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1、Kubia水电站大坝混凝土裂缝成因分析 Kubia水电站是西非最大的水电站之一,工程枢纽由挡水坝、溢流坝、引水建筑物、泄流底孔及厂房建筑物等组成,坝轴线呈S曲线布置,总长1145.5m。碾压混凝土重力坝,最大坝高22m,坝顶长1060m,库容0.23亿m3。 坝区基岩主要为泥盆纪的辉绿岩和奥陶系石英砂岩、泥质粉砂岩,岩质类型以灰黑色、深灰色辉绿岩为主,其次为深部的砂岩等,均为硬质岩。坝区岩体共分5类,开挖后的坝基主要为弱风化的辉绿岩,岩体一般属Ⅲ级。坝址区未见断层出露,节理裂隙主要发育有3组,节理一般延伸长,切层深,连通性好。 根据统计资料分析,坝址区夏季5月~9月最
2、高气温高于35℃,平均每年45d,极端最高42℃,春秋冬季节温度变化大。 在施工期间,根据裂缝位置、形状、走向、缝长、缝宽、缝深及缝面是否漏水等,进行巡视、检查。对于缝宽≥0.3mm或缝长≥5m的裂缝,还进行缝深检查,缝深检查采用钻斜孔压风方法为主,必要时增加了孔内摄像和声波法检查。通过检查,发现在溢流坝段、挡水坝段等部位前后出现多种类型的裂缝。 依据现有裂缝分析,裂缝多出现于大体积常态混凝土,主要分布于大坝基础、坝面及坝顶(堰顶)等部位,类型多样化,主要裂缝统计如下: (1)28~30#坝段基础裂缝8条。 (2)3~32#坝段坝前裂缝210条,基础强约束区裂缝
3、179条。 (3)一期溢流坝段28~32#坝段堰顶裂缝20条。 (4)蓄水前排查27~38#坝段溢流坝溢流面裂缝434条。 (5)蓄水后排查1~26#挡水坝段坝顶裂缝285条。 裂缝大多数垂直于坝轴线,分段出现,长度和宽度大小不一。 (1)按裂缝的成因划分 这些裂缝是由各种变形,包括温差,干缩湿胀和不均匀沉降等因素促成的,属于非结构性裂缝。裂缝是在其结构的变形受到限制时产生的内应力造成的。 (2)按裂缝产生的时间划分 本次统计的裂缝属于施工期间出现的裂缝,包括塑性收缩裂缝、沉降收缩裂缝、干燥收缩裂缝、自身收缩裂缝、温度裂缝、施工操作不当出
4、现的裂缝及一些不规则裂缝。 (3)按裂缝的发展状态划分 根据统计期间的观测,综合分析裂缝所处的运动状态及其发展趋势,本次统计的裂缝属于稳定性裂缝,这种裂缝不影响坝体使用。 Kubia水电站大坝混凝土出现裂缝成因大体可归纳为以下几个类别:(1)气候环境所造成的温度裂缝;(2)基础强约束区形成的裂缝;(3)特殊的岩石结构及地质变化出现的结构裂缝;(4)大坝浇完后马上蓄水遭受冷击产生的温度裂缝。 根据大坝基础裂缝分布汇总表,裂缝出现的位置基本上处于坝基地形突变位置,或者位于宽大裂隙位置附近。坝基在应力集中的部位遭受外部条件的强约束、特殊的基岩结构、混凝土自身材料性能等
5、因素成为大坝混凝土产生裂缝的主要因素,基础裂缝产生原因有以下几个方面: (1)坝基开挖地形高低不平,变化较大,存在应力集中现象。 (2)36~39#坝段岩性与其他坝段不一致,造成大坝沉降量不一致。 (3)坝基岩石呈巨厚状,个别坝段基岩存在节理和层理发育的情况,特别是基础上层,将岩石分割成独立的岩体块状,破坏了岩石的整体性。 (4)大体积混凝土浇注完后初期硬化时产生的大量水化热得不到较好的散发,导致混凝土内外温差较大使混凝土的形变应力超过允许极限应力而引起的裂缝。 (5)混凝土浇筑后期,温度逐渐下降,混凝土也随之收缩,在混凝土与基础岩面结合部位受到基础岩面的
6、约束力,从而在混凝土内部产生拉应力,导致出现裂缝。 (2)依据设计图纸分析,整个大坝被廊道分割成两块,上游块宽度2m,下游块最大宽度13m、最小宽度6.65m。廊道周边无配筋结构是形成混凝土裂缝的另一重要原因。 (3)坝体为长条型结构,混凝土内部热量沿上下游外露散热良好,但沿坝轴线方向散热不良,内外温差的不一致形成水平拉应力。当水平应力超过混凝土的抗拉极限强度时将混凝土拉裂而形成裂缝。 (4)大坝浇完后,很快蓄水,冷水蓄积造成坝体内外温差增加,内应力加大,是造成了大坝裂缝产生的另一原因。 根据以上情况可以看出,在坝体易产生裂缝的部位,未采取可靠的预防限裂措施是造
7、成大坝坝面裂缝的重要原因。 经过统计分析坝体各部位出现的裂缝,可以得出以下结论: (1)大坝枢纽长细比过大产生的裂缝 大坝枢纽工程轴线长,横缝按照设计规范的上限30m设置,而坝体顺水向宽度较小,长宽比约为1.82∶1~6∶1,属于典型的长条状结构断面。混凝土内部散热在块体内不均匀。混凝土表面由最高温度冷却到稳定温度时间短,而混凝土内部的水化热急剧升温,由于内外温差引起的温度应力往往在混凝土长边方向出现较大的拉应力。特别是在结构
