林 玲，周海嘯，翁曉霄，霍吉祥

(1.溫嶺市農(nóng)業(yè)農(nóng)村和水利局，浙江 溫嶺 317500；2.南京水利科學(xué)研究院水文水資源與水利工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210029)

1 工程概況

白龍?zhí)端畮煳挥跍貛X市箬橫鎮(zhèn)晉岙村朱家里，金清港一級支流運(yùn)糧河支流思里溪上，工程任務(wù)主要是為箬橫鎮(zhèn)供水。水庫大壩的洪水標(biāo)準(zhǔn)采用30年一遇洪水設(shè)計(jì)，200年一遇洪水校核。工程總庫容1.595×106m3，屬小(1)型水庫。水庫主要建筑物為攔河壩、泄水建筑物、輸水建筑物，工程等別為Ⅳ等，主要建筑物級別為4級。

大壩為細(xì)骨料混凝土砌塊石重力壩，壩頂高程102.00m，最大壩高30.0m，壩頂寬4.0m，長度128.26m。壩體上游面高程85.00m以上為直立面，高程85.00m以下坡度為1∶0.2。上游面設(shè)置C25W6F100混凝土防滲面板，在高程85.00m以上厚1.0m，以下漸變?yōu)?.16m；壩基設(shè)C15基礎(chǔ)混凝土墊層，厚1.5m；其余部位均為C15細(xì)骨料混凝土砌石。施工過程中砌石壩體先于防滲面板施工，防滲面板的澆筑略低于壩體面。面板隨壩體砌石施工而組織施工，每個壩段的面板分層平衡上升，每層澆筑高度控制在3.5m左右。

大壩混凝土面板澆筑于2015年12月完成，由于多種原因一直空庫運(yùn)行，后于巡查過程中發(fā)現(xiàn)各壩段不同高程處上游面板存在較多裂縫，可能對工程安全產(chǎn)生不良影響。因此，對面板裂縫分布特征進(jìn)行檢測和統(tǒng)計(jì)，分析其產(chǎn)生的主要原因，對于之后針對性補(bǔ)強(qiáng)保障大壩蓄水安全具有重要意義[1-3]。

2 裂縫分布普查

白龍?zhí)端畮焐嫌位炷撩姘遄詨雾斨翂蔚卓煞譃?層，其對應(yīng)高程如下所示：①一層：高程103.20～101.050m；②二層：高程101.05～97.50m；③三層：高程97.50～95.00m；④四層：高程95.00～92.50m；⑤五層：高程92.50～90.00m；⑥六層：高程90.00～87.50m；⑦七層：高程87.50～85.00m；⑧八層：高程85.00～80.00m；⑨九層：高程80.00～75.00m。

對查明的裂縫分布按照壩段、層高等分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，從而更加明確裂縫總體分布情況。

2.1 按壩段統(tǒng)計(jì)

首先，統(tǒng)計(jì)不同壩段的裂縫條數(shù)，結(jié)果見表1。

表1 不同壩段裂縫條數(shù)及百分比

由表1可以看出：

(1)5#壩段裂縫最多，共計(jì)49條，占總數(shù)的17.19%左右；8#壩段、3#壩段和6#壩段次之，分別有裂縫33條、32條和32條，占總數(shù)的11.58%、11.23%和11.23%。

(2)按每個壩段每層的平均分布來看，10#壩段和5#壩段分布較為密集，這兩個壩段每層分布條數(shù)占總數(shù)的1.96%和1.91%左右；2#和3#壩段次之，分別占總數(shù)的1.84%和1.87%；而7#壩段單層分布裂縫相對較少，每層占總數(shù)的1.09%左右。

2.2 按不同高程層高統(tǒng)計(jì)

由于自壩頂至壩底對上游混凝土面板按不同高程分為9層，通過不同高程裂縫分布情況的統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果見表2。

表2 不同高程裂縫條數(shù)及百分比

由表2可以看出：

(1)第2層(高程101.05～97.50m)位置處分布有裂縫數(shù)量相對較多，共計(jì)62條，占總數(shù)的21.75%；第3層、第4層和第5層次之，分別分布有裂縫43條、41條和39條，分別占總數(shù)的15.09%、14.39%和13.68%。

(2)第8層和第9層雖然僅存在于河床部位的5#、6#、7#和8#壩段，但這兩層的裂縫分布仍相對較為密集，分別有18條和19條裂縫，占總數(shù)的6.32%和7.37%。

2.3 按裂縫長度統(tǒng)計(jì)

對普查獲得的裂縫長度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果如圖1所示。

圖1 裂縫長度頻數(shù)統(tǒng)計(jì)

由圖1可以看出：

(1)在共測量的284條裂縫中，除編號7-2-1的裂縫長度未測量外，其余283條裂縫平均長度達(dá)到了1.67m。

(2)長度介于2.4～2.6m的裂縫分布最為廣泛，其次是0.8～1.0m和1.0～1.2m左右的。

(3)編號為5-1-2的裂縫最長，長度達(dá)到了3.15m，位于5#壩段頂部的該裂縫裂至防浪墻頂部。

2.4 按裂縫寬度

本次普查中對裂縫寬度進(jìn)行了半定量測量，主要分為兩個區(qū)間：①大于0.2mm；②小于0.2mm。對285條裂縫寬度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，其中縫寬小于0.2mm的共計(jì)211條，占總數(shù)的74%，而縫寬大于0.2mm的共計(jì)74條，占26%左右。

一般多通過大壩示意圖的形式反映面板裂縫的分布情況，但該方法更側(cè)重于展示裂隙的形態(tài)及分布位置，缺少對分布密度的直觀展示[4-5]。為更直觀地比較不同壩段、高程的裂縫分布的密度情況，可通過裂縫分布熱力圖進(jìn)行反映，所有裂縫、縫寬大于0.2mm以及縫寬小于0.2mm的裂縫分布熱力圖分別如圖2所示。

圖2 裂隙分布熱力圖

由圖2可以看出：

(1)總體來看，裂縫在5#壩段的第9層以及2#、3#和10#壩段的第2層分布較為密集，分別有10條、11條、10條和9條。

(2)對于縫寬小于0.2mm的裂縫，分布情況與總體類似，在5#壩段底部的第9層以及2#、3#和10#壩段的第2層分布較為密集，說明這些部位雖然裂縫分布相對較多，但主要以縫寬相對較小的裂縫為主。

(3)對于裂縫縫寬大于0.2mm的裂縫，主要集中在8#壩段頂部的第1層，在該部位存在6條縫寬大于0.2mm的裂縫，此外，在2#、3#壩段的第2層也有較多縫寬較大的裂縫存在，分別有4條和3條。

3 裂縫寬度與深度檢測

對裂縫出現(xiàn)較多的河床部位的5#、6#、7#和8#等4個壩段裂縫的寬度和深度進(jìn)行檢測，現(xiàn)場共檢測5#—8#四個壩段共34條裂縫，其中個別長度較長或縫寬較寬的裂縫分上、中、下三部分或上、下兩部分檢測，共計(jì)檢測49處，檢測統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖3所示，見表3。

圖3 裂縫寬度及深度頻數(shù)圖

表3 裂縫檢測寬度和深度特征值統(tǒng)計(jì)

由圖3和表3可以看出：

(1)本次裂縫檢測結(jié)果中，寬度最大為1.105mm，位于編號8-9-3處；最小為0.028mm，位于編號8-3-4裂縫的上部，寬度均值為0.384mm，標(biāo)準(zhǔn)差為0.224mm。河床部位5#～8#壩段檢測獲得的裂縫寬度主要集中于0.2～0.4mm這一區(qū)間范圍內(nèi)，共有22處，約為總數(shù)的44.90%，其次為0.4～0.6mm這一區(qū)間內(nèi)，共有11處，占總數(shù)的22.49%，再者為0～0.2mm區(qū)間內(nèi)，共有9處，占總量的18.37%；總體來看，檢測寬度大于普查階段的值，這主要是由于裂縫表層存在風(fēng)化脫落現(xiàn)象，而使得測量值相對實(shí)際偏大的緣故。

(2)檢測深度主要位于0～20mm處，共有17處，占總數(shù)的34.69%，然后為20～40mm區(qū)間內(nèi)，共有16處，占總數(shù)的32.65%。本次測量獲得的裂縫平均深度為38.510mm，標(biāo)準(zhǔn)差為33.496mm。檢測獲得的裂縫最大深度為159mm，位于編號6-2-1裂縫的上部，同時該裂縫中部和下部的深度也達(dá)到了155mm和87mm，是本次檢測中唯一測量深度超過100mm的裂縫(超過鋼筋保護(hù)層厚度100mm)；此外，編號5-2-2的裂縫深度也大于90mm，而編號5-6-2、編號5-9-6和編號5-9-10的裂縫深度也大于60mm。

為研究典型裂縫深度與寬度之間的關(guān)系，作相關(guān)散點(diǎn)圖見圖4。

圖4 檢測裂縫深度與寬度關(guān)系

可以看出，檢測獲得的裂縫深度與寬度之間無明顯的相關(guān)關(guān)系，通過計(jì)算也可獲得兩者間相關(guān)系數(shù)僅為0.22，相關(guān)性不顯著。

4 裂縫成因分析

4.1 裂縫分類

根據(jù)裂縫成因，大壩混凝土面板裂縫可分為非結(jié)構(gòu)縫和結(jié)構(gòu)縫兩種，其中前者又包括溫度裂縫(晝夜溫差或者季節(jié)性溫差引起)和干縮裂縫。其中，非結(jié)構(gòu)裂縫主要是由于溫差變化較大，溫度控制措施不到位，氣候干燥，混凝土養(yǎng)護(hù)措施與表面止水施工、保濕養(yǎng)護(hù)無法達(dá)到二者兼顧，施工期間養(yǎng)護(hù)效果達(dá)不到要求，加劇了裂縫的發(fā)展。結(jié)構(gòu)性裂縫主要是壩體的自重和其它荷載如水壓力、浪壓力作用下產(chǎn)生不均勻沉降或其它方向的位移，引起的變形導(dǎo)致形成的裂縫[6-7]。

根據(jù)裂縫發(fā)展寬度和深度劃分表面裂縫和深層及貫穿裂縫。其中前者是由于混凝土面板表層溫度應(yīng)力超過混凝土的允許抗拉強(qiáng)度時，產(chǎn)生開裂形成的，深度一般不超過3mm，方向不定，數(shù)量較多，其主要為溫度裂縫；深層及貫穿裂縫主要是由于沉降變形或荷載作用下產(chǎn)生不均勻性沉降導(dǎo)致的。貫穿裂縫是由表面裂縫發(fā)展為深層裂縫，最終形成貫穿裂縫，它切斷了結(jié)構(gòu)面，可能破壞結(jié)構(gòu)的整體性和穩(wěn)定性，一般寬度可達(dá)1～3mm，其危害程度較大。因此，面板裂縫劃分為：①Ⅰ類裂縫(淺層裂縫)：縫寬δ≤0.2mm且不貫穿；②Ⅱ類裂縫：縫寬0.2mm<δ≤0.5mm，裂縫且不貫穿，或縫寬δ≤0.2mm且為貫穿縫；③Ⅲ類裂縫：縫寬δ≥0.5mm的裂縫，或縫寬δ≥0.2mm且為貫穿縫[8]。

4.2 白龍?zhí)洞髩蚊姘辶芽p分類

白龍?zhí)端畮焐嫌蚊驿摻罨炷练罎B面板在高程85.00m以上厚為1.0m，以下漸變?yōu)?.16m，而本次檢測最大深度為159mm(編號6-2-1)，未形成貫穿縫，因此，白龍?zhí)端畮焐嫌蚊姘辶芽p大部分屬于Ⅰ類裂縫即淺層裂縫，少量屬于Ⅱ類裂縫，即縫寬>0.2mm但不貫穿。以深度50mm和100mm為界，則Ⅰ類縫中≤50mm的占80.77%，50～100mm之間占19.23%，無>100mm的；Ⅱ類縫≤50mm的占87.5%，無50～100mm之間，>100mm的有1條，占總數(shù)的12.5%。

溫度裂縫一般表現(xiàn)為細(xì)、短和淺，而結(jié)構(gòu)裂縫則相對粗、長、深，且裂縫寬度一般大于0.2mm。對比白龍?zhí)端畮焐嫌蚊姘辶芽p的測量結(jié)果，可以看出符合溫度裂縫的特征，因此可以判斷其主要是由于溫度造成的非結(jié)構(gòu)縫。

4.3 裂縫成因分析

白龍?zhí)端畮齑髩紊嫌位炷撩姘辶芽p主要表現(xiàn)出細(xì)、短和淺等特點(diǎn)，因而可認(rèn)為主要是由溫度引起的，一般認(rèn)為溫度影響可能主要來自以下兩個方面：①施工過程中溫控不當(dāng)；②面板建成后養(yǎng)護(hù)不當(dāng)。白龍?zhí)端畮焐嫌蚊姘寤炷翉牟牧线x取到施工養(yǎng)護(hù)過程中，皆考慮到了溫控的影響并采取了相關(guān)措施，工程驗(yàn)收鑒定中未發(fā)現(xiàn)質(zhì)量事故及缺陷。因此，上游面板裂縫由于施工過程中引起的可能性較小。而水庫在混凝土面板澆筑并按要求保養(yǎng)后，由于各類原因水庫長期未蓄水，而且未采用有效措施進(jìn)行保溫養(yǎng)護(hù)。

白龍?zhí)端畮齑髩蚊姘宸植抗こ逃?015年12月完工，統(tǒng)計(jì)完工后溫嶺的氣溫變化情況，2016年1月1日—2018年6月30日溫嶺地區(qū)日最高氣溫和夜間最低氣溫如圖5所示。

圖5 溫嶺市白天最高氣溫和夜間最低氣溫變化趨勢

由圖5可以看出，總體上白天最高氣溫和夜間最低氣溫變化較為一致，即冬季氣溫較低而夏季氣溫較高。但不同時刻下晝夜溫差的差別較大，具體如圖6所示。

圖6 溫嶺市晝夜溫差柱狀圖

由圖6可以看出，在白龍?zhí)端畮炜⒐ず笠欢螘r期，溫嶺市晝夜溫差變化較大，以10℃為限(圖中紅色水平線)，2016年1月1日—2018年6月30日這912d內(nèi)，共有78d晝夜溫差超過10℃，占總天數(shù)的8.55%以上。這種突然降溫，極易產(chǎn)生溫度裂縫，加之沿海地區(qū)氣候變化大，高溫與暴雨等氣候循環(huán)交替，養(yǎng)護(hù)不及時，產(chǎn)生溫度裂縫。

綜上，從2015年12月完工至今經(jīng)歷了3個低溫和2個高溫空庫運(yùn)行，而在此期間面板未采取保溫等養(yǎng)護(hù)措施，而面板作為薄體結(jié)構(gòu)極易受外界溫差的影響產(chǎn)生裂縫。因此，初步判斷裂縫產(chǎn)生的主要原因?yàn)橥旯ず罂諑爝\(yùn)行而未采用有效保濕保溫措施造成的。

5 結(jié)論

通過對浙江省溫嶺市白龍?zhí)端畮熹摻罨炷撩姘辶芽p普查、典型裂縫分布特征的檢測和統(tǒng)計(jì)，對其產(chǎn)生的主要原因進(jìn)行了分析，主要結(jié)論如下。

(1)上游面板目前共存在285條裂縫，其中5#壩段的第9層以及2#、3#和10#壩段的第2層裂縫分布較為密集；

(2)河床部位5#—8#壩段的裂縫寬度均值為0.384mm，最寬為1.105mm；平均深度為38.510mm，裂縫深度最大為159mm，編號為6-2-1，也是本次檢測中唯一測量深度超過鋼筋保護(hù)層厚度(100mm)的裂縫。

(3)面板裂縫主要為表面裂縫，未形成貫穿性裂縫，且大部分屬于縫寬≤0.2mm的Ⅰ類淺層裂縫，另有部分屬于縫寬>0.2mm但未貫穿的Ⅱ類裂縫，無貫穿的Ⅲ類裂縫；同時，裂縫特征主要表現(xiàn)為細(xì)、短和淺等特點(diǎn)，因此裂縫主要是由于溫度引起的非結(jié)構(gòu)性裂縫。綜合施工資料、近3年空庫運(yùn)行期間當(dāng)?shù)販囟茸兓梆B(yǎng)護(hù)情況，綜合判斷面板裂縫主要是由于大壩空庫運(yùn)行，養(yǎng)護(hù)不當(dāng)造成的。

在明確裂縫分布、形態(tài)及從成因的基礎(chǔ)上，可根據(jù)裂縫類型提出針對性的補(bǔ)強(qiáng)措施，并及時對面板采用保溫和保濕措施，確保大壩安全。