瑪熱勒蘇水庫面板裂縫統(tǒng)計(jì)及成因分析

陳曉佳

(塔城地區(qū)水利水電勘察設(shè)計(jì)院，新疆 塔城 834700)

修大壩，建水庫，不但可以起到防洪、抗旱的作用，還可以用于灌溉、發(fā)電等，是人類利用和改造自然的重要措施。在我國，水庫是重要的基礎(chǔ)設(shè)施，也是防洪工程重要的組成部分[1]，在國民經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮重要作用。它的安全問題不容忽視，一旦潰壩，不僅影響水電站的效益，還會(huì)對(duì)大壩下游人們生命財(cái)產(chǎn)帶來嚴(yán)重危害，主要表現(xiàn)有裂縫和滲漏兩個(gè)方面[2-5]。本文主要討論瑪熱勒蘇水庫面板裂縫問題，分析裂縫產(chǎn)生的原因并針對(duì)性的提出治理措施。

1 工程介紹

瑪熱勒蘇(MRLS)水庫位于額敏河支流—馬拉蘇河出山口處，由大壩、放水隧洞、導(dǎo)流沖砂隧洞、溢洪洞四部分組成，總庫容為3.23×107m3，主要工程任務(wù)是以工業(yè)、城鎮(zhèn)生活供水和灌溉為主，兼顧防洪、發(fā)電等綜合利用，是一座屬Ⅲ等中型水庫。

MRLS水庫壩型為面板砂礫石壩，壩頂設(shè)計(jì)高程808.90 m，壩頂寬8.0 m，壩頂全長(zhǎng)250 m?；炷撩姘迨谴髩畏罎B體結(jié)構(gòu)，設(shè)置在墊層的上游面，面板與墊層之間設(shè)置擠壓邊墻(擠壓邊墻梯形、頂寬10 cm、高40 cm，上游邊坡1∶1.595，下游邊坡8∶1)，并在擠壓邊墻表面噴涂乳化瀝青，擠壓邊墻主要作用是平整上游壩坡便于砼面板澆筑，在墊層碾壓時(shí)起到模板作用，同時(shí)在壩體臨時(shí)斷面度汛時(shí)能起到較好的擋水度汛作用。

2 材料與方法

2.1 砼面板厚度與設(shè)計(jì)指標(biāo)

設(shè)計(jì)結(jié)合面板的施工要求、結(jié)構(gòu)要求、耐久性要求考慮，砼面板厚度沿不同高程采用漸變厚度結(jié)構(gòu)。根據(jù)《混凝土面板堆石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL 228-2013)面板厚度的計(jì)算公式為：

t=0.30+(0.002～0.0035)H

式中：t為面板厚度，m；H為計(jì)算斷面至面板頂部的垂直距離，m。H采用正常蓄水位至計(jì)算斷面的垂直距離，初步選定以高差30 m為一個(gè)計(jì)算單元，計(jì)算結(jié)果見表1。經(jīng)計(jì)算并結(jié)合已建工程施工經(jīng)驗(yàn)，面板采用40 cm～60 cm漸變厚度。

2.2 面板的配筋及指標(biāo)

面板的配筋設(shè)計(jì)為單層雙向鋼筋，每向配筋率為0.4%，鋼筋布置在面板厚度的中央。砼面板的設(shè)計(jì)強(qiáng)度指標(biāo)為C30、抗?jié)B標(biāo)號(hào)為W10，抗凍等級(jí)根據(jù)壩址區(qū)所處的氣候條件及水庫運(yùn)行水位變化采用F300。

2.3 面板分塊與分縫

砼面板的分縫有水平縫、垂直縫和周邊縫。它們有不同的修復(fù)方法，同時(shí)還要考慮當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)、氣候等因素。

由于該項(xiàng)目屬于嚴(yán)寒地區(qū)，設(shè)計(jì)中對(duì)砼面板表層進(jìn)行防護(hù)處理，根據(jù)目前水利工程中砼防護(hù)措施和材料的發(fā)展，本工程采用高分子防水防護(hù)涂料對(duì)砼面板進(jìn)行防護(hù)處理。

3 結(jié)果與分析

3.1 大壩裂縫統(tǒng)計(jì)

本工程大壩混凝土面板共分為32塊，其中6 m寬面板左右岸各10塊、中部12 m寬面板10塊、與趾板結(jié)合部特殊塊有2塊，面板頂部厚度為0.4 m，漸變至面板底部，底部最大厚度為0.6 m。面板采用與趾板同標(biāo)號(hào)C30F300W10混凝土澆筑，混凝土配合比采用二級(jí)配。面板頂部高程為806.7 m，河床段面板底部高程為732.55 m，最大高差為74.15 m，最大斜長(zhǎng)為139.9 m。面板混凝土于2017年6月27日開始澆筑，至2017年9月20日完成所有面板砼澆筑，在所有面板砼澆筑完成后對(duì)大壩面板裂縫進(jìn)行全面檢查(裂縫分布、條數(shù)、長(zhǎng)度、寬度、深度及是否貫穿等)。經(jīng)對(duì)面板裂縫全面檢查共發(fā)現(xiàn)混凝土裂縫96條(縫寬小于0.2 mm的43條，縫寬大于0.2 mm的53條)，其中縫寬大于0.2 mm的裂縫總長(zhǎng)度460.3 m，縫寬0.2 mm～0.46 mm，均為非貫穿性裂縫，主要分布于面板中間部位。

2017年9月對(duì)面板裂縫進(jìn)行檢查完成后，施工方計(jì)劃對(duì)面板裂縫及時(shí)進(jìn)行處理，但是經(jīng)過參建各方溝通后認(rèn)為在2017年處理面板裂縫由于其發(fā)育還不穩(wěn)定，建議經(jīng)過一個(gè)冬休期凍融后再進(jìn)行處理，于是在2017年沒有對(duì)面板裂縫進(jìn)行處理，面板處于自然停擺狀態(tài)。

2018年7月20日，本工程進(jìn)行了復(fù)工。由于面板長(zhǎng)時(shí)間的停放，在復(fù)工前，對(duì)面板重新進(jìn)行了一次全面的裂縫調(diào)查，經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，與2017年9月調(diào)查結(jié)果相比，其裂縫條數(shù)、長(zhǎng)度等均有較大變化，裂縫條數(shù)由2017年96條增加為296條，裂縫總長(zhǎng)度由2017年794.8 m增加到目前2593.5 m，其中縫寬大于等于0.2 mm的裂縫總長(zhǎng)度2169.5 m，縫寬小于0.2 mm的424 m，經(jīng)觀察裂縫均為非貫穿性裂縫，主要分布于面板中間部位。經(jīng)分析，面板裂縫產(chǎn)生較大變化主要原因在2017年9月調(diào)查時(shí)其裂縫未完全發(fā)育穩(wěn)定，砼變形還處于不穩(wěn)定狀態(tài)，現(xiàn)經(jīng)過近11個(gè)月時(shí)間的擺放，砼裂縫開展已基本完成，造成裂縫變化較大。

幾座已建成水庫面板裂縫調(diào)查見表2。按照每平方千米裂縫長(zhǎng)度統(tǒng)計(jì)情況看：最大的為下天吉二期181.33 m，最小的為溫泉水庫9.39 m，MRLS水庫為96.06 m處于中等水平；按照每平方千米裂縫條數(shù)統(tǒng)計(jì)情況看：最大的為卡浪古爾29.5條，最小的為積石峽2.03條，MRLS水庫為10.96條處于中等水平。按照每千平米裂縫長(zhǎng)度統(tǒng)計(jì)情況看：最大的為下天吉二期181.33 m，最小的為溫泉水庫9.39 m，MRLS水庫為96.06 m處于中等水平；按照每平方千米裂縫條數(shù)統(tǒng)計(jì)情況看：最大的為卡浪古爾29.5條，最小的為積石峽2.03條，MRLS水庫為10.96條處于中等水平。

表2 幾座混凝土面板裂縫統(tǒng)計(jì)

3.2 大壩裂縫成因分析

對(duì)本工程砼面板產(chǎn)生裂縫進(jìn)行分析，在面板澆筑過程中施工方在原材料的選定、配合比設(shè)計(jì)、混凝土拌和、運(yùn)輸、澆筑、養(yǎng)護(hù)等各個(gè)階段進(jìn)行了有效地控制，但仍然出現(xiàn)面板裂縫。針對(duì)面板裂縫，從施工記錄、氣象資料和同類工程資料綜合分析，本工程面板產(chǎn)生裂縫主要原因?yàn)樘鞖鈿鉁剡^高以及混凝土水化熱。

(1)氣溫溫度過高。由于新疆特殊的施工環(huán)境(11月～3月為冬休期，6月～8月為高溫天氣)，面板混凝土澆筑周期為3個(gè)月左右，故本工程面板澆筑無法避開高溫天氣。根據(jù)施工記錄顯示，在6月～8月施工現(xiàn)場(chǎng)最高溫度為42℃(高于35℃有45天)，同時(shí)工程建設(shè)當(dāng)?shù)貧夂蚋稍?極易將未終凝混凝土中的水分蒸發(fā))、晝夜溫差較大都容易使面板產(chǎn)生裂縫。從裂縫調(diào)查結(jié)果來看，左右岸6 m寬面板裂縫明顯比中部12 m寬面板要少，而中部面板澆筑為7月～8月最高溫階段，左右岸則在9月初進(jìn)行澆筑，氣溫已下降至約25℃。

(2)水化熱。通過現(xiàn)場(chǎng)對(duì)面板內(nèi)埋設(shè)溫度傳感器進(jìn)行混凝土內(nèi)部溫度觀測(cè)情況看，混凝土內(nèi)部溫度一般在24 h～27 h之間達(dá)到最高值(高達(dá)45℃)，而環(huán)境溫度一般在15℃～42℃之間，混凝土內(nèi)部與周圍環(huán)境存在較大溫差。由于水泥水化熱引起的混凝土內(nèi)外溫度差過大，產(chǎn)生溫度應(yīng)力，一旦溫度應(yīng)力大于混凝土的抗拉強(qiáng)度，就會(huì)產(chǎn)生裂縫。

4 處理措施

經(jīng)過面板澆筑完成后一個(gè)冬季凍融循環(huán)，目前面板裂縫的開展已基本處于穩(wěn)定，需及時(shí)開展對(duì)面板裂縫進(jìn)行處理，對(duì)于面板裂縫的處理，在咨詢了一些新疆類似工程的處理方法以及結(jié)合《水工建筑物化學(xué)灌漿施工規(guī)范》(DL/T 5406-2010)的相關(guān)規(guī)定，根據(jù)裂縫的寬度和是否貫穿采取措施進(jìn)行處理，處理基本原則有兩個(gè)。裂縫處理示意圖見圖1。

圖1 裂縫處理示意圖

(1)縫寬小于等于0.2 mm：進(jìn)行表面封閉處理，即面板表面涂刷1.2 mm厚的聚脲進(jìn)行封閉。

(2)縫寬大于0.2 mm或是貫穿性裂縫：采用化灌水溶性聚氨酯進(jìn)行處理。

5 結(jié)語

本文以瑪熱勒蘇水庫為依托，對(duì)該水庫面板裂縫數(shù)量、長(zhǎng)度等參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析，并根據(jù)分析結(jié)果探討裂縫成因及處理措施。分析結(jié)果表明，面板產(chǎn)生的裂縫主要由天氣溫度過高和混凝土水化熱兩方面原因引起的。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，瑪熱勒蘇水庫32塊大壩混凝土面板中共發(fā)現(xiàn)96條裂縫，均為非貫穿性裂縫，主要分布于面板中間部位。在該庫區(qū)已建成的水庫中，瑪熱勒蘇水庫每平方千米裂縫長(zhǎng)度處于中等水平。