水布垭面板堆石坝施工期裂缝成因及处理措施

收稿日期:2010-10-28

作者简介:罗福海,男,长江勘测规划设计研究院水布垭工程设计代表处处长,高级工程师.

文章编号:1006-0081(2010)12-0005-04水布垭面板堆石坝施工期裂缝成因

及处理措施

罗福海1

张保军2

夏界平

3

(1.长江勘测规划设计研究院,湖北武汉　430010;2.长江水利委员会长江科学院,湖北武汉　430010;

3.长江三峡勘测研究有限公司,湖北武汉　430010)

摘要:在清江水布垭面板堆石坝施工过程中,由于受混凝土干缩、温度应力及堆石坝坝体沉降变形的影响,导致大坝面板产生了不同程度的裂缝。设计单位在分析了裂缝成因的基础上,针对不同类型裂缝的性质和裂缝的宽度,制定了切实可行的处理方案,通过修补,这些裂缝都呈闭合状态,可满足工程安全运行的需要。

关键词:钢筋混凝土;面板堆石坝;大坝面板;面板裂缝;处理措施;水布垭水利枢纽;清江中图法分类号:T V 641.43 文献标志码:A

水布垭大坝为混凝土面板堆石坝,坝顶高程409.0m ,最大坝高233.0m 。坝顶设L 型防浪墙,墙高5.4m ,墙底高程为405.0m 。上游坝坡为1∶1.4,下游平均坝坡为1∶1.46。水库正常蓄水位为400.00m ,设计洪水位为402.20m ,校核洪水位为404.00m 。

大坝典型剖面见图1。大坝填筑总量1570万m 3

,面板总面积13.87万m 2

,厚度0.3～1.1m ,最大斜长392.27m 。面板混凝土分3期浇筑:2005年1月6日～3月27日,从177m 处浇筑第1期面板,面板顶部高程278m ;2006年1月21日～4月1日,浇筑第2期面板,面板顶部高程340m ;2007年1月4日～3月28日,浇筑第3期面板,面板顶部高程405

m

[1,2]

。大坝面板及填筑分期示意见图1。

1　面板裂缝分布状况

2005年3月,在第1期面板施工结束后,于坝前铺盖填筑前,检查发现第1期面板有5条裂缝,其中1条为Ⅱ类裂缝,其余均为Ⅰ类裂缝;6月对面板

225m 高程以上进行了全面检查,发现有255条裂缝,其中Ⅰ类裂缝有195条,Ⅱ类和Ⅲ类裂缝有60条;2007年3月,对第1期面板重新检查发现,面板顶部270～278m 高程新增裂缝23条,均为Ⅰ类裂缝;第1期面板共发现283条裂缝,其中Ⅰ类裂缝有222条,Ⅱ、Ⅲ类裂缝有61条,裂缝分布见图2。 对第2期面板进行检查时,共发现了12条

裂

图1　大坝面板及填筑分期示意

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5·

图2　第1

期面板裂缝分布示意

图3　第2

期面板裂缝分布示意

图4　第3期面板裂缝分布示意

缝,其中Ⅰ类裂缝有4条,Ⅱ类裂缝有8条,裂缝分布见图3。

2007年6月～8月,对第3期面板进行初次检查时发现了344条裂缝,其中Ⅰ类裂缝有293条,Ⅱ类裂缝有44条,Ⅲ类裂缝有7条;2008年4月～6月,利用水库低水位时再次进行检查,发现有275条表面裂纹(按Ⅰ类裂缝处理)。第3期面板共发现了裂缝619条,裂缝分布见图4。

经检查,水布垭大坝面板共发现裂缝914条,其中Ⅰ类裂缝有794条(含裂纹275条),Ⅱ类和Ⅲ类

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6·

裂缝有120条。2　面板裂缝成因分析

2.1　结构性裂缝

面板上的裂缝大多为结构性裂缝,主要是面板

在外力作用下产生的。发生裂缝的原因,首先是受面板下部的堆石支撑体自重及变形的影响;其次,是在大坝蓄水过程中,在上游水位升降变化等外荷载的作用下,堆石坝体产生不均匀沉降和水平变形,导致面板和垫层之间出现脱空,改变了面板的受力状态,面板上的作用荷载产生的应力大于混凝土的抗拉强度后便会产生裂缝。结构性裂缝会使面板后期呈规律性地开裂,一旦发生此类裂缝,面板将可能产生贯穿性的张裂。经过对水布垭大坝面板进行多次多方式的检查,确认大坝面板没有出现贯穿性裂缝。2.2　干缩和温度应力影响

为了防止在混凝土浇筑过程中受温度的影响,大坝面板浇筑期都选择在最低气温的1～3月间施工。大坝混凝土面板浇筑初期的3～6个月内,面板开始产生表面裂缝,且多呈龟裂状、浅层裂缝性质,可看出不连续性。经分析,认为面板混凝土干缩和温度应力是造成面板非结构性裂缝的主要原因之一。因为:

(1)大坝面板一般较宽,而厚度却相对很薄,混凝土浇筑施工时通常是采用滑模方式,滑模在上升过程中由于机械行走速度不均匀,容易造成混凝土入仓后的均匀性差;

(2)混凝土表面采用人工抹平,胶凝材料及含水量与内部结构存在着明显的差异,继而诱发了干缩裂缝发生;

(3)温度应力受大气温度与材料的影响,初期混凝土内部水化热上升,外部大气温度较低,温差引

起的温度应力导致大坝面板产生裂缝。2.3　坝体沉降变形影响

众所周知,大坝堆石坝体在碾压填筑施工过程

中主要会产生沉降变形,其次为水平变形。堆石坝

体的增高与下沉量呈正比例关系,但这种变形增量初期较明显,后期逐渐衰减,1～2a 后则趋于稳定状态。大坝上部区域受坝体沉降和位移变形的影响大于下部,这也是水布垭大坝第1期大坝面板高程235～240m 、260～270m ,第3期面板高程370m 以上区间产生裂缝分布较集中的主要原因。在第2期面板施工时,将施工平台由第1期高出面板顶部10m 改为20m ,且在高程320m 处应力最大区域设置了1条永久水平缝;坝体填筑采用“反抬法”,抬高坝体后部的填筑高度,以减少施工期坝体向上游的水平位移。采取此综合措施以后,第2期面板只出现了12条裂缝。2.4　两岸坝坡地形影响

大坝两岸为非对称“V ”字形,左岸陡峻,右岸280m 高程以上比较平缓。在坝体沉降变形过程中,受坝体重心的作用,在大坝垂直和水平变形的影响下,坝体还存在偏左斜向变形。从图5大坝面板裂缝的分布情况来看,裂缝集中在中偏左,且有斜竖向分布。因此可以认为,坝坡不对称也是产生裂缝的因素之一。

3　面板裂缝处理措施

3.1　裂缝性质

对出现的裂缝采用钻孔取芯或钻孔超声波进行了深度和宽度检测,检测确定的(第1期)大坝面板〗最大裂缝宽度为0.70m m ,最大深度为55.0c m ,其中的大部分为表面浅层裂缝和裂纹,

它们占裂缝

图5　高程280m 以上面板裂缝分布示意

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7·罗福海等　水布垭面板堆石坝施工期裂缝成因及处理措施