淺析某水電站大壩裂縫存在對工程正常使用的影響

1、淺析某水電站大壩裂縫存在對工程正常使用的影響-水利施工1、工程概況該水電站位于*省*縣境內(nèi)，是*江上游d*溪的一個梯級水電 開發(fā)工程。壩址集雨面積為 26.3Km2，電站裝機3.2MW，為引水式 電站，大壩為C15細砼砌石拋物線型雙曲拱壩，壩頂高程為271.2m, 最大壩高38.2m，壩頂中心線弧長123.8m,頂厚2.62m，底厚7.57m， 厚高比0.198,拱圈最大中心角87.3 °最小中心角38.5 °該工程于 2001年底動工興建，至2003年底主體工程已基本完成。2003年12月13日17日當(dāng)?shù)貧鉁剡B續(xù)5天降至-25C, 12月22日25日連續(xù)4天降溫至-1-4

2、C。2003年12月17日15時左右， 現(xiàn)場施工人員發(fā)現(xiàn)大壩左右岸壩體均出現(xiàn)裂縫，施工單位隨即停止施 工，設(shè)計人員在踏勘現(xiàn)場的基礎(chǔ)上提出了裂縫處理意見。2、裂縫產(chǎn)生的原因根據(jù)相似工程實踐經(jīng)驗，施工后期及運行期出現(xiàn)異常外部條件時出現(xiàn) 裂縫仍是拱壩在應(yīng)付各種不利工況時進行結(jié)構(gòu)性調(diào)整的一種早期征 兆，在絕大多數(shù)情況下無嚴重危害性，但是，裂縫的出現(xiàn)總是某種潛 在的不利因素在起作用的結(jié)果，因此必須引起是夠重視，注意其發(fā)展， 尋找裂縫產(chǎn)生的原因。(1)裂縫情況2003年12月17日，發(fā)現(xiàn)大壩左岸離壩軸線 43m左右，右岸離壩軸 線36m左右處各出現(xiàn)近豎直向裂縫，其中左岸 2條，其中1# (5#) 裂縫上、

3、下游貫穿，裂縫范圍為高程 259m271.2m, 6#裂縫出現(xiàn)在 下游面，范圍為高程257.8261.0m,上、下游沒有貫穿；右岸三條 裂縫，均上、下游貫穿，其中2#(7#)裂縫范圍為251.4265.4, 3#(8#)裂縫范圍為256.8271.2m,4#(9#)裂縫范圍為258.6266.6m, 裂縫寬大多為1mm左右。其中1# (5#)、3# (8#)兩條裂縫由基巖 墊層始至壩頂，其它幾條由基巖墊層始向上發(fā)展至一定位置尖滅消 失。裂縫寬度與氣溫關(guān)系密切，氣溫升高時，縫寬變小，氣溫降低時， 縫寬變大。裂縫分布情況見圖一和圖二。裂縫發(fā)生前幾天，遭遇寒潮，氣溫較低，2003年12月17日，當(dāng)?shù)?/p>

4、氣溫最低為-5C，再則，大壩主體工程剛剛完成還沒有蓄水，屬于非 常不利的拱壩運行狀況。(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(-5C)(設(shè)計溫降工 況為多年平均日最低氣溫1月份為7.7C)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表1高程左壩肩右壩肩271.2-2.71-2.25-2.54-2.16-2.08266-2.74-2.03-2.65261.28-2.54-2.25-1.7

5、3-2.17-1.83256.57-1.6-0.71-1.48-0.97251.86-1.18-1.27-1.17-0.68-0.65247.14-0.92-0.72由表1中知，在氣溫驟降（-5C，大大低于設(shè)計溫度7.7C）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

6、 27.1 C，平均溫度達到21 C，而短歷時寒 潮最低溫度為-2-5C,最大溫差超過20C，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t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：

7、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 10C，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

8、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。在尚未達到嚴重開裂以前，拱壩高次超靜定結(jié)構(gòu)的潛力

9、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,簡單認為壩體裂縫1.0mm相當(dāng)于壩體封拱溫度升高9.0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,0C0.662R,-9C2.167R,3C2、死水位+溫降1.031R,-8C0.799R,1C0.841R,-9C0.806R,5C3、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0.99