的裂縫是深層裂縫和貫穿性裂縫。此類裂縫數(shù)量較少，但危害最大。依據(jù)現(xiàn)場統(tǒng)計資料顯示此類裂縫占總量的31%.C70高標號硅粉混凝土裂縫的預防(1)優(yōu)化混凝土協(xié)作比。在滿足強度等設計指標要求的狀況下，摻加粉煤灰25%～40%盡量削減水泥用量，降低混凝土水化熱溫升，提高混凝土的后期強度及抗裂力量。(2)提高施工質量。加強混凝土澆筑過程中的振搗掌握，保證混凝(3)縮短混凝土分塊長度。依據(jù)水工標準，隧洞及泄洪槽襯砌分塊長度一般6～12m.據(jù)表3計算分析結果，C70高標號硅粉混凝土分塊長度取標準的下限，以4～6m較適宜。(4)加強混凝土溫度掌握。C70高標號硅粉混凝土溫控比其他低強度混凝土更難以掌握。高強度等級混凝土溫控有其特別性，與低強度混凝土相比，其齡期3～7d左右溫度提高的幅度遠大于其強度提高的幅度。因此需實行比一般低強度混凝土更強的溫控措施。在混凝土施工時降低澆筑溫度，也就是降低最高溫升和初始溫差，到達降低外表拉應力的目的。這對防止早期溫度裂縫格外有效。降低澆筑溫度要掌握3個環(huán)節(jié)，掌握骨料溫度、掌握水泥溫度，充分利用制冷設施來降低出機溫度；混凝土運輸中承受攪拌車，削減運輸途中的溫度上升；削減入倉振搗時的溫度上升。(5)混凝土養(yǎng)護?；炷炼静鹉：?，為防止混凝土外表灑水結冰造成內外溫差過大消滅裂縫，小浪底工程使用Sika保水養(yǎng)護劑，拆模后刷在混凝土外表進展養(yǎng)護。該養(yǎng)護劑在90d后老化，自行剝落，不存在將來過水后有害物質污染黃河問題。同時掩蓋泡沫塑料保溫。施工中實行以上措施后，有效地掌握了裂縫的發(fā)生和進展。3號明流洞在施工后期裂縫明顯削減。C70高標號硅粉混凝土裂縫處理措施依據(jù)技術標準要求但凡裂縫寬度大于0.5mm或是長度大于1.5m的裂縫均應進展處理。小浪底泄洪工程對C70高標號硅粉混凝土裂縫主要承受環(huán)氧樹脂和特細水泥注漿進展處理。環(huán)氧注漿處理注漿材料Sika752狀態(tài)下或潮濕的混凝土外表無收縮固化。Sika752環(huán)氧樹脂力學強度指標及適4。414d的強度指標及適用條件抗壓強度/MPa抗拉強度/MPa

與混凝土的粘結與鋼材粘結強度被修補的混凝土可修補裂縫寬度強度/MPa

/MPa

/mm64 27 3

9

0.2～0.5裂縫處理步驟(16mm10cm30cm右(2(3)在鉆孔處安放灌漿咀。同時用Sika731環(huán)氧砂漿封閉裂縫及灌漿咀底座。固化24h.(4Sika752A、B2∶1并攪拌3min.(5)用環(huán)氧注漿泵將拌合好的漿液注入裂縫內，豎向縫自下而上，水平縫自一端向另一端，逐孔灌注，灌注壓力為0.4～0.6MPa.(6)自然狀態(tài)下養(yǎng)護，到達肯定強度后用砂輪機把外表打平磨光?？装?導流)洞、排沙洞泄槽段均承受此方法進展處理，在處理過的裂縫中進展隨機取芯檢查，從芯樣外觀看，灌注材料布滿裂縫空隙與混凝土結合很好。進展抗壓試驗時，滿足混凝土設計強度要求。特細水泥注漿處理5強度指標及適用條件水灰比0.55-0.65

3.0

/(cm2/g)16000

1d 7d23 45

38d60

修補裂縫寬度/mm0.2注漿材料特細水泥(SikaMikrodurR-Ud

<9.5um，95比外表積>16000cm2/g)有別于一般水泥。使用時特細水泥添加3%的外加劑(SikaIntraplastHE50)和水混合。特細水泥的力學強度指標及適用條件見表5.裂縫處理步驟其施工方法及操作步驟與環(huán)氧樹脂灌漿類似，不同的是環(huán)氧樹30～50cm安裝一只管座，管座上連接支管，豎直縫自下而上，水平縫從一端到另一端0.6～1.2MPa.裂縫處理效果3泥變形與混凝土接近，進展抗壓試驗時，滿足混凝土設計強度要求。假設有滲水的裂縫承受特細水泥方法效果要比Sika環(huán)氧樹脂好，但特細水泥方法價格?萐ika752方法高30%左右。因此，處理C70高標號硅粉混凝土裂縫時應依據(jù)實際狀況選擇不同的修補方法。完畢語小浪底泄洪工程承受C70高標號硅粉混凝土的部位消滅各種類型的裂縫的機率較C40以下混凝土的部位為高。從裂縫產(chǎn)生的時間上看，早期裂縫居多。從外表裂縫、深層裂縫、貫穿裂縫類型上看，C70高標號硅粉混凝土中深層裂縫、貫穿裂縫較C40以下混凝土多。通過對早期裂縫和后期裂縫的緣由分析，實行了有效的預防措施，這些措施的實施對防止裂縫形成取得了良好的效果。依據(jù)技術標準要求，但凡縫寬大于0.5mm或長度大于1.5m縫，這兩種方法工藝成熟，處理后的抗壓強度滿足設計要求。為了避開和削減高強度混凝土的裂縫，優(yōu)化協(xié)作比設計、研制“補償收縮混凝土”是土木工程材料學科的課題。黃河小浪底水利樞紐泄洪工程(Ⅱ標)技術標準[S]。1994。黃河小浪底水利樞紐溫控觀測及實施分析報告[R]。黃河水利委員會設計院，1999.混凝土施工縫的質量掌握混凝土施工縫的質量掌握隨著建筑業(yè)的進展，鋼筋混凝土構造應用越來越普遍，在現(xiàn)澆混凝土施工過程中不行避開地會遇到施工縫的設置和處理問題。施工縫的質量、位置直接影響整個建筑構造的質量與安全，因此必需嚴格掌握施工縫的質量?，F(xiàn)行施工標準雖然規(guī)定了混凝土梁、柱、板的施工縫留置位置和處理方法，但是不夠具體，無法滿足實際施工的需要。筆者依據(jù)尋常的施工閱歷，現(xiàn)對施工標準中有關施工縫的規(guī)定并結合實際狀況談幾點看法：—、嚴格掌握施工縫的留置位置正確由于混凝土抗拉強度低，僅為抗壓強度的7%-14%〔平均約為10%〕最合理，施工縫宜留在構造受剪力較小且便于施工的部位。1、施工標準中規(guī)定的“柱應留水平縫、梁板墻應留垂直縫”比較片面，沒有對混凝土構件作出統(tǒng)一規(guī)定，例如，混凝土樓梯假設說留水平縫或垂直縫都是不適宜的。應規(guī)定為：使施工縫接縫面與構造的縱向軸線垂直。2、對于大體積混凝土，由于澆注數(shù)量大，整體性要求高，一般不應留施工縫。3、混凝土條行根底和獨立柱根底也應一次澆注完畢，不宜留施工縫。4、承受動力作用的設備根底，一般不應留置施工縫。如設計沒有規(guī)定，而施工時又必需分段澆注混凝土時，應先征得設計單位同意，并符合施工標準要求方可設置。但在同一設備機座的地腳螺栓之間，在重要機座之下和用軸連接傳動的設備機座之間不得留置垂直縫。5、根底的薄壁或懸壁部位以及被孔洞減弱部位不應留置施工縫。6、施工標準規(guī)定：“和板連成整體的大斷面梁，施工縫應留置在板底面以下20-30mm，當板下有梁托時，留在梁托下部?！贝髷嗝媪海瑳]有具體規(guī)定端面尺寸，一般認為和板連成整體的梁應和板同時澆注，只有當梁的高度大于1m時，才允許將梁單獨澆注并按標準規(guī)定留置施工縫。7、對簡支梁作受力分析，在荷載作用下跨中的剪力較小，施工也比較便利，施工縫應留置在跨度中間1/3的范圍內。8、澆注圈梁時，由于磚墻的十字、丁字、轉角墻垛、門窗洞、預留洞的上部以及圈梁與其他混凝土構件交接處如帶有雨蓬、陽臺、天溝板等的圈梁屬于薄弱環(huán)節(jié)或關鍵部位，都應連續(xù)澆注混凝土，除此之外的部位均可留置施工縫。9、樓梯的混凝土宜連續(xù)澆注。假設為多層樓梯，且上一層為現(xiàn)澆樓板而又未澆注時，可留置施工縫；應留置在樓梯段中間的1/3部位，但要留意接縫面應斜向垂直于樓梯軸線方向。10、雨蓬由于澆注量少且屬于懸臂構件，應一次澆注混凝土完畢，不能留施工縫。二、正確處理施工縫，確?；炷临|量1、混凝土初凝以后，不能過早地在上面澆注的混凝土層，否則在振搗澆注的混凝土時，會破壞已初凝混凝土的內部構造和混凝土與鋼筋的粘結，所以必需等混凝土抗壓強度到達1.2Mpa 以上時，才能連續(xù)澆注混凝土。2、重澆注混凝土之前應去除施工縫外表的水泥漿、垃圾、松動的砂石和脆弱層，以及鋼筋外表的油污、泥銹和砂漿等雜物；承受外表涂刷緩凝劑處理的垂直施工縫，應在拆模后即用鋼絲刷或壓力水去除表層水泥漿，使石子外露。由于水平施工縫前后層混凝土的結合是通過混凝土在重力作用下的壓力、接觸面的摩擦力以及前后層混凝土的粘結力和接觸面產(chǎn)生的咬合力來提高其抗剪力量的，因此施