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        設(shè)置“工作縫”消除混凝土大壩裂縫危害分析

        2014-03-22 05:54:47師寧焉
        東北水利水電 2014年4期
        關(guān)鍵詞:白石蓋板灌漿

        師寧焉

        (遼寧省白石水庫(kù)管理局,遼寧 朝陽(yáng) 122000)

        設(shè)置“工作縫”消除混凝土大壩裂縫危害分析

        師寧焉

        (遼寧省白石水庫(kù)管理局,遼寧 朝陽(yáng) 122000)

        混凝土大壩裂縫問(wèn)題是一種普遍現(xiàn)象。如何防治,國(guó)內(nèi)外已有很多科研成果發(fā)表。但簡(jiǎn)單易行的不多,白石水庫(kù)攔河壩是部分采用碾壓混凝土的大壩,在總結(jié)以前大壩裂縫規(guī)律和經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)基礎(chǔ)上,對(duì)一些重要部位采用設(shè)置“工作縫”的辦法,達(dá)到了防患于未然,又方便施工的目的。

        工作縫;大壩裂縫;白石水庫(kù)

        1 概況

        白石水庫(kù)位于遼寧西部大凌河干流上,1996年 7 月開(kāi)工,2000 年底建成。攔河壩為“金包銀”式RCD 碾壓混凝土重力壩,壩體內(nèi)部為碾壓混凝土,外部及底部為常態(tài)混凝土。壩高 49.3m,壩頂長(zhǎng) 513m,壩體混凝土 49.2 萬(wàn) m3,由擋水、溢流、底孔、引水、電站、等 32 個(gè)壩段組成。遼寧省經(jīng)過(guò)觀音閣和白石兩座水庫(kù)碾壓混凝土重力壩的施工實(shí)踐,發(fā)現(xiàn)碾壓混凝土本身很少裂縫,絕大多數(shù)裂縫發(fā)生在常態(tài)混凝土中,且多發(fā)生在施工期。

        常態(tài)混凝土在施工中產(chǎn)生的裂縫,其原因是多方面的,除溫控原因外,還有混凝土長(zhǎng)期間歇、基礎(chǔ)開(kāi)挖起伏差過(guò)大、建筑物形狀窄而長(zhǎng)(如閘墩)、建筑物體形發(fā)生突變等等,均易使混凝土產(chǎn)生裂縫。

        在已建的水利工程中,如河北省桃林口水庫(kù),為了減少裂縫,在基礎(chǔ)常態(tài)混凝土施工中曾采用過(guò)預(yù)留“寬槽”措施,使之滿(mǎn)足兩側(cè)混凝土的收縮變形。白石水庫(kù)工程在 1996 年秋,基礎(chǔ)灌漿蓋板施工中亦采用過(guò)這種方法。“寬槽”是在水工建筑物適當(dāng)部位預(yù)留寬 1.0~2.0m 寬的槽(或稱(chēng)寬縫),兩側(cè)壁予埋連接鋼筋,“寬槽”的澆筑一般是選在第二年的春秋季低溫期將槽內(nèi)鋼筋連接,然后回填膨脹混凝土。通過(guò)在白石水庫(kù)工程的具體施工實(shí)踐,感到“寬槽”施工會(huì)帶來(lái)相互干擾,程序繁瑣,不便操作。如低部位基礎(chǔ)灌漿蓋板設(shè)置的“寬槽”,當(dāng)固結(jié)灌漿或周?chē)炷琉B(yǎng)生時(shí),泥漿和雜物自然被沖入槽內(nèi),清除非常困難。在高部位如閘墩設(shè)置“寬槽”,在回填混凝土?xí)r,由于高差過(guò)大,混凝土澆筑困難,且“寬槽”側(cè)面模板容易漏漿,影響建筑物外觀質(zhì)量。白石水庫(kù)工程初期在基礎(chǔ)灌漿蓋板中設(shè)置“寬槽”,后來(lái)經(jīng)過(guò)研究和論證,將“寬槽”改為“工作縫”,即允許混凝土建筑物在該處產(chǎn)生收縮裂縫,又能使其兩側(cè)共同工作的特點(diǎn),解決了“寬槽”施工難度大的問(wèn)題。

        2 “工作縫”設(shè)置部位

        2.1 基礎(chǔ)灌漿蓋板混凝土

        為了使壩基固結(jié)灌漿達(dá)到設(shè)計(jì)壓力,設(shè)計(jì)上一般都要求在建基面上澆筑一層厚 1.5~2.0m 的常態(tài)混凝土蓋板?;炷猎诮禍氐倪^(guò)程中,收縮變形受到巖石的約束作用而產(chǎn)生裂縫,約束力的大小與蓋板的幾何形狀、內(nèi)外溫差、混凝土與基巖的彈模比等因素有關(guān)。當(dāng)其它條件相同時(shí),蓋板的形狀(如寬長(zhǎng)比)對(duì)裂縫能否發(fā)生至關(guān)重要,當(dāng)基礎(chǔ)灌漿蓋板長(zhǎng)度達(dá)到 40m 以上時(shí),單用降低混凝土入倉(cāng)溫度使其達(dá)到不發(fā)生裂縫是極其困難的。白石水庫(kù)工程為了減少蓋板混凝土裂縫,在蓋板平行壩軸線方向,大致中間部位設(shè)置過(guò)2種分縫:“寬槽”和“工作縫”。

        2.1.1 “寬槽”

        如前面所述白石水庫(kù)工程初期的大壩底孔壩段在灌漿蓋板的中間部位設(shè)置“寬槽”,槽寬 1.2 m,槽內(nèi)兩側(cè)壁予埋二期混凝土的連接插筋,當(dāng)兩側(cè)混凝土充分收縮后澆筑上層混凝土前,對(duì)“寬槽”側(cè)壁混凝土鑿毛、焊接插筋、回填膨脹混凝土,使蓋板成為整體受力結(jié)構(gòu),白石水庫(kù)大壩底孔壩段灌漿蓋板“寬槽”位置,見(jiàn)圖 1。

        圖 1 底孔壩段灌漿蓋板“寬槽”位置示意圖

        2.1.2 “工作縫”

        “工作縫”指2塊被分開(kāi)的混凝土之間不留槽,只是一種縫結(jié)構(gòu),并且在以后運(yùn)用中使縫兩側(cè)混凝土在受力時(shí)能共同工作。白石水庫(kù)工程溢流壩段灌漿蓋板在巖面變坡處設(shè)置一道“工作縫”,兩側(cè)的混凝土(稱(chēng)甲、乙塊)不能同時(shí)澆筑,一般先澆筑下游塊(乙塊),并予埋連接甲乙塊混凝土鋼筋。經(jīng)過(guò)一個(gè)月左右間歇(越長(zhǎng)越有利),乙塊混凝土大致收縮完成時(shí),側(cè)面鑿毛,澆筑甲塊混凝土。澆筑上層混凝土前騎工作縫扣 φ150~200mm 半圓鋼管,溢流壩段基礎(chǔ)灌漿蓋板“工作縫”設(shè)置,見(jiàn)圖2。

        圖 2 溢流壩段灌漿蓋板“工作縫”位置示意圖

        2.2 底孔壓坡段出口的“工作縫”

        大凌河為多泥沙河流,壩址處多年平均含沙量為 18.08kg/m3,為減少水庫(kù)的淤積,在河床右側(cè)18~23 號(hào)壩段布置 12 個(gè) 4m×7m 的泄洪排沙底孔,由進(jìn)口喇叭段、平直段、壓坡段及出口擴(kuò)散段組成,底孔洞長(zhǎng) 34.59m,出口擴(kuò)散段長(zhǎng) 20.07m。壓坡段出口頂高程 EL107.0m,擴(kuò)散段邊墻頂高程EL104.0m,且自重及體形發(fā)生明顯突變,該連接部位容易產(chǎn)生裂縫,因此在該處設(shè)一道“工作縫”見(jiàn)圖3。

        圖 3 底孔壩段“工作縫”位置示意圖

        2.3 溢流壩段閘墩及反弧段的“工作縫”

        在河床左側(cè) 6~17 號(hào)溢流壩段,布置 11 個(gè)凈寬為 12m 的溢流表孔,堰頂高程為

        EL115.0m,閘墩頂高程 EL134.3m,閘墩寬3.0m,長(zhǎng) 34.3m。白石水庫(kù)工程溢流壩閘墩經(jīng)三維有限元計(jì)算,在距閘墩上游 13.0m 處設(shè)置一道“工作縫”,該部位閘墩原配筋不斷開(kāi),用鋼板隔縫,見(jiàn)圖 4。在閘墩體內(nèi)設(shè)置“工作縫”時(shí)應(yīng)注意閘墩各部位的應(yīng)力狀態(tài),不宜設(shè)在受拉區(qū)。

        溢流挑坎反弧段最底部是混凝土最薄的部位,經(jīng)計(jì)算該處最大溫度拉應(yīng)力達(dá) 3.16MPa,大于C40混凝土允許拉應(yīng)力。北方地區(qū)其它已建工程在該處大多產(chǎn)生了縱向裂縫,白石水庫(kù)工程在該處也設(shè)置了“工作縫”,見(jiàn)圖 4。

        圖 4 溢流壩段閘墩及反弧段“工作縫”位置示意圖

        3 “工作縫”結(jié)構(gòu)及其配筋設(shè)計(jì)

        白石水庫(kù)工程在施工中設(shè)置的“工作縫”是在其他已建工程及白石水庫(kù)工程施工初期曾采用的“寬槽”基礎(chǔ)上,經(jīng)過(guò)論證改進(jìn)而形成的一種新的常態(tài)混凝土分縫方法,既保留了“寬槽”兩側(cè)混凝土共同工作的特點(diǎn),又解決了“寬槽”施工困難的問(wèn)題。

        3.1 “工作縫”的施工方法

        3.1.1 “工作縫”兩側(cè)混凝土分期澆筑

        灌漿蓋板混凝土中設(shè)置的“工作縫”,其兩側(cè)混凝土可分為二次澆筑,“工作縫”上游稱(chēng)甲塊、下游稱(chēng)乙塊,一般先澆筑乙塊,因?yàn)榧讐K有廊道,施工期長(zhǎng);放置插筋,即木模板鉆孔,插入鋼筋。當(dāng)乙塊混凝土基本收縮后,拆除木模板,鑿毛后澆筑甲塊混凝土,在甲乙塊之間自然形成一道“工作縫”。

        3.1.2 “工作縫”兩側(cè)混凝土同時(shí)澆筑

        溢流挑坎反弧段一般常采用滑模施工方法,在反弧段中設(shè)置的“工作縫”,兩側(cè)混凝土應(yīng)同時(shí)澆筑。

        溢流堰頂閘墩為空間板狀結(jié)構(gòu),閘墩中設(shè)置的“工作縫”兩側(cè)混凝土亦應(yīng)一次完成。這種部位的“工作縫”可用薄鐵板作為分縫材料,鋼筋不必切斷。

        3.2 “工作縫”插筋設(shè)計(jì)

        大體積混凝土施工中設(shè)置的“工作縫”兩側(cè)插筋設(shè)計(jì)方法,可分為素混凝土和鋼筋混凝土2種情況。

        3.2.1 素混凝土中“工作縫”的插筋設(shè)計(jì)

        基礎(chǔ)灌漿蓋板為素混凝土,由于設(shè)置“工作縫”后,將原整體混凝土分成兩塊。“工作縫”中插筋設(shè)計(jì)方法,假設(shè)兩側(cè)混凝土之間已形成一道隔縫,混凝土之間沒(méi)有粘著力,蓋板混凝土一側(cè)受拉時(shí),拉力全部由“工作縫”的插筋傳到另一側(cè)的混凝土中去。蓋板混凝土按 C20,設(shè)計(jì)抗拉強(qiáng)度(Rc)1.3MPa,插筋用 II 級(jí)鋼筋,設(shè)計(jì)抗拉強(qiáng)度(Rg)340MPa?!肮ぷ骺p”斷面混凝土拉應(yīng)力假設(shè)達(dá)到本體抗拉強(qiáng)度時(shí),則每 m2斷面所需配置的插筋面積(Ag)為:

        “工作縫”斷面上每平方米布置 8φ25,則 Ag= 39.27cm2,可滿(mǎn)足要求,每側(cè)插筋最小插入長(zhǎng)度按40d計(jì)算。

        3.2.2 鋼筋混凝土中“工作縫”的插筋設(shè)計(jì)

        在鋼筋混凝土中設(shè)置的“工作縫”,其位置應(yīng)設(shè)在壓應(yīng)力區(qū),如白石水庫(kù)工程溢流壩段閘墩的“工作縫”,布置在距閘墩上游 13.0m,經(jīng)應(yīng)力計(jì)算該位置為受壓區(qū)。原閘墩配置的鋼筋在“工作縫”處亦不必?cái)嚅_(kāi)(鋼筋不限制“工作縫”的形成),這種情況可不必再另設(shè)插筋。

        4 “工作縫”的實(shí)施效果

        實(shí)踐證明“工作縫”結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單,施工方便,避免了“寬槽”在狹窄的空間進(jìn)行鑿毛、焊接鋼筋、回填膨脹混凝土等繁瑣工序,克服了高部位“寬槽”無(wú)法保證混凝土外觀施工質(zhì)量的難題。白石水庫(kù)工程大壩已建完5年,從永久外露的底孔出口段擋墻、溢流壩段閘墩和挑坎等部位常態(tài)混凝土中設(shè)置的“工作縫”來(lái)看,已經(jīng)明顯形成一道“人工縫”結(jié)構(gòu),這對(duì)減少水工建筑物縱向自然裂縫的減少起到了一定的作用。當(dāng)然,在大體積常態(tài)混凝土施工中予設(shè)“工作縫”在白石水庫(kù)工程是一次嘗試,有待于進(jìn)一步探討與論證,但從理論上和幾年的運(yùn)行中看是成功的。

        TV642

        B

        1002-0624(2014)04-0063-03

        2013-12-11

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