坝段连接处坝基盖重混凝土的裂缝检测及其处理

2023-08-03黄文吉

甘肃科技 2023年6期

黄文吉

（甘肃大禹节水集团水利水电工程有限责任公司，甘肃兰州 730050）

1 引言

水利工程的建设关系到地方的经济发展，影响周边地区经济的增长，水库作为水利工程的重要组成部分，在资源的可持续应用中起到至关重要的作用[1]。混凝土裂缝一直是工程领域影响混凝土质量且难以解决的一个问题，裂缝影响结构的整体稳定性、刚度以及耐久性，处理混凝土裂缝首要任务是分析判断和验证发生混凝土裂缝的原因，结合工程实际对混凝土裂缝成因分析，提出合理的解决措施。

对于水利工程坝体裂缝的研究众多学者已结合实际情况展开了研究，成果较多。叶祥君[2]通过分析坝体混凝土裂缝的类型和形成原因，研究了防止坝体混凝土出现裂缝的处理措施，并提出了在施工阶段能够有效控制裂缝的形成。刘新秀[3]从物理因素和外部因素分析了水库混凝土裂缝产生的原因，并根据不同状态的裂缝提出了相应的处理方法。陈文辉[4]通过检测坝体纵横向的表面、内部裂缝，分析了坝体裂缝的发育及形成原因，提出在大坝防渗轴线设混凝土防渗墙的方法解决了坝体的危害问题，并比较了不同的处理措施对大坝稳定性的影响。陈厚霖[5]通过物探、探井等有效手段，确定了裂缝发育情况，分别对纵向缝和水平缝的形成原因进行分析，结合实际情况对裂缝做了处理，对加固水库的稳定性起着重大的作用。陈孝银[6]通过坝体测压管钻孔试验数据等方法，确定了坝体裂缝为温度裂缝，分析得到温度应力是导致裂缝产生的主要原因，对大坝的防渗做了加固处理，保证了大坝的安全运行。刘健全等[7]针对坝顶常态混凝土入仓施工困难等原因，提出了泵送混凝土的温度控制和抗裂缝形成为目的，解决了防止和控制混凝土裂缝的形成。郑伟雄[8]通过分析水库大坝自密实混凝土裂缝的形成，以裂缝的分类作为切入点，确定为失水造成的干缩裂缝，针对裂缝的形成原因做了合理的处理，有效预防措施来预防裂缝的出现和发展。熊鹭和沈鑫[9]针对大坝在施工时未设置横缝，导致坝体产生裂缝的情况，提出了将裂缝作为永久裂缝的处理措施，大坝的渗水问题得到有效的控制，说明该处理措施是行之有效的。Gao等[10]利用三维有限元分析方法研究了混凝土面板因温度应力、收缩应力、坝体变形等原因引起的大量裂缝和挤压破碎问题，研究结果验证了块体等效连续体方法的准确性和可靠性，此外，该方法简化了有限元模型，显著提高了渗流计算效率。Majid等[11]考虑坝-地基-水库之间的相互作用，利用弥散裂纹模型和扩展有限元法研究混凝土重力坝裂缝的发生和扩展。

综合以上所述，为了有效地控制和预防坝体混凝土裂缝的形成，需要在施工、养护等不同时期进行多方位的预防。研究采用不跨缝检测与跨缝检测的方法检测水库连接坝段坝基盖重混凝土裂缝的发育情况，结合施工流程、工程特性及工程地质等因素，对裂缝形成的原因进行分析，并提出对裂缝的处理措施。结果表明，裂缝形成的主要原因是坝址基岩单轴抗压强度低，遇水易软化膨胀崩解，产生一定的膨胀压力，针对其主要原因对裂缝进行了有效的修补，工程效果良好，提高了水库的稳定性和安全性。

2 裂缝检测原理与方法

2.1 检测原理

超声脉冲检测混凝土裂缝深度方法。利用脉冲波在混凝土中的传播速度、波幅和接收信号主频率等声学参数，根据这些参数确定混凝土裂缝的情况。

检测人员通常使用不跨裂缝的声时测线与跨裂缝的声时测线检测方法，通过比较2种检测方法的结果确定混凝土构件内部裂缝深度和位置信息，根据不跨缝检测和跨缝检测声时值变化时相对应的超声波在混凝土内部传播距离的不同，计算出裂缝的长度及深度值[12]。

2.2 不跨缝检测

将T和R换能器置于裂缝表面的同一侧，依据T和R换能器内边缘间距l′等于100、150、200 mm等分别确定ti，采用回归分析法确定回归直线方程为式（1），如图1表示“时-距”[13]。

图1 “时-距”图

每个测点声波实际传播距离li计算公式为：

不跨缝检测的混凝土超声速度值为：

以上分别计算的是不跨裂缝的声时测线法中所设置的2个换能器内距，和在特定时间点下经过多次均匀时间间隔检测后，获得的超声波通过检测结构内部过程中实际传播的真实距离。其中a为线性回归直线方程中换能器内距值在直线坐标系下的截距，同时也代表了超声波检测声时距离计算方程中的常数项内容。

2.3 跨缝检测

将T和R换能器分别放置于以裂缝为轴心的对称两侧，以100、150、200 mm等分别取时值ti0，该超声时值是为绕过末端传播的时间，检测方法如图2所示。

图2 跨缝测量示意图

利用式（1）、（2）计算得到的换能器内距值和实测传播距离以及公式（3）提供的声速值，利用式（4）和（5）计算得到混凝土裂缝深度。

式中：li为不跨缝检测时第i的超声波实际传播距离，hci为第i计算的裂缝深度值，mhc为各测点计算裂缝深度的平均值。

3 坝基盖重混凝土裂缝成因

3.1 工程概况

该水坝位于甘肃省灵台县境内，属于冷温带半湿润区，气候温和湿润，上游地带则稍显寒冷。根据气象站近几年资料统计，多年平均气温9.4 ℃，平均最高气温13.9 ℃，平均最低气温4.2 ℃，极端最高气温38.8 ℃，极端最低气温－23.1 ℃，年降水量586.3 mm，降水量主要集中在7～9月，占全年的53.7%，蒸发量1 397.2 mm，年日照时数2 254.5 h，平均相对湿度68%，平均最大风速9.2 m/s，最大冻土深度60 cm。水库总库容205万m3，其中兴利调节库容87.8万m3，死库容78.9万m3，为Ⅳ等小（1）型水库，主要建筑物级别为4级。大坝总长度325.08 m，最大坝高19.3 m，大坝从左向右依次布置187 m均质土坝段，44.06 m连接坝段，18.2 m两孔泄洪冲砂闸段，9.0 m表孔溢流坝段、66.82 m混凝土重力坝挡水坝段。工程区出露地层主要有白垩系下统基岩（K1）及第四系（Q）各种成因堆积层，工程特性良好。

3.2 裂缝现场状况

连接坝段③号块坝横桩号0+215.06～0+231.06，坝纵桩号0-008.79～0+017.475，高程1 017.5～1 019 m，盖重混凝土于2021年5月19日浇筑完毕。在2021年5月25日-27日，现场施工人员发现出现2条沿坝轴线方向的裂缝。连接坝段②号块坝横桩号0+199.03～0+215.03、坝纵桩号0-008.79～0+017.475，高程1 017.5～1 019.0 m，盖重混凝土于2021年5月29日浇筑完毕，6月24日在质量检查中发现②号块出现沿坝轴线方向的1条裂缝。