双河二级水电站混凝土坝裂缝处理设计.pdf
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1、规划设计 东北水利水电 2 0 1 3年第 9期 【 文章编号】 1 0 0 2 -0 6 2 4 ( 2 0 1 3 ) 0 9 -0 0 1 2 -0 2 1 工程概况 双河二级水电站混凝土坝裂缝处理设计 王 晓 丽 ( 中水东北勘测设计研究有限责任公司, 吉林 长春 1 3 0 0 2 1 ) 摘要】 根据双河二级水电站混凝土坝裂缝情况、 混凝土钻孔取芯试验结果, 确定混凝土坝上 下游面的裂缝处理 方案 。 【 关键词 混凝土坝; 裂缝; 化学灌浆; 抗裂 【 中图分类号 I W8 2 + 3 1 文献标识码】 B 白山市双河二级水电站位于吉林 省白山市所辖临江 市与抚松县境内, 为跨市
2、( 县) 区、 跨流域 、 引水式梯级开发 的第二级电站。由拦河坝 、 引水隧洞和发电厂房三部分组 成。水库正常蓄水位为 7 1 5 O 0 m, 总库容为 0 1 5 3 1 0 s r n 3 , 总装机容量为 1 2 MW。 白山市双河二级水 电站大坝由混凝土重力坝和粘土 心墙土石坝组成 , 坝顶高程 7 1 7 O 0 m, 大坝全长为 2 5 6 0 m, 其中混凝土重力坝长度为 1 7 3 0 m,最大坝高为 3 1 m, 坝 顶宽度为 1 0 n l , 上游铅直, 下游坡比为 1 : 0 6 6 。 混凝土坝共 1 1个坝段 ,其中 3 4号坝段为溢流坝段 ,上游坡比在 6 9
3、 4 O 0 m高程以上为 3 : 1 , 6 9 4 O 0 m高程以下铅直, 下游坡 比为 1 : 0 7 , 溢流坝堰顶高程为 7 0 9 5 0 m, 弧形闸门挡水, 泄 洪消能方式为挑流消能 , 挑流鼻坎高程为 6 9 4 7 8 m。 2 混凝土坝现状分析 白山市双河二级水 电站混凝 土坝 2 0 0 3年建成 , 至 2 0 1 2年 1 0月间始终未蓄水, 坝体多处存有裂缝。2 0 1 2年 3 月至 5月间, 先后对混凝土坝裂缝 的分布情况包括裂缝的 数量 、 分布与走向进行了调查 , 对坝体混凝土内部缺陷进 行了检测, 对混凝土芯样进行了室内试验。 2 1裂缝情况 裂缝调查
4、与检测结果显示 : 1 1 个混凝土坝段表面现 存裂缝 5 3 9 条 , 其中上游面 4 0 0 条, 下游面 1 3 9 条。需要处 理的裂缝共 5 1 7条( 上游面 3 9 8 条 , 下游面 1 1 9 ) , 其中A类 裂缝 9 2条 , B类裂缝 1 2 9条, c类裂缝 1 7 4 条 , D类裂缝 1 2 2 条。 需处理裂缝总长度约为 1 8 5 1 7 5 m, 其中A类裂缝 约 为 1 3 6 1 3 m, B类裂缝约 为 2 3 7 0 1 m, C 类裂缝约 为 6 0 1 0 3 m, D类裂缝约为 8 8 1 7 0 m。溢流坝闸墩上游侧共 有 3 条相对细小裂
5、缝裂缝 ,而两个边闸墩下游侧却各有 1 条贯穿裂缝。坝顶上游侧防浪墙共有 3 0 条贯穿性裂缝。 其中溢流坝段( 3 号坝段) 堰体上游侧中部 F 3 1 , F 3 3 0 , F 3 4 6等 3 条裂缝沿坝顶与下游侧裂缝 F 3 5 2 相接 , 深度不小于 1 m, 为上下游贯通缝。 1 2 2 2 混凝土钻芯检测试验情况 2 0 1 2年 3月,现场选取 1 1 1 号坝段代表性部位钻取 芯样进行室内试验 , 包括芯样容重、 抗压强度、 静压弹性模 量、 抗冻、 抗渗等性能试验。1 1 个混凝土坝段现场取芯试验 结果如下 : 容重与抗压强度试验结果: 芯样试件容重介 于 2 2 1
6、0 2 4 5 0 k g m3 之间, 平均容重为 2 3 2 4 k g m3 ; 抗压 强度介于 1 8 5 4 0 2 MP a 之间, 平均强度为 2 6 8 MP a , 芯样 试件的抗压强度均值不低于 2 0 0 MP a 。 弹性模量测试结 果 : 1 I 1号坝段芯样试件的弹性模量介于( 1 6 9 4 3 8 ) 1 MP a 之间 , 弹性模量平均值为 2 7 3 x 1 0 4 MP a , 不同位置、 不 同孔深芯样试件间的弹性模量试验结果存在一定差异。 抗冻性能测试结果 :芯样试件抗冻试验结果存在较大差 异 , 最大冻融次数级最低为 2 5 次 , 最高为 2 2
7、5次; 深层芯样 试件抗冻性能略高于表层芯样试件。抗渗性能试验结果 均满足 W8的抗渗等级。 混凝土强度和抗渗性能满足设计要求, 但坝体混凝土 的抗冻指标不能满足现行规范要求。 3 混凝土坝裂缝处理必要性 通过计算可知, 溢流坝和挡水坝的坝体裂缝不仅仅发 生在冬季 , 甚至是秋季寒潮来临时 , 坝体表面拉应力也大 面积超标, 导致裂缝产生。可见温度应力是引起白山市双 河二级水电站混凝土坝坝体裂缝生成和发展的主要原因。 坝体裂缝的存在 , 不仅改变了坝体的应力分布, 出现 应力集中, 坝体蓄水情况下, 容易导致渗水现象发生 , 尤其 是水位较高时, 裂隙水的劈裂作用有可能引起裂缝逐渐扩 展, 影
8、响混凝土坝应力及稳定 , 冬季时 , 缝隙水结冰冻胀会 使裂缝继续扩展等。可见 , 裂缝的存在 , 会加速坝体老化 , 钢筋锈蚀, 降低混凝土坝耐久性, 影响坝体应力和稳定等 , 严重威胁大坝安全 , 为保证双河大坝 的运行安全 , 对 白山 市双河二级水 电站混凝土坝裂缝进行处理是非常必要和 紧迫的。 根据现行规范对裂缝的分类标准及处理原则 , 上游面 需要处理的裂缝有 3 9 8条 , 占上游面裂缝总数的 9 9 5 , 布 2 0 1 3 年第 9期 东北水利水电 规划设计 满双河混凝土坝每个坝段的上游表面, 接近坝顶部位裂缝 较 少;下游面需要处理的裂缝有 1 1 8 条 ,占下游面总
9、裂缝 总数的 8 4 9 。因此 , 从裂缝分布情况看 , 混凝土坝上下游 面均需进行裂缝处理。 另外, 从坝体混凝土试验成果看 , 上下游面混凝土抗 压、 抗渗强度等级虽然满足设计要求 , 但其抗 冻指标都不 满足现行设计规范要求 , 所以上下游面都需要进行处理。 4 混凝土坝裂缝处理方案 4 1 上游面的处理 方案设计 4 I I 处理 范围确 定 在检测的 5 3 9条裂缝 中, 上游面有 4 0 0条 , 占坝面裂 缝总数的 7 4 2 , 需要处理 的裂缝有 3 9 8 条 , 占上游面裂缝 总数的 9 9 5 , 布满双河混凝土坝每个坝段 的上游表面 , 接 近坝顶部位裂缝较少。
10、室内试验结果表明坝体混凝土的所 有抗冻指标都不 满足现行规范要求 , 同时由于冻融破坏 , 使得 表面混凝土 的容 重、 弹性模量质量差异较大 , 降低混凝土坝 的使用寿 命、 影响混凝土坝防渗能力。 由于双河大坝建成后一直没有蓄水 , 上游面施工受环 境影响不大, 具备全坝面裂缝处理的施工条件。 开挖后置换新混凝土解决裂缝对坝体带来的不利影 响 , 主要是用来提高坝体混凝土的强度等级 , 尤其是坝体 混凝土的抗冻强度等级 , 因为现行规范对水上 、 水下混凝 土的抗冻要求不同, 水下混凝土满足 F 5 0即可 , 而东北严 寒地区水上混凝土,特别是水位变化区的混凝土应满足 F 3 0 0的抗
11、冻指标要求。 尽管双河混凝土坝上游面混凝土的 抗冻指标不满足现行规范的要求 , 但全面开挖处理的必要 性不大 , 死水位以下混凝土经表面处理并蓄水后就不存在 冻融问题 , 水上及水位变化区混凝土进行开挖置换是必要 的, 在提高混凝土抗冻强度等级的同时, 解决了坝体混凝 土的耐久性问题, 提高了混凝土坝的使用寿命 。 上部高程考虑到防浪墙和人行道建于混凝土坝上游 侧 1 5 m的悬挑板上 , 且接近坝顶部位裂缝分布较少, 为保 证坝顶结构的安全,挡水坝段悬挑板以下 1 0 m范围内不 进行开挖处理,即混凝土开挖顶高程不应超过 7 1 5 4 0 m。 因此 , 挡水坝段混凝土开挖顶高程定为 7
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