浅析碾压混凝土坝补偿收缩混凝土防渗面板裂缝问题.pdf
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1、第 4 8卷第 3期 2 0 1 2年 3月 甘 肃 水 利 水 电 技 术 G A】 S U WAT 1 弧 R E S O URa A ND ) J 啪WE R T E a田 oL OGY Vo 1 4 8 No 3 M 2 0 1 2 设计与研究 浅析碾压混凝土坝补偿收缩混凝土防渗面板裂缝问题 周世 谅 ( 福建省水利水电工程局有限公司, 福建 泉州 3 6 2 0 0 0 ) 摘要: 补偿收缩混凝土推广使 用的时间还不长, 特别是用于碾压混凝土坝防渗方面才刚起步, 正确的使用经验尚待 积累。 在设计和施工中还没有一套成熟的规程。福建德化龙门滩碾压混凝土坝采用补偿收缩混凝土作为大坝防渗结
2、 构措施 , 通过对防渗面板出现裂缝的原因分析, 从设计和施工两个方面提 出了一些个人见解 , 对进一步合理设计及 成功应用补偿收缩混凝土具有参考价值。 关键词: 补偿收缩混凝土; 裂缝; 设计参数; 施工过程; 龙门滩碾压混凝土坝 中图分类号: T U 5 2 8 5 5 文献标志码: A 文章编号: 2 0 9 5 0 1 4 4 ( 2 0 1 2 ) 0 3 0 0 4 1 0 3 1 前 言 补偿收缩混凝土是一种适度膨胀的混凝土。由 于它能够避免或大大减轻混凝土的开裂 , 因而在工 程施工中受到愈来愈多的重视并得到应用。 我国 6 o年代起 采用硅酸盐 自应力水泥与石膏 矾土膨胀水泥
3、作管道与储罐 的接缝灌浆 。 7 O年代后 大力推广 自应力混凝土压力管、 地下建筑 、 接缝等。 7 0年代末 。 福建池潭混凝土重力坝 中有一个坝段 的 下部采用低热微胀水泥混凝土 , 经过运用实践的观 察 。 抗渗性能高、 力学性能与普通混凝土基本相同 】 。 8 0年代 , 水 电部原建设总局与第十二工程局合作在 浙江紧水滩使用低热微膨胀水泥配制补偿收缩混凝 土 , 用于修筑段长 8 1 m的拱围堰, 获得成功。美国、 日本近年来 在各种工程 中大量采用补偿收缩混凝 土 。 补偿收缩混凝土不仅能避免或减少混凝土的开 裂 , 并且具有抗渗性好 , 早期强度高等优点 , 它应用 于水坝防渗
4、面板 , 特别是碾压混凝土坝方面, 龙门滩 碾压混凝土坝在 国内是首例 , 且获得成功 , 其防渗效 果是肯定的, 初期 的渗漏量仅为 5 8 L s , 与国内外一 些碾压混凝土坝的渗漏情况相 比有十分显著的防渗 效 果 。 在龙门滩碾压混凝土坝防渗面板施工 中, 仍出 现一些裂缝 , 如第 4浇筑层 5条 , 第 5浇筑层 2条 , 第 6浇筑层 1 条等。作者针对龙 门滩工程采用补偿 收缩混凝土作为防渗面板的具体情况 , 从设计和施 工两方面详细分析了出现的裂缝机理 , 并且提出了 防止 出现裂缝的技术措施。 2补偿收缩混凝土的设计方面 龙 门滩碾压混凝 土重力坝坝高 5 6 5 m,
5、坝顶长 1 5 0 IT I 。坝体内部 的碾压混凝土设计标号为 R蚰 1 0 0 , 自身无法防渗 , 为解决渗漏 问题 。 在大坝上游面设置 了补偿收缩混凝土防渗面板。上游防渗面板为不分 缝 的整体面板 , 总面积 4 3 0 0 m , 最大高度 4 5 m, 最 大长度 1 0 6 I n 。面板沿高程分上 、 中、 下 3段 , 厚度分 别 为 0 2 5 m、 0 4I 1 1 和 0 6 m。 配置 1 Om m和 1 2 1 1 1 1 1 螺纹钢筋 , 间距 1 5 0 1 8 0 m m, 中上部为单层、 下部为 双层钢筋 。面板通过坝面预埋的钢筋与坝体联成整 体 。 2
6、1 补偿收缩混凝土设计参数选择2 设计要求 : 混凝 土强度标号采用 R 鸪 2 5 O; 抗渗标 号 为 S 1 2 。 限制收缩率 : 上 = 2 7 x 1 0 ( 取 6个月收缩率 , 脚 标“ 上” 表示 1 2坝高 以上 , 下 同) ; 5 下 = 1 5 x 1 0 ( 长 期处于水下 , 1 2坝高以下 ) 。 冷 身 茸 率 : 上 = 1 7 x 1 0 _ 4 ; Js 下 = 1 5 x 1 0 4 。 极限位伸率 : 。 = 1 6 x l O 设计 限制膨胀率按式 s m + Js 一 计算 , 并参照 一 定技术要求 , 补偿收缩混凝土水养 1 4 d的限制膨
7、胀率应大于 1 5 x 1 0 , 最终选定设计值s = 2 8 x 1 0 。 , 6T=1 5 x1 0 。 2 - 2混凝 土 的收缩 变 形 混凝土的收缩变形主要有凝缩变形 ( 冷凝前 ) 、 干缩变形( 硬化后) , 自生体积变形 , 温降变形和碳化 变形。龙门滩工程按干缩和冷缩总变形不超过极限 拉伸设计 , 但允许出现负应变 , 作为设计补偿收缩混 收稿 日期 : 2 0 1 2 0 3 1 2 作者简介 : 周世谅( 1 9 5 8 一 ) , 男, 福建南安人, 高级工程师, 主要从事水利水电工程施工与管理。 41 2 0 1 2年第 3期 甘肃水利水电技术 第 4 8卷 凝土
8、面板的依据 。 ( 1 ) 干缩变形 干缩变形是 由环境湿度变化引起的。影响混凝 土干缩的因素很多 主要有水泥品种及混合材料 、 混 凝土配合 比、 骨料种类及含量 、 外加剂种类及掺量 、 环境相对湿度 、 构件 尺寸及养护条件等。其 干缩表 达 式c 为 : 占 t = s X K b X K e x K r ,x K , ( 1 ) 式 中 : 8 m , 广一 龄期 的混凝 土 干缩 ( x l 0 ) ; 。 一 与环境相对湿度有关的干缩 ; 。 一 配合 比影响修正系统 ; 一 构件尺寸影响修正系数 ; K 含钢率影响修正系数 , K p = 1 0 0 ( 1 0 0 + 2 0
9、 p ) ; 含钢率 ; 。 龄期影响修正系数。 在相 对湿度 5 0 6 , m = 3 8 0 x l 0 6 , 水 泥用量 3 2 0 k g , 水 灰 比 0 5, Kb = O 9 5 , 理 论 厚 度 h = 2 5 c m, g e = 0 7 5 , h = = 6 0 c m, = O 5 ; 含钢率p 上 = 0 1 7 , P 下 = 0 2 5 ; 龄期 按 6个月计K e = 0 , 3 5 , K 下 = O 1 5 。 把数值代入上式 , 求 得 s 止= O 9 2 x 1 0 , 占 下 = O 6 8 x 1 0 4 , 计算结果的干缩 变形远 比设计
10、值小 。 可见干缩变形设计值偏大 , 即设 计限制膨胀率偏大。 ( 2 )自生体积变形 混凝土 自生体积变形 ( 收缩 ) , 会使混凝土结构 产生 内应力 , 致使混凝土产生裂缝 。混凝 土的 自生 体积变形与水泥品种 、 水泥用量及掺用混合材料种 类 有关 。 混凝土 的 自缩值一般在 4 0 x 1 0 4 - 1 0 0 x l 0 范 围 内。如果以混凝 土线膨胀 系数为 l O x l O C 计 , 这 相当于温度变化 4 1 O所引起的变形 。 龙门滩工程 补偿 收缩混凝土上、下部温差设计分 别为 1 7和 1 5 o C, 自生体积变形值 占冷缩值 比例较大( 表 1 ) ,
11、 故 其补偿值偏小 , 即设计 限制膨胀率偏小 。 表 1 自生体积变形( 自缩值 ) 与冷缩值的比较 ( 3 )温度变形 当温度下降时 ( O以上) , 混凝土会产生冷缩 , 在无约束条件下 混凝土温差 所引起 的温度收 缩变形是 与混凝 土热膨胀 系数 的乘 积 a AT , 而混凝土的热膨胀 系数 O L 与骨料品种有关 , 不 同骨 料品种其混凝土的热膨胀系数的最高与最低值几乎 42 多出 1 倍 引 。 龙 门滩工程所用骨料系凝灰岩 。 根据试 验结果表明 ,用其所拌和的常态混凝土热膨胀系数 为 5 2 9 4 x 1 0 6 C c , 设计简单采用混凝土热膨胀系数 是 1 1 O
12、 _ 5 , ,其结果是设计冷缩值远大于实际冷缩 值( 表 2 ) , 可见设计限制膨胀率取值偏大。 表 2 设计冷缩 率与 实际冷缩率 的比较 2 3碾 压 混凝 土上游 面 的阻抗 力 在设计的计算中只考虑限制钢筋及试件混凝 土 对 膨胀 的阻抗力 ( F ) , 未考虑大坝碾压混凝 土上游 面( 已有强度 尺及 E ) 对膨胀的阻抗力。 有效膨胀能 计算式为 : No = F , x e 2 十 ( u g e ; ) 2 ( 2 ) 式 中 : -一 有 效膨 胀 能 ; 。 一 阻抗力 ; e 广限制膨胀率 ; , 一泊松 比 ; E。 一 混 凝 土的 弹性模 量 。 当考虑碾压
13、混凝土上游面对补偿 收缩 的阻抗 时 , 有 效膨 胀 能应 加 大为 : e = F m x e 2 + ( p E ex e i ) 2 + K x E ( 3 ) 式 中: e 增 大的有效膨胀能 ; 系数 ( 由试验得 出) ; 、E 分别为碾压混凝土坝体 和补偿 收缩 混凝土的弹性模量。 其 他符 号 的意 义 同 ( 2 ) 式 。 由此可见 , e e , 由试验推算出的有效膨胀能 偏小 , 换言之 , 补偿收缩的量值不足 , 限制膨胀率取 值偏小 。 2 4 膨 胀 率取 值 目前 国内外都采用 “ 试验一 估算 ” 法来选定 限 制膨胀率 e 以补偿干缩变形。 而 e 值又采
14、用 自由膨 胀率 e 来评价 , 即假定 , 在水 泥、 配合 比、 养护等完 全相同的条件下 ,相同龄期的 自由试件与限制试件 的膨胀能相接近 , 即 f e , 由此来推算所需 限制膨 胀率 ,这是不合理的。龙 门滩工程补偿收缩混凝土 面板至少应为二维构件 ,而实验室试件所求出的是 一 维膨胀率 , 另外 , 实验室小尺寸试件的膨胀率 与实 际构件的膨胀率之间的关系,应当寻找出它 的换算 关 系。实际上 ,有效膨胀能只是 自由膨胀能 的一部 分 , 即 N N f ; 限制程度愈大 , e 与 的差值也加大。 第 3期 周世谅 : 浅析碾压混凝土坝补偿 收缩混凝土 防渗面板裂缝问题 第 4
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