拱壩開裂及處理

2022-10-11 21:51:10 字數 4544 閱讀 1279

拱壩是對溫度十分敏感的壩型,尤其是在溫降工況,溫度應力的危害十分顯著。以下試舉因溫降導致壩身開裂的數個工程例項。

下會坑水庫位於江西省上饒縣信江二級支流花廳水上,是一座以發電為主,兼顧灌溉、防洪、養殖等綜合利用的中型水利工程。下會坑水庫的樞紐主要有大壩、發電引水隧洞、廠房及公升壓站。大壩為漿砌石雙曲拱壩,設計最大壩高100.

5m;發電引水隧洞全長5150m,引用發電流量為11.64m3/s;廠房裝機2×8mw。

下會坑大壩的壩型為漿砌石雙曲拱壩,水平拱圈的線型為統一二次曲線。大壩壩頂設有3孔每孔淨寬為10m的溢洪道,大壩下部的河床段設有直徑為1.0m的放空孔。

大壩壩頂高程為423.5m,設計基坑底部高程為323m,設計的最大壩高為100.5m,頂拱弧長為247.

4m,大壩壩頂寬4.5m,拱冠梁底寬20.5m,左拱底寬21.

063m,右拱底寬20.720m,壩頂防浪牆頂高程為424.5m。

大壩體型方程如下:

(1)、拱圈中心線方程:

x2+ay2+by=0

(2)、左a插值曲線方程:

a=4.505503-0.1955265×z+2.936503×10-3×z2-1.258928×10-5×z3

(3)、左b插值曲線方程:

b=606.548-14.18655×z+0.1454444×z2-4.956148×10-4×z3

(4)、右a插值曲線方程:

a=1.14505+2.085647×10-2×z-9.909631×10-4×z2-9.355528×10-6×z3

(5)、右b插值曲線方程:

b=425.1844-7.400963×z+7.476814×10-2×z2-2.987732×10-4×z3

(6)、拱冠梁中心線方程:

yc=0.31258038z-0.137490081×10-2×z2-0.157067552×10-4×z3

(7)、拱冠梁厚度方程:

tc=4.514137+0.197614474×z-0.399306937×10-2×z2+0.359206272×10-4×z3

(8)、右拱端厚度

tar=4.584009+0.222391541×z-0.493004857×10-3×z2-0.121666488×10-5×z3

(9)、左拱端厚度方程:

tal=4.578191+0.143662498×z+0.254402081×10-2×z2-0.232977747×10-4×z3

(10)、厚度變化方程:

ts=tc+(tα-tc)(s/sα)2

此次發生裂縫處於大壩尚未蓄水的施工期。2023年冬季,氣溫較低(最低氣溫達零下10℃),在2023年2月發現大壩上下游均發生了鉛直向的裂縫,其中下游有2條,分別位於拱冠以右的0.6m處和9.

3m處,高程位於348m以下;上游有裂縫3條,分別位於拱冠以右15m、25m和55m處,高程位於369m以下。此時壩體寬縫已封拱到約370m高程左右(窄縫只封拱至339m高程),由於拱的作用,溫降時在上游拱端和下游拱冠處均會產生較大的拉應力,按實際情況進行拱壩應力分析,在下游拱冠的最大拉應力的1.49mpa,上游拱端的最大拉應力為0.

86mpa,可見下游裂縫是由溫度驟降引起的,而上游裂縫仍是砼本身溫降收縮產生的溫度裂縫。對該裂縫專門作了斜向鑽孔壓水檢查裂縫深度的工作,從檢查結果看,裂縫深度均在0.4m以內,屬表層裂縫。

裂縫最後都進行了灌漿處理。

高店水庫位於江西省鉛山縣信江中上游的主要支流—鉛山河的主支(石塘水)上游,是一座具有防洪、發電、灌溉、供水及水產養殖的綜合利用的中型水利工程。高店水庫的樞紐主要有大壩、發電引水隧洞、廠房及公升壓站。大壩為砌石雙曲薄拱壩,設計的最大壩高為81.

5m。發電引水隧洞長約2.6km。

廠房裝機2×8mw。事故隧洞為臨時工程導流洞(見圖中洋紅線洞段)。

高店大壩的壩型為砌石雙曲拱壩,水平拱圈的線型為統一二次曲線。大壩壩頂設有3孔每孔淨寬為10m的溢洪道,大壩下部的河床段設有直徑為1.0m的放空孔。

大壩壩頂高程為388.5m,設計基坑底部高程為307m,設計的最大壩高為81.5m,大壩壩頂中心弧長290m,大壩壩頂寬4.

0m,拱冠梁底寬15m,左拱底寬19.5m,右拱底寬19.0m,壩頂防浪牆頂高程為389.

5m。大壩體型方程如下:

(1)、拱圈中心線方程:

x2+ay2+by=0

(2)、左岸a插值方程:

al=0.9960364-6.348452×10-4×z+4.172698×10-6×z2-2.834664×10-8×z3;

(3)、右岸a插值方程:

ar=0.779277-2.111119×10-3×z-8.838455×10-6×z2-1.892192×10-7×z3;

(4)、左岸b插值方程:

bl=339.4289-4.362646×z+3.239774×10-2×z2-1.913653×10-4×z3;

(5)、右岸b插值方程:

br=337.936-1.84769×z-2.117708×10-2×z2+1.485314×10-5×z3;

(6)、拱冠梁中心線方程:

yc=0.2217969×z+1.244762×10-3×z2-4.312323×10-5×z3;

(7)、拱冠梁厚度方程:

tc=4.0+2.511897×10-2×z+4.313032×10-3×z2-3.638252×10-5×z3;

(8)、右拱端厚度

tar=5.0+1.359189×10-1×z+2.381199×10-3×z2-2.381836×10-5×z3;

(9)、左拱端厚度方程:

ta1=5.0+3.727706×10-3×z+6.544495×10-3×z2-5.407655×10-5×z3;

(10)、厚度變化方程:

ts=tc+(tα-tc)(s/sα)2

裂縫發生在一期蓄水後的施工期(分兩期蓄水)。2023年11月,大壩右岸壩頂路面發現一條表面裂縫(3#裂縫)。2023年1月,大壩壩頂又發現三條裂縫,其中右岸兩條(1#、2#)左岸一條(4#),縫寬1~4mm,上游縫長5~7m,下游縫長0.

8~5m;3#縫發展為縫寬1~3mm,上游縫長6m,下游縫長4.5m。2023年2月25日,經業主、設計、監理、施工等參加單位及特邀專家共同對大壩裂縫問題進行了專題分析。

根據大壩應力計算的成果,壩頂兩拱端附近在溫降+死水位工況下拉應力較大。大壩378m高程以上的壩體大部分是在9月份以後砌築,而11月份即完成寬縫封堵施工,使壩體溫度未及時下降即被封拱,導致封拱溫度偏高。2023年1月~2月本區域遭遇了五十年不遇的持續超低溫天氣(2023年初的著名雪災),水庫一直保持在死水位附近執行。

封拱溫度偏高、低水位執行和持續超低溫天氣是產生裂縫的主要原因。裂縫採用灌漿處理,先沿縫面鑿出u型槽,採用高標號水泥砂漿勾縫,再鑽設斜孔灌漿處理。

文公湖水庫工程距婺源縣城27km,壩址以上控制流域面積0.74 km2,總庫容19.09萬m3,有效庫容16.

37萬m3,壩頂長41m,壩頂寬2.0 m,壩頂高程141.5 m,最大壩高18.

5 m,壩型為砼埋石單曲拱壩,是一座以調節風景區水源水量,豐富景區景觀內容的小(二)型蓄水工程。

4.2 大壩基本情況

大壩為c15砼埋塊石單曲圓弧拱壩,上游面直立,下游面為傾斜面,壩頂厚2.0m,壩底厚度5.6m。大壩採用壩身自防滲系統,無臨時分縫。大壩體型見下表。

大壩體型參數列

大壩坐落在弱風化帶上部巖基上,並採用了8m的固結灌漿處理(其中伸入基岩石7m),孔距3m,在壩基前部還設了一排孔深為8m的帷幕灌漿孔(基中伸入基岩內7m),孔距3m。大壩兩壩頭在139m高程以上各設了乙個重力墩。

大壩河床段設了一孔孔徑為0.5m的放水涵管,採用蝶閥控制。在壩頂設了一孔洩洪淨寬8.94m的表孔開敞式溢洪道。

庫區右岸區域性山體較單薄,斷裂帶岩石破碎,貫穿庫內外,可能會產生永久滲漏。故採用了砼防滲面板對庫區右岸山體進行防滲處理。砼防滲面板頂高程為140.

2m。砼防滲面板坐落在完整、平順的基岩上,坡比不陡於1:0.

75,厚度大於0.2m,底部設有齒槽。面板砼標號為c15,每隔8~12m設一條橫縫,縫內填瀝青杉板,設一道sd15—295型止水橡帶。

裂縫發現於建成蓄水次年初。2023年3月15日在巡視過程中,發現拱冠下游面有一條裂縫。經黃山市水利勘測中心的專家的兩次儀器探測,鑑定結論為:

離地面1.6m高處鑽孔探測裂縫深度為1.68m。

裂縫產生的主要原因是大壩澆築是在氣溫最高的5~9月份完成的,未採取分縫等溫度控制措施,使大壩建成後初始溫度場較高,進入執行期遭遇溫降工況時,產生了巨大的溫度應力,使大壩產生較大的拉應力,從而導致開裂。

大壩下游裂縫修補分為水庫放空和裂縫修補兩個階段。

一、水庫放空

水庫放空從2023年1月3日開始,2023年1月22日結束,全程19天,水庫水位從放水前的139m高程降落至死水位128m。水庫水位降落速度為:水庫水位在135m高程以上時日降0.

5m;水庫水位在135m~132m高程時日降0.8~1.0m;水庫水位在132m高程以下時日降1.

0~1.2m。水庫放空期間,每日在早8時、午13.

30分和17時觀測水庫水位、氣溫及上下游水溫,每日對拱端和左右壩肩進行一次位移觀測。從放空觀測資料上看,放空期間拱端和左右壩肩最大位移為10~14mm(偏上游方向,水位137.3m,氣溫-4℃,參考位移零點為放空期初),放空期間裂縫無明顯發展跡象。

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