林易瑤

（四川大學(xué)水利水電學(xué)院， 成都 610065）

1 工程概況

下凱富峽水電站調(diào)壓井位于引水洞末端，阻抗式調(diào)壓井，調(diào)壓井后接 5條發(fā)電洞，調(diào)壓井開(kāi)挖井深133.2m，開(kāi)挖直徑36m，襯砌后直徑32m。調(diào)壓井與發(fā)電洞相接處設(shè)有事故門(mén)和工作閘門(mén)。調(diào)壓井襯砌，包括阻抗板下部普通模板襯砌、井筒內(nèi)倒懸襯砌、井筒滑模及調(diào)壓井頂部牛腿混凝土施工，設(shè)計(jì)混凝土8.5萬(wàn)方，鋼筋6382噸。井壁最大襯砌厚度10.2米。

調(diào)壓井頂部主要結(jié)構(gòu)包括大井井壁以及下游牛腿，牛腿底面高程為EL.611.5，調(diào)壓井頂部頂面高程為EL.615。調(diào)壓井滑模結(jié)束高程為EL.610.2?；炷翝仓搅繛?400m3，混凝土標(biāo)號(hào)為C30。調(diào)壓井頂部牛腿施工利用滑模平臺(tái)作為頂部牛腿部分施工的施工平臺(tái)及支撐，牛腿一層澆筑完畢，最高澆筑高度4.8m。

本工程大體積混凝土施工中，采取優(yōu)化混凝土配合比、采用粉煤灰和減水劑“雙摻”技術(shù)以降低水化熱、混凝土冷卻水管物理降溫法降低混凝土內(nèi)部溫度、混凝土外部保溫等一系列方法避免產(chǎn)生裂縫。

2 裂縫情況

在混凝土澆筑完成，拆除模板后，發(fā)現(xiàn)在每個(gè)懸空梁的中部均出現(xiàn)了貫穿性的裂縫，單條裂縫總體上為U型，上下游貫穿，裂縫從懸空梁底部延伸至頂部，在距離頂部1.0米-1.9米的位置終止，裂縫寬度在目前能夠測(cè)量到的部位實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為0.16mm-0.45mm不等，表現(xiàn)為1#及5#門(mén)槽寬度較小，3#門(mén)槽寬度較大。

3 混凝土澆筑過(guò)程仿真分析

3.1 計(jì)算軟件

采用 LUSAS土木與結(jié)構(gòu)工程分析軟件進(jìn)行仿真計(jì)算。LUSAS是倫敦大學(xué)結(jié)構(gòu)分析系統(tǒng)（London University Structural Analysis System）的簡(jiǎn)稱(chēng)，是世界知名的通用有限元分析軟件。

大量實(shí)際工程表明，混凝土結(jié)構(gòu)開(kāi)裂的主要原因在于超載、早期持荷、溫度收縮、混凝土干縮等[1]?；贚USAS在早齡期混凝土收縮、溫濕力耦合、非線性開(kāi)裂分析方面的能力和優(yōu)勢(shì)，本次計(jì)算選擇LUSAS軟件進(jìn)行混凝土施工過(guò)程仿真模擬，分析裂縫產(chǎn)生過(guò)程和原因。

3.2 計(jì)算方法

采用LUSAS建立有限元模型，建模思路為：先利用坐標(biāo)點(diǎn)構(gòu)建簡(jiǎn)化后的模型特征控制點(diǎn)，進(jìn)一步通過(guò)點(diǎn)構(gòu)造線型和面域。在面域基礎(chǔ)上，利用掃略、拉伸、布爾運(yùn)算等操作構(gòu)建實(shí)體模型。對(duì)于整個(gè)調(diào)壓井混凝土澆筑塊體進(jìn)行簡(jiǎn)要分析后，選取最危險(xiǎn)結(jié)構(gòu)體分析，即選取有閘門(mén)槽的部分來(lái)建模分析?？紤]到整個(gè)施工持續(xù)接近60小時(shí)，因此建模時(shí)將模型拆分為4個(gè)部分：施工階段1、施工階段2、施工階段3、基礎(chǔ)混凝土結(jié)構(gòu)。

3.3 仿真計(jì)算結(jié)果

下述結(jié)果中的特征點(diǎn)選取為形變最大處周?chē)湍０褰佑|的點(diǎn)。

圖1 最大裂縫特征點(diǎn)的溫度-時(shí)間變化圖

圖2 特征點(diǎn)的應(yīng)力-時(shí)間變化圖

圖3 最大裂縫特征點(diǎn)的變形-時(shí)間變化圖

4 結(jié)果分析

整個(gè)澆筑過(guò)程到養(yǎng)護(hù)后，澆筑完畢1天左右，內(nèi)部溫度達(dá)到最大值，最高溫度為55.5℃，分布于大體積混凝土的中部。變形裂縫最大為3.27mm，分布在懸空部分的中部。同時(shí)在大體積混凝土后部，也出現(xiàn)了約1.5mm的裂縫。

結(jié)合應(yīng)力分布圖和形變圖可以發(fā)現(xiàn)：從第1.5天開(kāi)始，懸掛部分即最大裂縫斷面局部開(kāi)始出現(xiàn)了較大拉應(yīng)力，且呈遞增趨勢(shì)，到3.5天左右達(dá)到最大值。具體為 1.57Mpa（1.5天）、1.75Mpa（2.0天）、2.03Mpa（2.5 天）2.06Mpa（3.0天）。根據(jù)圖2可以看出，從3.5天以后，隨著裂縫擴(kuò)大，應(yīng)力得以釋放，后續(xù)應(yīng)力持續(xù)降低。最大裂縫點(diǎn)局部裂縫持續(xù)擴(kuò)大，到 28天左右趨于穩(wěn)定。結(jié)合溫度圖和裂縫圖可以發(fā)現(xiàn)：裂縫最大區(qū)域的溫度最大值為41℃，在澆筑完畢1.5d左右到達(dá)最大，其后溫度一直處于較低水平。而在溫度最高點(diǎn)的混凝土底座部分，裂縫卻幾乎沒(méi)有產(chǎn)生。由此可以初步推斷：裂縫的產(chǎn)生不僅僅與養(yǎng)護(hù)時(shí)的混凝土內(nèi)部溫度有關(guān)，其與結(jié)構(gòu)體本身的特征也息息相關(guān)，由于大體積混凝土收縮，同時(shí)混凝土為整體環(huán)狀結(jié)構(gòu)，兩端基座約束較大，從而造成中部拉應(yīng)力較大而形成裂縫。本部位設(shè)計(jì)體型較大，鋼筋分布較密，建議采用化學(xué)灌漿等方式進(jìn)行加固處理，保障運(yùn)行期間內(nèi)的結(jié)構(gòu)安全，在上部門(mén)機(jī)試運(yùn)行階段加強(qiáng)對(duì)牛腿結(jié)構(gòu)的觀測(cè)和監(jiān)測(cè)。

5 結(jié)語(yǔ)

為預(yù)防混凝土結(jié)構(gòu)裂縫更多的出現(xiàn)，也應(yīng)在混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工材料控制、施工過(guò)程控制等方面注意更多。在混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，要注重工程的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，審查分析工程受力分析合理性；在施工材料控制上，要以混凝土施工材料控制作為重點(diǎn)，通過(guò)材料管理及控制方案落實(shí)選擇高質(zhì)量符合工程需求的施工材料及合適的混凝土材料混合比[2]；在施工過(guò)程中，應(yīng)保證材料振搗的密實(shí)均勻并分層澆筑，保證模板支撐的穩(wěn)定性，控制各工序進(jìn)行。