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        混凝土面板堆石壩的面板裂縫防治技術(shù)要點(diǎn)

        2020-12-18 04:52:19陳小亮
        農(nóng)業(yè)科技與信息 2020年13期
        關(guān)鍵詞:堆石壩壩體面板

        陳小亮

        (甘肅省水利水電工程局有限責(zé)任公司,甘肅蘭州730030)

        在20世紀(jì)60年代我國就已經(jīng)開始應(yīng)用混凝土面板堆石壩,該建設(shè)方案具有抗震性好、穩(wěn)定性強(qiáng)、節(jié)約材料、施工便捷、成本可控等優(yōu)勢,在我國水利工程領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛。隨著水利工程事業(yè)不斷發(fā)展,更多的混凝土面板堆石壩建設(shè)成功,但都會(huì)面臨一個(gè)問題——裂縫,裂縫問題嚴(yán)重影響了壩體的質(zhì)量和運(yùn)行安全,并且至今沒有解決面板裂縫的措施。面板裂縫寬度小于0.2 mm時(shí),通過修復(fù)裂縫不會(huì)影響壩體正常運(yùn)行,但從長遠(yuǎn)來看,依然會(huì)影響到壩體的耐久性、穩(wěn)定性。所以,想要更好地解決面板裂縫問題,就必須提高面板整體的抗裂性,減少或避免面板裂縫出現(xiàn)概率。

        1 工程概況

        新疆吉音水利樞紐工程混凝土面板堆石壩工程,壩頂高程2 513 m,壩頂寬度10 m,壩長489 m,最大壩高124.5 m,混凝土面板采用了C25F200W12聚丙烯纖維混凝土。壩頂上游側(cè)設(shè)置“L”形C25鋼筋砼防浪墻,防浪墻頂高程2 514.2 m。整個(gè)工程的面板混凝土澆筑方量為21 909.5 m3,從下到上逐漸增加面板厚度,最薄處為30 cm,最厚處為60 cm。該工程的混凝土面板較薄、分布面積大,為了避免混凝土面板產(chǎn)生裂縫,主要在壩體填筑完成、沉降后再進(jìn)行面板混凝土澆筑。面板混凝土施工采取一次性澆筑完成,主面板和起始三角塊同時(shí)澆筑,采用2套滑膜同時(shí)跳倉澆筑,在面板表止水“V”槽中嵌入GB填料,安裝GB蓋板用扁鐵螺栓固定。

        2 混凝土面板堆石壩的面板裂縫類型與產(chǎn)生原因

        造成混凝土面板裂縫的原因有很多,大體上可以分為非結(jié)構(gòu)性裂縫(收縮裂縫)、結(jié)構(gòu)性裂縫(變形、沉降裂縫)。

        2.1 非結(jié)構(gòu)性裂縫

        2.1.1 溫度裂縫 混凝土面板澆筑完成后會(huì)受到溫度影響產(chǎn)生熱脹冷縮,外部、內(nèi)部應(yīng)力不足以及變形約束,導(dǎo)致混凝土內(nèi)部產(chǎn)生了拉應(yīng)力,一旦拉應(yīng)力超過了抗裂性就會(huì)產(chǎn)生裂縫。此類裂縫會(huì)受到溫差、約束條件影響。在春秋季節(jié)施工,由于晝夜溫差大,導(dǎo)致混凝土內(nèi)外產(chǎn)生溫度階梯,內(nèi)部各個(gè)部分溫差不同造成收縮程度不同,從而產(chǎn)生裂縫。如果環(huán)境溫度過低,會(huì)造成結(jié)構(gòu)變形,受到兩側(cè)約束、面板和墊層摩擦阻力等影響產(chǎn)生裂縫[1]。

        2.1.2 干縮裂縫 混凝土凝固時(shí),混合料中的水分逐漸蒸發(fā),降低了混凝土體積,出現(xiàn)失水干縮問題。在混凝土凝固期間,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)逐漸收縮,受到面板和墊層、內(nèi)部配筋等摩擦阻力影響,從而產(chǎn)生裂縫。

        2.2 結(jié)構(gòu)性裂縫

        面板受到水壓力影響,導(dǎo)致壩基部位產(chǎn)生微量位移以及不均勻沉降等問題,造成壩體面板背部架空,加上水體的巨大壓力與荷載作用,從而造成結(jié)構(gòu)性裂縫。

        3 混凝土面板堆石壩的面板裂縫防治技術(shù)要點(diǎn)

        3.1 非結(jié)構(gòu)性裂縫防治措施

        3.1.1 減少溫度收縮應(yīng)力 降低混凝土的水化熱,本工程采用了“天山”熱硅酸鹽水泥,發(fā)熱量較低,并加入25%的粉煤灰和緩凝劑。全面加強(qiáng)混凝土表面的保濕保溫養(yǎng)護(hù)工作,澆筑完成后使用無紡布覆蓋混凝土表層,之后用土工膜覆蓋保溫,在表面初凝后立刻灑水養(yǎng)護(hù),養(yǎng)護(hù)時(shí)間為90 d以上。

        3.1.2 減少化學(xué)收縮 化學(xué)收縮是由水泥水化作用產(chǎn)生的表面失水干燥,從而減少混凝土體積,主要受到水泥、礦物摻合料品種、水膠比影響。大量顆粒礦物和低水膠比礦物摻和增加了水泥自收縮系數(shù),工程施工中采用了含3.5%~5.0%MgO的中熱水泥,讓混凝土本身帶有微膨脹性,從而降低并補(bǔ)償了混凝土自收縮[2]。

        3.1.3 減少塑性收縮 由于混凝土表面水分蒸發(fā)大會(huì)增加裂縫發(fā)生概率,混凝土抗裂性無法達(dá)到收縮應(yīng)力,從而產(chǎn)生表面裂縫。為了能夠讓混凝土表面水分快速蒸發(fā),可以在4—6月份澆筑面板混凝土,施工完畢后覆蓋無紡布保濕,初凝后采用土工膜保溫,減少表面水分蒸發(fā)量,緩解塑性收縮問題。

        3.1.4 減少碳化收縮 由于水泥中的氫氧化鈣和空氣中二氧化碳作用生成碳化鈣,此過程會(huì)導(dǎo)致表面收縮??梢栽谑┕ぶ胁捎幂^低的水灰比,提升混凝土材料的致密性,減少混凝土的碳化程度。

        3.1.5 控制干燥收縮 干燥收縮同樣是因?yàn)榛炷帘砻嫠终舭l(fā)過快造成的。在混凝土初凝后,要及時(shí)灑水保濕,避免混凝土表面過于干燥或與自收縮疊加,減少混凝土的收縮裂縫量,施工中可以加入一定量的聚丙烯纖維,從而減緩塑性收縮、干燥收縮。

        3.2 結(jié)構(gòu)性裂縫防治措施

        3.2.1 不均勻沉降防控 如果面板堆石壩填筑質(zhì)量不達(dá)標(biāo),會(huì)增加不均勻變形概率造成面板裂縫。要嚴(yán)格控制碾壓參數(shù),確保最終質(zhì)量。本工程在施工中進(jìn)行了多次碾壓試驗(yàn)和生產(chǎn)性試驗(yàn),墊層料鋪料厚度為40 cm,使用20 t托碾碾壓,碾壓6遍;堆石料鋪筑厚度為0.8 m,使用20 t托碾碾壓,加入水之后碾壓8遍(不加水碾壓10遍)。砂礫鋪設(shè)厚度為0.8 m,采用22 t自行碾碾壓8遍。在完成碾壓之后使用試坑灌砂的方法檢測碾壓質(zhì)量,在驗(yàn)收合格之后進(jìn)入下一道工序[3]。

        壩體沉降會(huì)造成嚴(yán)重的脫空變形、結(jié)構(gòu)裂縫情況,為了減少此類問題的發(fā)生,需要在面板混凝土澆筑完成之后進(jìn)行壩體容易沉降部位的加固工作。在面板施工前,壩體應(yīng)具備3個(gè)月以上的預(yù)沉降期。吉音面板堆石壩工程壩體填筑完成之后在壩頂部位設(shè)置了34個(gè)監(jiān)測點(diǎn),觀測壩體的沉降情況,計(jì)算沉降速率,經(jīng)過4個(gè)月的觀察,面板頂部壩體沉降速率低于5 mm,可以開始面板混凝土施工工作。

        3.2.2 結(jié)構(gòu)變形裂縫防控

        3.2.2.1 改善面板結(jié)構(gòu)。根據(jù)整個(gè)面板的受力情況,合理對面板混凝土分縫處理,提前設(shè)置好垂直縫,左右岸把肩部位兩側(cè)設(shè)置張拉縫。本工程左岸設(shè)置了11條張拉縫、右岸設(shè)置了17條張拉縫,垂直縫間距控制在6 m左右。其余部位設(shè)置壓性縫,間距為16 m。3.2.2.2優(yōu)化工藝。本工程采用了綜合防護(hù)措施確保工程質(zhì)量。首先,對壩體填筑分區(qū)、填筑程序進(jìn)行規(guī)劃,選擇細(xì)致、雜質(zhì)含量小的天然沙礫料填筑,避免因?yàn)椴牧蠁栴}增加裂縫生成率。其次,大壩上游面采用C5混凝土擠壓式邊墻護(hù)坡,將擠壓邊墻面板垂直縫部位鑿斷,成為一個(gè)獨(dú)立體,可以減少擠壓邊墻對面板的作用力。坡面噴射乳化瀝青,采用“二砂二油”方法。提前割斷架立筋,之后再澆筑面板混凝土,降低面板底部接觸面約束力。再次,由于止水銅片中的焊點(diǎn)數(shù)量較多,焊接質(zhì)量難以控制,在施工中采用了超長止水銅片整體連續(xù)滾壓成型機(jī),實(shí)現(xiàn)止水片的連續(xù)加工作業(yè)。橡膠蓋板搭接接縫采用復(fù)合胎基布SK手刮聚脲涂層封閉[4]。最后,使用高性能混凝土,確保混凝土整體的性能,確保倉面混凝土的澆筑質(zhì)量和強(qiáng)度。

        4 結(jié)束語

        綜上所述,面板混凝土裂縫問題是堆石壩施工、養(yǎng)護(hù)、使用中需要重點(diǎn)關(guān)注的問題。因此,必須要全面分析裂縫產(chǎn)生原因,并針對性采取有效的防治措施,改善傳統(tǒng)施工工藝,結(jié)合工程特點(diǎn)加強(qiáng)工藝優(yōu)化工作,可有效減少或避免面板混凝土裂縫產(chǎn)生。

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