水利工程論文-淺析某水電站大壩裂縫存在對工程正常使用的影響.doc

水利工程論文-淺析某水電站大壩裂縫存在對工程正常使用的影響摘要：目前國內(nèi)砌石拱壩中出現(xiàn)裂縫的情況較多，大多數(shù)拱壩在出現(xiàn)裂縫后通常是對裂縫進行灌漿處理后繼續(xù)運行，并且極少拱壩出現(xiàn)失事現(xiàn)象。本文從裂縫產(chǎn)生的成因及裂縫經(jīng)過處理后對大壩正常運行影響方面進行了淺顯的分析。關(guān)鍵詞：砌石拱壩裂縫成因應(yīng)力分析超靜定（2）裂縫成因分析為分析裂縫產(chǎn)生的原因，計算了水庫空庫+溫降（-5）（設(shè)計溫降工況為多年平均日最低氣溫1月份為7.7）運行工況的壩體應(yīng)力情況，由于建筑大壩用的砼水灰比達到0.69(試驗結(jié)果)，大大高于規(guī)范要求的0.50.6的要求，壩體的線脹系數(shù)取0.0000090（原設(shè)計取0.0000080），封拱溫度按實際施工時平均溫度選取，計算成果見表1。氣溫驟降（-5.0）+空庫時壩體主應(yīng)力計算成果表1高程左壩肩右壩肩上游下游上游下游271.2-2.71-2.25-2.54-2.16266-2.74-2.03-2.65-2.08261.28-2.25-1.73-2.17-1.83256.57-1.54-1.06-1.48-0.97251.86-1.18-0.71-1.27-0.65247.14-0.92-0.72-1.17-0.68由表1中知，在氣溫驟降（-5，大大低于設(shè)計溫度7.7）及空庫情況下，兩壩肩的拉應(yīng)力較大，最大值為2.74Mpa2R，-7C，且拉應(yīng)力區(qū)范圍較廣，兩壩肩拉應(yīng)力呈全斷面分布，且上游面普遍大于下游面，而且可以看出，計算結(jié)果與實際產(chǎn)生裂縫位置較為吻合，由此，可得出裂縫產(chǎn)生的原因。引起壩體頂部豎向裂縫的主要原因是溫度荷載，即拱壩在空庫（或低水位）+溫降情況下運行是產(chǎn)生壩頂裂縫的最不利荷載組合，而且該段壩體施工時最高溫度達27.1，平均溫度達到21，而短歷時寒潮最低溫度為-2-5，最大溫差超過20，而且壩頂厚度又較薄，壩體溫度很快降至當(dāng)時氣溫，實際產(chǎn)生的拉應(yīng)力往往會大于計算值，從而在寒潮作用下產(chǎn)生近壩頂豎直裂縫。3、裂縫處理方案裂縫產(chǎn)生后，設(shè)計人員根據(jù)踏勘情況，提出了裂縫處理方案，裂縫將采用化學(xué)材料嵌縫和水泥灌漿相結(jié)合的處理方法。灌漿施工流程為:鑿槽嵌縫鉆孔沖洗灌漿封孔。鑿槽：對壩體裂縫進行鑿槽，鑿槽成三角形，槽上口寬4cm左右，槽深34cm，壩體裂縫兩端各延伸0.5cm；嵌縫：嵌縫采用環(huán)氧樹脂，先對壩體裂縫鑿槽內(nèi)刷一道環(huán)氧樹脂液，然后用配制好的環(huán)氧樹脂嵌縫，用榔頭敲擊嵌補的環(huán)氧樹脂并用刮刀刮平；鉆孔：在大壩下游面沿裂縫兩側(cè)交錯水平鉆斜孔，孔距2.0m，孔徑為40；沖洗；采用高壓水對鉆孔進行沖洗，并檢查各孔是否串通，沖洗壓力為灌漿壓力的80%；灌漿：灌漿時空氣溫度不大于10，灌漿采用孔口循環(huán)灌漿法，灌漿壓力為0.25MPa，灌漿材料為525#普通硅酸鹽水泥；封孔：從大壩底部往上灌漿，待全部孔出漿且堵塞全部孔后不吸漿才結(jié)束灌漿進行封孔。4、裂縫存在對工程正常使用的影響左右壩肩壩頂豎直裂縫一般冬開夏閉，隨氣溫的年變化而開合，隨庫水位高低變化而合開，水庫在低水位或空庫時，又遇更冷的氣溫時原有裂縫往往擴展延伸或在其他部位又發(fā)生新的裂縫，因此，還必須注意兩壩肩發(fā)生新裂縫的可能性。這種裂縫僅相當(dāng)于水庫在低水位或空庫運行時恰縫冬季，壩體近壩頭處又分了一條橫縫，沒有灌漿，而此時庫水位又低，漏水問題不突出，隨著庫水位的上升和氣溫升高，該裂縫又會自動閉合，即使出現(xiàn)滲水，也不會影響到其傳遞壓應(yīng)力的功能，拱壩還能繼續(xù)工作，該種裂縫又稱“活縫”。這種裂縫對壩體正常工作的危害性不大。另外，考慮到拱壩是一種高次超靜定結(jié)構(gòu)，它在周邊的嚴(yán)格約束下，對于超載或變形的反映十分敏感，局部應(yīng)力集中立即會引起開裂，然而這種開裂也可以說是結(jié)構(gòu)放松約束來調(diào)整內(nèi)力以適應(yīng)變化的正常反映。拱壩在破壞以前必定存在一個不斷開裂，不斷靜定化的過程。在尚未達到嚴(yán)重開裂以前，拱壩高次超靜定結(jié)構(gòu)的潛力沒有完全發(fā)揮，因而不會影響壩的安全運行。為進一步分析裂縫存在對工程正常使用的影響，對拱壩在灌漿前、后分別作應(yīng)力分析，計算工況增加空庫+溫降和空庫+溫升兩種工況（灌漿后）。應(yīng)力分析時，封拱溫度選擇：灌漿前封拱溫度選擇設(shè)計封拱溫度+裂縫寬度相對應(yīng)的溫度升高值（由于壩體的線脹系數(shù)為0.0000090，簡單認(rèn)為壩體裂縫1.0mm相當(dāng)于壩體封拱溫度升高9.0）；灌漿后封拱溫度選擇灌漿時的溫度，裂縫灌漿前、后的拱壩應(yīng)力計算成果見表2、表3。其中裂縫灌漿前由于溫降和低水位工況時壩體收縮，裂縫產(chǎn)生后，壩體應(yīng)力已重新分布，所產(chǎn)生的拉應(yīng)力大部分釋放掉了，所計算得到的應(yīng)力成果不能反映壩體的實際應(yīng)力分布，因此裂縫灌漿前不計算空庫工況的應(yīng)力。拱壩應(yīng)力計算成果表（主應(yīng)力）（裂縫灌漿前）表2單位：MPa工況上游壩面下游壩面最大主拉應(yīng)力最大主壓應(yīng)力最大主拉應(yīng)力最大主壓應(yīng)力1、正常水位+溫降1.449R,0C1.645R,0C1.161R,-9C2.536R,4C2、死水位+溫降1.621R,-9C0.686R,0C1.351R,-9C1.286R,4C3、死水位+溫升0.414R,0C1.989R,0C0.669R,0C1.608R,0C4、校核洪水位+溫升1.107R,-3C1.232R,-1C0.092R,2C2.696R,4C拱壩應(yīng)力計算成果表（主應(yīng)力）（裂縫灌漿后）表3單位：MPa工況上游壩面下游壩面最大主拉應(yīng)力最大主壓應(yīng)力最大主拉應(yīng)力最大主壓應(yīng)力1、正常水位+溫降1.139R,0C1.345R,0C0.661R,-9C2.167R,3C2、死水位+溫降1.031R,-8C0.799R,1C0.841R,-9C0.806R,4C3、死水位+溫升0.542R,0C2.289R,0C0.996R,4C1.638R,0C4、校核洪水位+溫升0.858R,-2C1.701R,-9C0.232R,8C2.347R,3C5、空庫+溫升0.522R,0C3.239R,0C1.489R,0C1.448R,0C6、空庫+溫降0.991R,-8C1.059R,1C0.781R,-9C0.815R,2C由上述兩表計算表明，裂縫灌漿前，在各種工況局部出現(xiàn)了應(yīng)力超標(biāo)現(xiàn)象，而裂縫經(jīng)過灌漿處理后，拱壩應(yīng)力均滿足規(guī)范規(guī)定的要求（拱冠梁1.5Mpa，拱及其它部位1.40Mpa），因此，該裂縫應(yīng)進行灌漿處理，以滿足工程正常運行要求。5、結(jié)語由溫降+低水位（空庫）運行為主要原因而產(chǎn)生的壩頂近豎向裂縫是國內(nèi)砌石拱壩中出現(xiàn)的最常見裂縫，這一方面在拱壩設(shè)計中對某些不利荷載難于確切預(yù)計，壩的材料特性和壩基的地質(zhì)條件難于完全掌握，同時也說明拱壩可以通過自身結(jié)構(gòu)調(diào)整，利用高次超靜定結(jié)構(gòu)這種安全儲備來彌補設(shè)計的不足，開裂正是這種自身結(jié)構(gòu)調(diào)整的早期征兆。對這種裂縫，只要重視監(jiān)控檢查，掌握