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水库大坝裂缝成因分析及除险加固处理

发表时间：2021/6/4 来源：《基层建设》2021年第2期作者：赵娟娟

[导读] 摘要：我国很多水库大坝建于上世纪六七十年代。受社会及经济条件的制约，水库大坝的质量及使用寿命相对较差。

        济南市水利工程服务中心山东省济南市 250099
        摘要：我国很多水库大坝建于上世纪六七十年代。受社会及经济条件的制约，水库大坝的质量及使用寿命相对较差。经过几十年的使用，很多大坝出现了不同程度的老化、侵蚀、开裂甚至沉降变形的情况，严重影响水库大坝的运行安全。因此，有必要对这些老水坝进行加固。本文探讨了大坝裂缝成因与除险加固要点，以供业内人士参考。
        关键词：水库大坝；裂缝缺陷；堵漏加固；施工技术
        1.水库大坝裂缝的成因分析
        1.1设计以及施工原因造成的裂缝
        在水库大坝设计过程中，为了满足相应的外观要求，往往存在许多凹凸角，很容易形成应力集中和裂缝的问题。
        其中，在水库大坝的施工过程中，可能会因为混凝土的配合比不科学而导致混凝土的拉强过小，这对水库大坝的安全运行造成了负面影响。待混凝土完成施工后，必须对其进行一定的养护，这是确保混凝土实现硬化的必要步骤，因此，养护质量的好坏直接关乎水库大坝的运行。
        1.2混凝土钢筋锈蚀所引发的裂缝
        大坝使用的钢筋一旦表面形成锈蚀，随着锈蚀体积的增加，外部混凝土会出现超载，并形成垂直于径向膨胀压力的拉应力。随着这些拉应力的增大，混凝土的承载力将下降。如果拉应力超过混凝土的承载极限，很容易形成纵向裂缝。
        1.3水工混凝土变形引起的裂缝
        混凝土很容易受到外界环境温度的影响，会造成不受任何约束的体积膨胀和收缩。混凝土的体积膨胀和收缩一旦受到外界约束的限制，就会在混凝土中形成温度应力。如果应力超过极限，就会形成裂纹。混凝土发生收缩变形时，在外界约束下会形成拉应力。一旦超过混凝土允许值，就容易形成裂缝。另外，水库大坝的钢筋混凝土体积很大，水工混凝土有较大的比热值。当外界空气温度、湿度变化较大时，很容易在混凝土坝体中造成收缩裂缝。严重时，坝体部分混凝土在施工中会产生裂缝。
        1.4外部载荷所产生的水工混凝土裂缝
        水工混凝土裂缝如果受到外荷载的影响，很容易产生裂缝。当坝体构件受到集中荷载或均布荷载时，坝体内部会形成弯矩。一旦拉应力超过混凝土的抗拉强度，就容易形成垂直于构件纵轴的裂缝。如果构件受到外部荷载，剪应力和纵轴形成45°角。同时，它将继续沿着这个方向延伸[1]。
        2.水利工程除险加固的施工方法
        2.1 土方开挖
        土方开挖可采用分层分级自上而下的方法，放坡应结合土质特点，并预留平台区。控制每层开挖深度，防止塌落。在开挖施工中，应在测量的基础上进行放样，开挖边坡应按设计工艺进行，防止塌方扩大。为了保证基坑施工的可靠性，还必须保证排水效果。潜水泵可用于排水，在闸室周围进行开挖，以保证排水效果，并设置足够体积的集水池，使基坑内的所有水都能收集到水池中。土方开挖时，先开挖闸室段，再开挖上下游连接段。特别是对现有村道边坡开挖过程中的边坡稳定性，先设置沉降观测点，分层开挖，最后喷射素混凝土防止滑坡。
        2.2 水坝闸底板、铺盖、护底、护坦施工
        施工方案既要考虑工程的结构特点，又要与进度计划相结合。施工时先浇筑闸室底板，然后完成垫层、护底、护坦。这些工序必须跳块浇筑完成，最后浇筑闸墩，并按设计要求增加底板墩墙接缝。基础砼侧模必须保证加固效果。对于线性构件，如闸墩和闸顶的砼结构，可采用木模，钢管作为围令支撑，拉紧螺栓加固。异形构件应采用特殊方法，确保牢固。地基处理完毕后，通过检查后铺好砼垫层，安装模板，并将钢筋捆扎好。

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对于砼闸和砼底板施工可采用混凝土，混凝土浇筑采用台阶法，直接泵送就位。入砼后应平仓，用振动器振捣密实。闸底板必须采用一次浇注法，中间不能发生停顿。针对闸室段底板在施工和浇筑时存在高差，为保证结构稳定，不设施工冷缝，采用一次浇筑。模板支护采用吊模法支护，上下双排螺杆拉筋，每0.5m设一根拉杆，同时用钢丝绑扎底板内钢筋，保证模板的稳定性。
        2.3 水坝闸墩施工
        闸墩作为最关键的部位，砼浇筑必须密实，保证表面质量。因此，施工中必须控制质量。为消除结构变形，浇筑桥墩时必须保证不同桥墩同时架设，且必须一次浇筑到位。安装完毕后，用模板对称支护，模板可通过拉杆的配合来保证加固效果。浇筑作业时，材料应缓慢分料入仓，并振捣密实。在砼浇筑过程中，沿闸墩悬挂重铅锤，观察闸墩在浇筑过程中的偏差情况，及时发现并处理偏差，有利于保证工程质量。
        2.4 水坝闸门槽的二期砼施工
        施工前，应核对埋件设备放置场地内待安装的埋件数量，测量尺寸，清洁埋件。如果发现尺寸不符合规格或有缺陷，应采取措施消除不变形或制造缺陷的影响。对于金属结构施工，在安装二期预埋件前，先检查一期混凝土的插筋，测量二期混凝土预留的尺寸，并控制方程中的桩号和桩高，如金属结构不符合设计图纸，必须按技术标准执行与项目单位协调。门槽埋件安装前，检查一期混凝土预留槽情况，一期施工时将混凝土埋件调直。如果预埋件有缺陷或不符合设计要求，必须联系施工单位进行研究协调和重新埋设。为保证施工质量，一、二期混凝土的结合面必须凿毛。
        环境温度会影响混凝土的结构和施工质量。施工过程中温度控制不到位或控制效果不好，混凝土结构受内外温差的影响，容易产生裂缝，严重时会发生变形。影响混凝土结构的强度。在混凝土施工中，施工过程中必须对混凝土种类进行分析，确定温控方法，并结合施工区域的环境条件，充分发挥高性能混凝土的优势。如浇注时，入模温度应低于30℃，冬季入模温度应高于5℃。养护时应保证混凝土芯部温度在60℃以下，芯部与混凝土表面温差应小于20℃，混凝土表面与环境温差应小于15℃混凝土结构及养护用水不得高于10℃，保证工程的混凝土结构的性能，严格测量不同工序的温度，并采取控制措施。
        结合水坝门槽设备的外形尺寸，有必要提前准备，并确保临时钢支撑必须能提供足够数量的断面。门槽埋件调整后应进行加固，以控制门槽的安装精度，防止门槽及埋件安装后变形。安装前需要测量。可以使用精度和性能更高的全站仪。核对土建结构图标上标注的坐标、标高、角度等相关数据，测量金属结构图尺寸数据，统一测量放样验收的起始参数。
        弧形工作门的测量内容应包括：支架的里程、倾斜度和标高、弧形门的作用半径、侧轨的偏距和作用半径、支铰中心的有效里程等数据。安装工作门埋件应使用预埋钢筋固定支架。施工时，可将底槛放在支架上，借助孔的中心线，以底槛中心进行调整；门槽两侧的中心线点挂钢丝进行调整，以保证底槛与门槽的对中；用水准仪测量底槛的标高。中间每隔0.5m设一测点，达到要求后加固。
        对于不同的浇筑层，要保证前后工序的搭接长度和间隔时间科学合理；浇筑时应根据天气情况对原材料进行加热或冷却，以保证施工效果。如果要进行搅拌，可以用水冷却来降低浇注温度。对于高温天气施工，宜适当减少单次浇筑的厚度，也可采用分层浇筑的方法保证散热效果，也可采用通水管降温，以此来达到加固水坝的目的。
        3.结束语
        水库大坝通过化学灌浆和结构加固，防渗效果明显，大坝安全状况明显改善，施工效果得到施工各方的肯定。在新时期对大坝安全管理提出了更高的要求。相关人员必须加强旧中小水库的加固，促进水利改革和发展的新时代，确保水库和大坝的安全运行，充分发挥工程效益，使水库和大坝的安全管理发展方向的标准化、制度化、科学化和现代化。
        参考文献：
        [1]廖大榜.水库大坝灌浆施工技术及其防渗加固策略[J].工程技术研究，2019，4（22）：91-92.
        [2]陈建华．大坝裂缝防渗处理技术与应用实践[J]．河南科技，2017（05）：90～91．