白龙潭水库大坝混凝土面板裂缝调查及成因分析.pdf

年第 期水利规划与设计设计施工:/白龙潭水库大坝混凝土面板裂缝调查及成因分析林 玲 周海啸 翁晓霄 霍吉祥(温岭市农业农村和水利局 浙江 温岭 南京水利科学研究院水文水资源与水利工程国家重点实验室 江苏 南京)摘要:混凝土面板裂缝可能影响大坝安全 掌握裂缝分布、类型及成因等对采用针对性的补强极为重要 文章以白龙潭水库为例 首先在对上游面板裂缝普查的基础上综合应用多种统计方法和统计图 分析不同坝段、高程的分布规律 然后选取裂缝较多的坝段对裂缝宽度和深度进行检测分析 为判断裂缝类型提供依据 最后结合施工及当地气温等资料 对裂缝成因进行综合判断 该工作为之后的针对性补强及养护工作提供科学依据 确保了大坝安全关键词:细骨料混凝土砌块石重力坝 面板裂缝 调查检测 成因分析 白龙潭水库中图分类号:文献标识码:文章编号:()收稿日期:基金项目:国家重点研发计划项目()国家自然科学基金联合基金重点项目(、)中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金项目()作者简介:林 玲(年)女 工程师:通讯作者:周海啸(年)男 工程师:工程概况白龙潭水库位于温岭市箬横镇晋岙村朱家里金清港一级支流运粮河支流思里溪上 工程任务主要是为箬横镇供水 水库大坝的洪水标准采用 年一遇洪水设计 年一遇洪水校核 工程总库容 属小()型水库 水库主要建筑物为拦河坝、泄水建筑物、输水建筑物 工程等别为等 主要建筑物级别为 级大坝为细骨料混凝土砌块石重力坝 坝顶高程 最大坝高 坝顶宽 长度 坝体上游面高程 以上为直立面高程 以下坡度为 上 游 面 设 置 混凝土防渗面板 在高程 以上厚 以下渐变为 坝基设 基础混凝土垫层 厚 其余部位均为 细骨料混凝土砌石 施工过程中砌石坝体先于防渗面板施工 防渗面板的浇筑略低于坝体面 面板随坝体砌石施工而组织施工 每个坝段的面板分层平衡上升 每层浇筑高度控制在 左右大坝混凝土面板浇筑于 年 月完成 由于多种原因一直空库运行 后于巡查过程中发现各坝段不同高程处上游面板存在较多裂缝 可能对工程安全产生不良影响 因此 对面板裂缝分布特征进行检测和统计 分析其产生的主要原因 对于之后针对性补强保障大坝蓄水安全具有重要意义 裂缝分布普查白龙潭水库上游混凝土面板自坝顶至坝底可分为 层 其对应高程如下所示:一层:高程 二 层:高 程 三层:高程 四层:高程 五 层:高 程 六层:高程 七层:高程 八 层:高 程 九层:高程 对查明的裂缝分布按照坝段、层高等分别进行统计 从而更加明确裂缝总体分布情况 按坝段统计首先 统计不同坝段的裂缝条数 结果见表 由表 可以看出:()坝段裂缝最多 共计 条 占总数的 左右 坝段、坝段和 坝段次之 分设计施工水利规划与设计 年第 期别 有 裂 缝 条、条 和 条 占 总 数 的、和 表 不同坝段裂缝条数及百分比坝段条数百分比/坝段层数单层百分比/合计()按每个坝段每层的平均分布来看 坝段和 坝段分布较为密集 这两个坝段每层分布条数占总数的 和 左右 和 坝段次之 分别占总数的 和 而坝段单层分布裂缝相对较少 每层占总数的 左右 按不同高程层高统计由于自坝顶至坝底对上游混凝土面板按不同高程分为 层 通过不同高程裂缝分布情况的统计分析 结果见表 表 不同高程裂缝条数及百分比层号高程条数百分比/合计 由表 可以看出:()第 层(高程 )位置处分布有裂缝数 量 相 对 较 多 共 计 条 占 总 数 的 第 层、第 层和第 层次之 分别分布有裂缝 条、条和 条 分别占总数的、和 ()第 层和第 层虽然仅存在于河床部位的、和 坝段 但这两层的裂缝分布仍相对较为密集 分别有 条和 条裂缝 占总数的 和 按裂缝长度统计对普查获得的裂缝长度进行统计分析 结果如图 所示图 裂缝长度频数统计由图 可以看出:()在共测量的 条裂缝中 除编号 的裂缝长度未测量外 其余 条裂缝平均长度达到了 ()长度介于 的裂缝分布最为广泛 其次是 和 左右的()编号为 的裂缝最长 长度达到了 位于 坝段顶部的该裂缝裂至防浪墙顶部 按裂缝宽度本次普查中对裂缝宽度进行了半定量测量 主要分为两个区间:大于 小于 对 条裂缝宽度进行统计 其中缝宽小于 的共 计 条 占 总 数 的 而 缝 宽 大 于 的共计 条 占 左右一般多通过大坝示意图的形式反映面板裂缝的分布情况 但该方法更侧重于展示裂隙的形态及分布位置 缺少对分布密度的直观展示 为更直观地比较不同坝段、高程的裂缝分布的密度情况可通过裂缝分布热力图进行反映 所有裂缝、缝宽大于 以及缝宽小于 的裂缝分布热力图分别如图 所示由图 可以看出:()总体来看 裂缝在 坝段的第 层以及 年第 期水利规划与设计设计施工图 裂隙分布热力图、和 坝段的第 层分布较为密集 分别有 条、条、条和 条()对于缝宽小于 的裂缝 分布情况与总体类似 在 坝段底部的第 层以及、和坝段的第 层分布较为密集 说明这些部位虽然裂缝分布相对较多 但主要以缝宽相对较小的裂缝为主()对于裂缝缝宽大于 的裂缝 主要集中在 坝段顶部的第 层 在该部位存在 条缝宽大于 的裂缝 此外 在、坝段的第 层也有较多缝宽较大的裂缝存在 分别有 条和 条 裂缝宽度与深度检测对裂缝出现较多的河床部位的、和 等 个坝段裂缝的宽度和深度进行检测 现场共检测 四个坝段共 条裂缝 其中个别长度较长或缝宽较宽的裂缝分上、中、下三部分或上、下两部分检测 共计检测 处 检测统计结果如图所示 见表 图 裂缝宽度及深度频数图表 裂缝检测宽度和深度特征值统计特征值最小值最大值均值标准差宽度/深度/由图 和表 可以看出:()本 次 裂 缝 检 测 结 果 中 宽 度 最 大 为 位于编号 处 最小为 位于 编 号 裂 缝 的 上 部 宽 度 均 值 为 标准差为 河床部位 坝段检测获得的裂缝宽度主要集中于 这一 区 间 范 围 内 共 有 处 约 为 总 数 的 其次为 这一区间内 共有设计施工水利规划与设计 年第 期 处 占总数的 再者为 区间内 共有 处 占总量的 总体来看 检测宽度大于普查阶段的值 这主要是由于裂缝表层存在风化脱落现象 而使得测量值相对实际偏大的缘故()检测深度主要位于 处 共有 处 占总数的 然后为 区间内共有 处 占总数的 本次测量获得的裂缝平均深度为 标准差为 检测获得的裂缝最大深度为 位于编号 裂缝的上部 同时该裂缝中部和下部的深度也达到了 和 是本次检测中唯一测量深度超过 的 裂 缝(超 过 钢 筋 保 护 层 厚 度)此外 编号 的裂缝深度也大于 而编号、编号 和编号 的裂缝深度也大于 为研究典型裂缝深度与宽度之间的关系 作相关散点图见图 图 检测裂缝深度与宽度关系可以看出 检测获得的裂缝深度与宽度之间无明显的相关关系 通过计算也可获得两者间相关系数仅为 相关性不显著 裂缝成因分析 裂缝分类根据裂缝成因 大坝混凝土面板裂缝可分为非结构缝和结构缝两种 其中前者又包括温度裂缝(昼夜温差或者季节性温差引起)和干缩裂缝 其中 非结构裂缝主要是由于温差变化较大 温度控制措施不到位 气候干燥 混凝土养护措施与表面止水施工、保湿养护无法达到二者兼顾 施工期间养护效果达不到要求 加剧了裂缝的发展 结构性裂缝主要是坝体的自重和其它荷载如水压力、浪压力作用下产生不均匀沉降或其它方向的位移 引起的变形导致形成的裂缝根据裂缝发展宽度和深度划分表面裂缝和深层及贯穿裂缝 其中前者是由于混凝土面板表层温度应力超过混凝土的允许抗拉强度时 产生开裂形成的 深度一般不超过 方向不定 数量较多 其主要为温度裂缝 深层及贯穿裂缝主要是由于沉降变形或荷载作用下产生不均匀性沉降导致的 贯穿裂缝是由表面裂缝发展为深层裂缝 最终形成贯穿裂缝 它切断了结构面 可能破坏结构的整体性和稳定性 一般宽度可达 其危害程度较大 因此 面板裂缝划分为:类裂缝(浅层裂缝):缝宽 且不贯穿 类裂缝:缝宽 但不贯穿 以深度 和 为界则类缝中 的占 之间占 无 的 类缝 的占 无 之间 的有 条 占总数的 温度裂缝一般表现为细、短和浅 而结构裂缝则相对粗、长、深 且裂缝宽度一般大于 对比白龙潭水库上游面板裂缝的测量结果 可以看出符合温度裂缝的特征 因此可以判断其主要是由于温度造成的非结构缝 裂缝成因分析白龙潭水库大坝上游混凝土面板裂缝主要表现出细、短和浅等特点 因而可认为主要是由温度引起的 一般认为温度影响可能主要来自以下两个方面:施工过程中温控不当 面板建成后养护不当 白龙潭水库上游面板混凝土从材料选取到施工养护过程中 皆考虑到了温控的影响并采取了相关措施 工程验收鉴定中未发现质量事故及缺陷 因此 上游面板裂缝由于施工过程中引起的可能性较 年第 期水利规划与设计设计施工小 而水库在混凝土面板浇筑并按要求保养后 由于各类原因水库长期未蓄水 而且未采用有效措施进行保温养护白龙潭水库大坝面板分部工程于 年 月完工 统计完工后温岭的气温变化情况 年 月 日 年 月 日温岭地区日最高气温和夜间最低气温如图 所示图 温岭市白天最高气温和夜间最低气温变化趋势由图 可以看出 总体上白天最高气温和夜间最低气温变化较为一致 即冬季气温较低而夏季气温较高 但不同时刻下昼夜温差的差别较大 具体如图 所示图 温岭市昼夜温差柱状图由图 可以看出 在白龙潭水库竣工后一段时期 温岭市昼夜温差变化较大 以 为限(图中红色水平线)年 月 日 年 月 日 这 内 共 有 昼 夜 温 差 超 过 占总天数的 以上 这种突然降温极易产生温度裂缝 加之沿海地区气候变化大高温与暴雨等气候循环交替 养护不及时 产生温度裂缝综上 从 年 月完工至今经历了 个低温和 个高温空库运行 而在此期间面板未采取保温等养护措施 而面板作为薄体结构极易受外界温差的影响产生裂缝 因此 初步判断裂缝产生的主要原因为完工后空库运行而未采用有效保湿保温措施造成的 结论通过对浙江省温岭市白龙潭水库钢筋混凝土面板裂缝普查、典型裂缝分布特征的检测和统计 对其产生的主要原因进行了分析 主要结论如下()上游面板目前共存在 条裂缝 其中 坝段的第 层以及、和 坝段的第 层裂缝分布较为密集()河床部位 坝段的裂缝宽度均值为 最 宽 为 平 均 深 度 为 裂缝深度最大为 编号为 也是本次检测中唯一测量深度超过钢筋保护层厚度()的裂缝()面板裂缝主要为表面裂缝 未形成贯穿性裂缝 且大部分属于缝宽 的类浅层裂缝 另有部分属于缝宽 但未贯穿的类裂缝 无贯穿的类裂缝 同时 裂缝特征主要表现为细、短和浅等特点 因此裂缝主要是由于温度引起的非结构性裂缝 综合施工资料、近 年空库运行期间当地温度变化及养护情况 综合判断面板裂缝主要是由于大坝空库运行 养护不当造成的在明确裂缝分布、形态及从成因的基础上 可根据裂缝类型提出针对性的补强措施 并及时对面板采用保温和保湿措施 确保大坝安全参考文献 卓战伟 苗延强 项捷.梨园水电站大坝混凝土施工及裂缝处理技术.水利水电技术():.李文鹏 李连喜 张增涛.大坝砼面板裂缝处理应用与研究.长江科学院院报():.戴乐军 杨文龙 余仲军.德泽水库混凝土面板堆石坝趾板混凝土裂缝处理.人民长江():.黄景中 商崇菊 郝志斌.天门河水库混凝土面板坝的裂缝和变形及面板垫料脱空处理.中国农村水利水电():.葛龙进 史明华 杜斌 等.罗村水库混凝土面板堆石坝面板裂缝成因及加固处理措施.大坝与安全():.钮新强 谭界雄 田金章.混凝土面板堆石坝病害特点及其除险加固.人民长江():.罗福海 张保军 夏界平.水布垭大坝施工期面板裂缝成因分析及处理措施.人民长江():.刘锐.聚脲凃层在大坝混凝土面板防渗加固中的应用.人民长江():.