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拱壩病害成因分析的根本理論，然后分析總結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行相應的加固處理措施。為類似工程施工及修補提供借鑒和參考意義。 關鍵詞：拱壩；溫度應力；除險加固； 一、水庫拱壩病害成因分析 水工建筑物在實際使用過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：由外荷載的直接應力，即按常規(guī)計算的主要應力作用于結構體內超過一定數(shù)值后在相應部位產(chǎn)生裂縫。 第二種裂縫

2、：由外荷載作用，結構次應力引起的裂縫。 第三種裂縫：由變形引起的裂縫，即結構由溫度、收縮和膨脹、不均勻沉陷等因素而引起的裂縫。 根據(jù)國內外調查資料，實際工程結構物的裂縫原因中，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%。實際上，裂縫的產(chǎn)生和擴展通常是由于變形和荷載共同作用的結果，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)某拱壩的裂縫調查資料，在大壩建成后13個月內，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越大，且裂縫左右兩側沒有發(fā)現(xiàn)上下錯動，后來隨著氣溫升高，裂縫又逐漸閉合，到次年

3、冬季裂縫又張開，但水庫滿蓄時，裂縫寬度減小?？傮w來看，其裂縫的開裂變化規(guī)律是低水位溫降時裂縫張開愈明顯，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地質條件影響引起的第一種裂縫 根據(jù)大壩的變形監(jiān)測資料，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，具有較顯著的不對稱變形。 通過觀察壩體拱圈發(fā)生的最大切向拉應力可以看到，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稱，從而造成壩體出露局部的不對稱情況，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地大于左岸，由此可以看出，由于左、右岸巖體的不對稱分布，使得拱壩應力分布在經(jīng)歷荷載以后出現(xiàn)了明顯不對稱的情況，由于應力分布的不平衡，右岸拉應力加大，也就促使拱壩右岸拉應力出現(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、右岸壩肩約束不對稱使得壩體中心受拉導致了豎直裂縫的出現(xiàn)。 2.3施工質量差引起的第三種裂縫 某出現(xiàn)問題也是由于該工程上馬倉促，沒有經(jīng)過正規(guī)的設計審核，也沒請有資質的施工單位施工，是附近的村民土法施工，缺少專業(yè)技術人員，致使大壩整體質量較差。一方面，壩體砂漿鋪砌質

5、量控制不嚴，填縫不密實，局部砌縫漏鋪，留有較多縫隙及孔洞，質量根本無法保證，造成工程先天缺乏；另一方面，大壩興建時開挖主要靠爆破，未對松動巖石進行徹底清理，亦未采取固結灌漿等處理措施，致使建基面在凍脹反復作用下滲漏，從而出現(xiàn)了一些沉陷裂縫；再就是工程建設過程中，由于各種原因施工速度慢，工期長，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 針對某拱壩裂縫成因及其規(guī)模，結合前人的經(jīng)驗，研究拱壩裂縫的修補措施，通過補強加固增強壩體的整體性，降低壩體的溫度荷載，擬定的處理措施如下【3】： 3.1上游壩面進行防滲和抗裂并舉的加固措施。修補壩體裂縫，即對壩體裂縫采用化

6、學材料環(huán)氧樹脂接縫灌漿處理，將拱壩連接為一個整體，防止水壓引起裂縫進一步的開展，并更好的發(fā)揮大壩拱圈的傳力作用。 壩體裂補綴強的具體方法是：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)氧水泥砂漿到達一定強度時，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，使其承當較大的壩面拉應力。對于灌漿材料，工程中采用粘度低、可灌性好、粘接力強、收縮性小、工藝簡單的環(huán)氧樹脂漿液，這種材

7、料可在低溫條件和水下固化，可以準確地控制凝固時間，防滲性強及膠結強度高。 3.2夏季日照對壩面溫度的影響不可無視，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，使每天日照高溫來不及傳至壩面混凝土就到了晚上的溫降時間。苯板是一種隔熱性能很好的保溫材料，重量輕，運輸方便，質地軟，易于切割，采用適當?shù)恼辰觿┖托すに?，能和混凝土很好地粘結，而且價格也廉價，因此本工程擬采用苯板保溫。即在水庫拱壩整個下游面都用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型水泥復合膠結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合，約4h可撤除壓板，其粘結強度隨時間的延長而增加。 鋪貼網(wǎng)格布：將網(wǎng)格布壓入底層聚合物砂漿內，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，嚴禁網(wǎng)格布褶皺；網(wǎng)格布不得壓入過深，外表必須暴露底層砂漿之外。單網(wǎng)長度不宜大于6米，鋪貼遇有搭接時，必須滿足搭接長度，橫向100毫米，縱向80毫米。 外表保護。由于苯板強度不高，防老化性能亦較低，另外，存在粘貼過程中各板接縫不密實、外表上下不平等問題，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，設置5cm壓條，用預埋螺栓固定于壩體混凝土上，以加強苯板和壩體的整體結合性。 3.3對兩岸壩肩進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，可對兩岸根底同時進行適當處理，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，也可適當調整上游巖體的不對稱情況，改善拱壩應力的不對稱分布，適當降低拱壩應力值。此外，也可以適當采用預應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。這種通過修正壩體斷面，改善壩體應力分布，從而降低壩體拉應力值，提高壩體承載能力來消除裂縫產(chǎn)生原因的措施是裂縫處理的關鍵環(huán)節(jié)。 四、本章小結 針對某拱壩病因和裂縫規(guī)模，結合前人的經(jīng)驗，研究拱壩裂縫的修補措施，通過補強加固盡可能