大坝裂缝

关键词： 电站

大坝裂缝（精选七篇）

大坝裂缝 篇1

某水电站为引水式电站, 利用水头121m, 装机50MW, 电站首部枢纽位于一级电站尾水洞出口下游约100m处, 主要建筑物有:溢流坝、泄洪冲沙坝、非溢流坝、电站进水口和一级尾水至二级引水渠的联通渠。拦河坝为混泥土重力坝, 坝顶高程1732.25m, 最大坝高37.25m, 坝顶长121.8m, 坝顶宽度5m。

2 裂缝概况

电站泄洪冲沙道闸墩的两孔闸墩裂缝以闸孔中心线为中心轴呈基本对称, 所有裂缝均位于弧形闸门大梁上游侧。

通过对闸墩裂缝长期观测资料的分析, 可看出, 竖向裂缝的开度与水位没有严格对应关系, 出现了水位较高时裂缝开度最小的情况和水库放空时裂缝开度最大的情况;裂缝开度最大一般出现在12月-次年1月, 最小一般出现在4月-6月, 说明裂缝开度与季节有关, 气温低时裂缝开度较大, 气温高时裂缝开度较小。

3 裂缝成因分析

3.1 计算方法与理论

计算采用大型通用有限元程序ANSYS, 程序系采用由牛顿——拉普森平衡迭带法, 它将荷载分成一系列的荷载增量。可以在几个荷载步内或者在一个荷载的几个子步内施加荷载增量。在每次求解前, 牛顿——拉普森方法估算出残差矢量, 这个矢量是回复力 (对应于单元应力的荷载) 和所加载的差值, 然后使用非平衡荷载进行线性求解, 且核查收敛性。如果不满足收敛准则, 重新估算非平衡荷载, 修改刚度矩阵, 获得新解, 使在每一个载荷增量的末端解达到平衡收敛。

3.2 材料的力学模型与单元类型

3.2.1 混凝土的力学模型

混凝土在受压时具有明显的塑性, 故计算时采用弹塑性有限元分析方法。混凝土的力学模型考虑了弹塑性及结构面的非线性。弹塑性分析采用杜拉克-普拉格 (Drucker-Prager) 模型。D-P模型屈服强度随着侧限压力的增加而相应增加, 其塑性行为被假定为理想弹塑性 (见图1) 。

Drucker-Prager屈服准则:在ANSYS程序中, D-P材料选项使用Drucker-Prager屈服准则, 此屈服准则对Mohr—coulomb准则给予近似, 以此来修正Von Mises屈服准则, 即在Von Mises表达式中包含一个附加项。D-P准则或广义Mises准则的屈服函数为:

式中:I1、I2——为应力第一、第二不变量。

J1、J2——为应力偏张量第一、第二不变量。

p、q——为法向荷载。

σσ、τσ——偏平面上的正应力及剪应力。

a、k——D-P准则材料常数。

按照平面应变条件下的应力和塑性变形条件, Drucker和Prager导得了a, k与D-P准则的材料常数φ, c之间的关系为:

屈服准则的几何与物理意义:

(1) 式说明了D-P准则反映了I1和J2或p与q对屈服或破坏的影响;说明在偏平面上undefined或π平面上 (ρσ=0) D-P准则的屈服曲线为一个以undefined为半径的圆;在主应力空间, D-P准则的屈服曲面为一个以空间对角线为轴的圆锥面;在σ2=0的平面上, D-P准则的屈服曲线为一个圆心在σ1=σ3轴上但偏离了原点的椭圆;在undefined平面为两条与I1轴对称的斜线。当α=0时, D-P准则就还原为Mises准则。因此, D-P准则是同时考虑了平均应力或体应变能及偏应力第二不变量或形状变化能的能量屈服准则。

3.2.2 钢材的力学模型

对于钢筋、预应力锚杆以及钢板, 由于钢材的屈服强度较大, 本次计算采用线弹性模型, 对于预应力的施加, 则转换为初始应变进行施加。

3.2.3 混凝土的单元类型

ANSYS的SOLID65单元是专为混凝土和岩石等抗压能力远大于抗拉能力的非均匀材料开发的单元。它可以模拟混凝土中的加强钢筋, 以及材料的拉裂和压溃现象。它是在三维8节点等参元SOLID45的基础上, 增加了针对于混凝土的性能参数和组合式钢筋模型。SOLID65单元最多可以定义3种不同的材料。混凝土材料具有开裂、压碎、塑性变形和蠕变的能力;加强材料则只能受拉压, 不能承受剪切力。

SOLID65单元有8个节点, 每个节点有x、y、z三个方向平动自由度, 它可以在三维空间的最多三个不同方向分别设定钢筋的位置、角度、配筋率等参数。

SOLID65单元的几何形状、节点位置以及单元坐标系统见图2。SOLID65为各向同性材料, 可以有一种块体材料, 最多可以定义三种钢筋材料。使用MAT命令输入混凝土的材料属性。钢筋的特性在实常数中定义, 包括材料号 (MAT) 、体积配筋率 (VR) 和方向角 (THETA, PHI) 。钢筋的方向可以使用ESHAPE命令进行图形化校验。

体积配筋率是钢筋体积与整个单元体积的比值。钢筋的方位由定义在单元坐标系上的两个角度来描述。钢筋的材料号为0或等于混凝土的材料号表示不考虑钢筋的作用。

混凝土材料在数据表中需输入其它一些数据, 如剪应力传递系数、抗拉应力、抗压应力等。典型的剪应力传递系数取值在0.0～1.0, 0.0代表平滑裂缝 (剪应力传递完全丧失) , 1.0代表粗糙裂缝 (无剪应力传递丧失) 。这个规定对闭合裂缝和敞开裂缝都适用。当裂缝即将在材料内部出现时, 应力松弛可以通过参数来定义从而加速计算的收敛。这种松弛作用在这里并不代表对材料开裂后应力应变关系的修正, 只是当计算结果收敛于开裂状态时, 开裂面上的法向模量被设置为0, 因而垂直于开裂面的刚度为0。

压力可以作为单元面荷载作用于图2中由带圈数字标明的面上, 指向单元为作用正方向。温度和通量可以作为单元体荷载被施加在节点上。

3.2.4 钢材的单元类型

目前常用的钢筋混凝土有限元计算模型有两种:第一种是把钢筋和混凝土各自划分为小单元, 钢筋和混凝土两者之间的粘结和滑移用粘结单元或者接触单元来模拟;第二种是把钢筋和混凝土包含在一个单元中, 分别计算钢筋和混凝土对单元刚度矩阵的贡献, 称为组合式模型。

计算中对于钢筋和混凝土之间的模拟是采用第二种模型, 即利用SOLID65单元中分别设定三个不同方向钢筋的位置、角度、配筋率等参数来进行模拟。而预应力锚杆与混凝土之间则采用第一种模型, 并假定钢筋和混凝土两者之间的粘结性很理想, 无相对滑移, 锚杆的应变就等于其周围混凝土的应变。锚杆采用杆单元进行模拟, 在有限单元法中用杆单元 (link8) 模拟加固的锚件, 反映其刚度贡献和对混凝土的预压作用。由于有限元法是位移协调模型, 因此, 将锚杆全长分为若干个小轴力杆单元, 布置于单元的边上, 而且锚杆单元的节点与混凝土单元的节点必须重合。

对于外贴粘结钢板, 本次计算采用壳单元 (shell63) 进行模拟。

3.3 分析结果

泄洪冲沙闸孔口以上为厚4.5m的胸墙, 胸墙下游闸墩在1709.00m高程以上设有宽0.6m的人行平台用于检修, 形成中墩在1709.00m高程厚度发生突变, 1709.00m高程以下厚度为3.5m, 以上厚度为2.3m;边墩1709.00m高程以下厚度为2.75m, 以上厚度为2.15m。结构体形突变, 而水推力通过弧门支座梁在闸墩产生的拉应力区域又主要位于1709.00m高程以上, 导致拉应力超过混泥土实际抗拉强度, 是中墩和边墩产生裂缝的主要原因。边墩由于只有一侧受到水推力作用, 主拉应力较小, 产生裂缝没有中墩严重。

从闸墩配筋情况来看, 闸墩束窄后, 在截面的突变的上部、下部结构均采用了同样的配筋。即竖向钢筋为Ф25@300, 水平向钢筋为Ф16@500。未考虑体形突变引起的应力集中和由于体形束窄引起的主拉应力的增大, 且闸墩水平向钢筋量配置不足以及钢筋布置不尽合理, 也是裂缝产生的原因之一。

对电站坝体混凝土浇筑竣工资料分析可知实测混凝土抗压强度偏低, 平均值未达到设计标号要求, 且混凝土离差系数很大, 质量不均匀也是产生裂缝的原因之一。

综上所述, 泄洪冲沙道闸墩竖向裂缝是结构裂缝, 弧形闸门的水推力经支座大梁传递到闸墩上, 由于闸墩1709.00m高程厚度发生突变, 结构形式不当, 水平向钢筋量配置不足以及钢筋布置不尽合理, 是产生混凝土裂缝的主要原因;此外, 混凝土施工质量较差也是产生裂缝的原因。

从闸墩混凝土浇筑分块图来看, 水平浇筑缝高程与闸墩水平裂缝的高程和位置吻合, 特别是水平裂缝被竖向裂缝错开的位置与浇筑高程错开的位置一致, 由此可见, 闸墩混凝土水平裂缝的主要成因是新老混凝土接触面处理不好形成薄弱环节, 在剪应力的作用下产生了裂缝。

4 裂缝处理措施

4.1 处理方案

采取预应力锚杆方案进行加固处理。在中墩布置12根25t (Ф40mm) 的预应力锚杆, 布置型式为上中下三排, 每排两根, 布置高程分别为:1710.5m、1711.5m、1712.5m, 下倾20°布置, 从下游面一直深入至胸墙1-2m, 深度为50cm;边墩各布置6根25t (Ф40mm) 的预应力锚杆, 下倾15°布置, 从下游面一直深入至胸墙1-2m。共24根锚杆。

4.2 处理技术要求

预应力锚杆主要施工程序为:施工准备→钻孔 (24孔逐个钻完) →钻孔孔口保护 (可同时进行杆体制作) →锚墩头施工 (可同时进行裂缝嵌缝处理) →清孔→杆体安装→内锚段注浆→孔口垫座安装→张拉→张拉段注浆→封锚施工。

当锚固段灌浆体抗压强度达到设计强度的75%后, 对预应力锚杆进行张拉, 张拉程序为:预紧→25%P→50%P→75%P→100%P→120%P超张拉力→稳定锁定 (P为设计永存力250KN) 。除最后一次张拉要求静载持续30分钟外, 其余每级的持续时间均为5分钟。

张拉结束后开始对锚杆自由段进行回填灌浆施工, 灌浆采用纯水泥浆, 确认排气管通畅后, 进行孔内自由段注浆。张拉达到设计要求后, 切割掉张拉端多余的预应力筋, 用环氧树脂涂封锚具及外露预应力筋。

5 结束语

大坝裂缝 篇2

摘 要：介绍了水泥基渗透结晶型防水材料的特性以及在三峡工程大坝堰内段、泄洪段裂缝嵌堵中的应用，并对裂缝修补质量监控与检测结果作了分析.关键词：水泥基渗透结晶型防水材料；裂缝；嵌堵；大坝 工程概况

三峡水利工程大坝堰内段、泄洪坝在施工后，由于各种原因出现了一些裂缝，有些区域伴有渗漏水现象，这些渗漏和裂缝对大坝的安全性及正常运营带来了很大的隐患。为保证大坝工程质量，葛洲坝股份有限公司三峡建设承包公司在了解水泥基渗透结晶型防水材料的性能后，与多家机构进行技术研究与探讨，并根据葛洲坝实验室对该材料性能的检测结果，决定采用水泥基渗透结晶型防水材料对堰内段混凝土表面和泄洪坝段迎水面混凝土的裂缝进行处理。水泥基渗透结晶型防水材料简介

水泥基渗透结晶型防水材料是由硅酸盐水泥、特殊的活性化学物质、石英砂和石灰等原材料配制而成，广泛应用于水工、桥梁、隧道、地下等工程。该材料的特性主要表现在：1）材料中的活性物质可从表面渗入到混凝土内部，发生化学反应后生成水化晶体，使混凝土结构致密，其渗透深度可达120 mm以上。2）该材料化学反应生成的晶体性能稳定、不易分解，即使涂层遭受磨损，也不影响其防水效果。3）当遇到微细裂缝（不超过0．4mm）且有水渗入时，该材料具有自动修复裂缝和填充孔隙的功能。4）具有耐化学侵蚀、保护钢筋的作用。5）产品无毒、无害，可用于接触饮用水的混凝土结构等工程。6）材料施工操作简单，对复杂混凝土基面的适应性好。凯顿百森公司生产的系列水泥基渗透结晶型的防水材料包括：T1涂层防水材料、T2增强型涂层防水材料、KB快速封堵材料、KP带水封堵材料等。现场修补施工工艺

3．1 泄洪坝段迎水面混凝土裂缝嵌堵施工

要求对泄洪坝11、12、13、16坝段上游面裂缝的处理，需在冬季半个月内施工完毕。针对泄II、12、13坝段上游迎水面裂缝较长、裂缝宽窄不均（0.1～0.3mm）、有外来水等现场情况，采取以下施工措施：

l）先处理外来水，使裂缝处表面无流水：

2）以裂缝为中心开槽（宽1 cm、深1 cm），用打磨机将混凝土表面处理成毛面（以缝为中心，两边各宽25 cm）；

3）将槽内及打磨机部位清洗干净，此时应保证水充分浸透基层混凝土，待混凝土表面无明水时，采用硬毛刷将T1涂层防水材料（以粉：水=5∶2的体积比搅拌配制，下同）在槽内涂刷一层，然后用KB快速封堵材料（以粉：水＝4∶1的体积比搅拌配制，下同）填平小槽；当KB快速封堵材料凝固后（用手按封堵处，发硬便可），再采用II涂层防水材料在打磨机处理过的毛面上涂刷一遍。

4）施工完毕后对涂层采用潮湿养护（不可采用自来水直接冲淋），最后再用保温被覆盖坝面养护。

泄16坝段上游迎水面的裂缝有长约23．5 m，宽、窄不均（0．2～0．5mm），深约50～60 cm，局部有轻微潮湿现象，有外来水。对此处理时，加大裂缝开槽的宽度，约为2～2．5 cm，深为3．8 cm，其余整个施工、养护过程均与以上几个泄洪坝段处理相同。

3．2 堰内段混凝土表面裂缝嵌堵施工

在堰内段大坝l9＃导流底孔顶部，发现有长约3．5 m的混凝土顶板上出现约3 mm宽的缝隙，呈现连续漏水现象；坝身段Δ49廊道已有修补过现象，但修补部位与基体间还有微小裂缝（约0．1mm宽），出现间断滴水，周边有大面积潮湿；坝身段Δ72廊道有一条横跨廊道顶部、长约1．5 m的裂缝出现漏水，主要有4个漏点，1个为连续渗漏，其余3个为间断性滴水。

修补19＃导流底孔顶部渗漏是一种典型的带水堵漏工程，要求在一定时期内能承受大于2．5 MPa的灌浆压力而不脱落。施工时，先在缝隙处凿一条宽约2．5 cm，深约3．8 cm的“U”型槽；再把表面清理干净，打毛，并用水浸透，然后在此范围配制和涂刷T1涂层防水材料；再用KP带水封堵材料（以粉：水＝4∶1的体积比搅拌配制，下同）封堵孔缝，等该材料硬化后，接着用KB快速封堵材料封闭孔缝并抹干；最后再涂刷一层T1涂层防水材料。整个裂缝处理完毕后，试水压1 h后停止，发现封堵部位均无流水。处理完3 d后，观察所有修补部位已完全干燥。

对坝身段工49廊道，施工单位要求不开缝只涂刷堵漏防渗材料。分析认为Δ49廊道顶部只有0．1mm的微小裂缝，满足涂刷T1涂层防水材料后对裂缝有自愈修复能力的特性。处理过程为：顶部表面处理→涂刷T1涂层防水材料；侧墙表面处理→局部用KP带水封堵材料止水→用KB快速封堵材料涂刷漏点→涂刷T1涂层防水材料。处理完1 d后侧墙已基本干燥，顶部原修补部位有阴潮，但原范围缩小；2 d后顶部修补过的部位无渗点；3 d后顶部干燥。

对坝身段Δ72廊道裂缝处理时，先凿宽约2cm、深约3 cm的槽，处理过程为：表面处理→用KP带水封堵材料封堵→用KB快速封堵材料封闭整平→涂刷T1涂层防水材料。共观察了3 d，1 d后左侧已基本干燥，右侧局部潮湿；2 d后顶部潮湿，两侧有浸湿现象；3 d后修补处无渗漏，部分地方已干燥。

施工完毕后的潮湿养护是保证水泥基渗透结晶型防水材料充分、有效发挥防水作用的重要环节。养护以喷洒为主，当涂层固化后，养护就可以开始，每天至少3次，当天气炎热干燥时，喷洒水的次数应相应增加，并采取遮荫或用潮湿麻布覆盖等保护措施，养护时间不少于72 h。裂缝修补质量监测

泄洪坝段迎水面混凝土裂缝处理完毕后，根据设计要求采用表面裂缝计对泄洪坝上游面裂缝进行观测。上游坝面共布置了9只表面裂缝计，其中因泄16坝段上游面的裂缝较宽且深，固将其作为重点观测部位，在不同高程处布置了4只表面裂缝计；泄9坝段至泄13坝段上游面作为一般观测部位各布置了1只表面裂缝计。裂缝计埋设后，主要监测裂缝开合度与温度随龄期的变化情况。

从不同泄洪坝段埋设的裂缝计监测结果来看，裂缝嵌堵的效果十分理想。随着裂缝修补后龄期的增长，裂缝的开合度逐渐减小，一个月以后，早期开合度达0．15 mm的裂缝都逐渐愈合，到后期裂缝的开合度就更小。重点监测的泄洪坝16段埋设裂缝计显示结果也基本类似，不同高程的裂缝计监测结果也基本相同。

泄洪坝上游坝面的保温被揭除后，对各裂缝修补处进行外观拍照观察，发现修补处均无漏水、潮湿现象，表明防水效果良好。

水下大坝裂缝图像分割方法研究 篇3

大坝是水利水电工程的重要组成部分。我国的大坝建设处于世界领先地位[1],发挥着巨大的工程效益。大坝裂缝是大坝安全的极大隐患,对大坝裂缝的检测极其重要。然而,一旦大坝投入使用便会处于复杂的开放环境中,产生的裂缝不尽相同,且水下环境复杂,采集的图像具有模糊不清、对比度低、亮度不均等特点,使大坝裂缝检测十分困难[2]。大坝裂缝有几个共同特点:(1)大坝裂缝通常呈线性特点,具有发散性,虽然通常是断裂的,但整体上是连续的;(2)大坝裂缝的边缘为高频信息;(3)大坝裂缝的灰度值偏低,即颜色较暗。

针对这些问题,许多学者对裂缝的检测展开了研究。范新南等[3]针对水下光照不均匀,提出了一种基于匀光处理的自适应阈值分割算法。Chen等[4]提出了基于有边缘信息熵确定加权系数从而确定边缘的算法。伯邵波等[5]提出了通过构造8个方向模板的Sobel算子并结合迭代阈值分割算法和全方位膨胀形态学方法,对边缘检测后的图像进行处理。Hoang-Nam Nguyen等[6]提出了先用PSCEF对称型裂纹增强滤波器,再利用三次样条函数确定边缘点的算法检测边缘。GOKMEN等[7]提出了利用振动法检测裂缝。Zhu等[8]提出了基于嵌入式压电方法检测算法。Hu等[9]提出了通过局部二元模式算子的基于纹理分析的裂缝检测算法。Zou等[10]提出了基于目标最小生成树算法的裂缝检测方法,其中用最小生成树来表达裂缝区域像素点的空间线性聚集特性。肖玲玲等[11]提出一种逐行滑动邻域取最小值的图像分割方法,并提出采用块分割特征匹配方式提高动态裂缝检测的准确性。徐欢等[12]提出了一种基于OpenCV开源平台及改进Canny算子的路面裂缝检测技术,该算法利用形态学滤波对原有的滤波方式进行改进,使用Ostu算法实现双阈值的自适应获取。

上述算法大致可分为基于边缘的检测算法、基于阈值的检测算法、基于区域的边缘检测算法以及一些物理上的无损检测算法,包括电位法[13]、振动法[14]、超声波检测法[15]、探地雷达法[16]、传感器检测方法[17]等。无损检测方法实现困难,耗时耗力且检测效果一般。基于生态学的算法如BP人工神经网络算法[18]、人工蚁群算法等具有一定的自适应性且检测效果较好,但是算法实现困难。传统的检测算法虽然简单,但去噪效果不明显、边缘检测准确度不高、连贯性不好,最重要的是不具有自适应性,这些算法并不完全适用于水下大坝裂缝的检测。本文提出了一种基于最大熵的自适应阈值的改进Canny算法。该算法通过对传统Canny算法的改进,利用最大熵原理自动确定最佳的阈值,从而达到最佳的检测效果。

1 Canny算法及其局限性

1.1 传统Canny算法

Canny边缘检测[19]的实质可以转换为求信号函数的极大值问题。Canny算子边缘检测的方法是寻找图像梯度的局部最大值。Canny算子有3个判断准则,分别是信噪比准则、定位精度准则和单边缘响应准则,其中单边缘响应是指要保证单边缘只有一个像素响应。其算法大致流程如下所示:(1)利用高斯滤波器进行平滑处理,以减少噪声;(2)用一阶偏导的有限差分计算梯度的幅值与方向;(3)第(2)点中确定的边缘点会导致梯度幅度图像中出现脊,然后算法跟踪所有脊的顶部,并将所有不在脊上的顶部像素设为零,以便在输出中给出一条细线,这就是非最大值抑制处理;(4)双阈值检测并连接边缘点。

1.2 传统Canny算法局限性分析

传统的Canny算法对整幅图像使用固定的高、低阈值进行分割。如果直接使用传统的Canny算子,就会因为阈值设置过高而丢掉重要边缘,阈值设置过低导致噪声得不到抑制,局部边缘信息丢失。如果不能设置恰当的阈值,就无法在消除噪声干扰的同时兼顾那些灰度值变化缓慢的局部边缘,得到的边缘就会是不连续的、断裂的、不准确的,影响检测结果。实际情况中,不同图像的最佳阈值也是不同的,因此,使用传统的Canny算法不具有自适应能力,还会检测出伪边缘或者丢失局部边缘。与此同时,某些重要边缘细节可能会由于干扰或是对比度不够而变得模糊,而在实际情况中某些边缘细节可能因与噪声类似而被误认为噪声除去。如果使用传统的Canny算法,固定的双阈值难以在抑制噪声的同时兼顾到保护低幅度值的边缘信息,从而影响检测效果。

综上所述,本文针对传统Canny算法固定阈值的缺点,提出一种改进的Canny算法:基于最大熵的自适应阈值Canny算法。

2 基于最大熵的自适应阈值Canny算法

2.1 最大熵算法

最大熵算法[20]的基本原理为:首先选择一个合适的阈值将整个图像分为两类,然后分别对两类图像计算平均熵,最后使两类图像的平均熵达到最大的阈值即所求的最佳阈值,具体过程为:

(1)计算图像像素的分布概率:,i=0,1…255。其中,为所有像素个数,为目标像素个数。

(2)选取一个初始阈值将图像分为两类和,计算两类图像的平均相对熵:

其中:

(3)确定最佳阈值,满足H1+H2|Th=Th*=max{H1+H2}的Th*即为最佳阈值。

2.2 改进的最大熵算法

基于最大熵算法,本文提出一种基于梯度幅度直方图和最大熵的自动选取阈值方法。基本原理为:将Canny算子中非极大值抑制后edge图中的像素选择两个阈值分为D1、D2、D3三类。其中,D1包括梯度幅值{t1,t2,…,ts}的像素,表示原图中的非边缘点;D2包括梯度幅值为{ts+1,ts+2,…,tk}的像素,表示原图中不确定是否为边缘点的点;D3包括梯度幅值为{tk+1,tk+2,…,tm}的像素,表示原图中确定的边缘点,具体过程为:

(1)计算各梯度对应像素的分布概率。

(2)分别求各个类的平均相对熵:

(3)确定最佳阈值ThH,ThL满足的即为最佳的高低阈值。

3 实验结果分析

为了验证本文提出算法的有效性,选择了两幅典型的大坝裂缝图像,如图1所示。其中图1(a)是较为清楚的大坝裂缝图像,图1(b)是模糊的大坝裂缝图像。利用Sobel算子、Canny算子与本文提出的自适应阈值改进的Canny算法对两幅图的检测结果作比较。

实验中,Sobel算子、Canny算子利用Matlab软件的自带函数进行检测,检测结果如图2、图3所示。本文提出的自适应阈值的改进Canny算法同样利用Matlab软件进行检测,结果如图4所示。

为了进一步验证本文算法的可靠性,引入两个评判标准从客观上进行比较,分别是边缘连续度和信噪比。边缘连续度A是评判边缘连贯性的常用标准,计算公式如下:

实验证明,A越大,所检测图像的连续性越好。

信噪比SNR是验证去噪效果的常用标准。计算公式如下:

其中,G(x)为边缘函数,σ为高斯噪声的均方根。实验证明,SNR值越小,去噪效果越好,受噪声干扰越小。

针对Sobel算子、Canny算子以及本文提出的自适应阈值的改进Canny算法对清晰图像的检测结果,计算边缘连续度和信噪比,并对计算结果进行比较,如表1所示。

从表1数据可以发现,本文所提出的自适应阈值的改进Canny算法无论在边缘连续度,还是在信噪比方面,都优于其它两种算法。这证明本文提出的算法对水下大坝裂缝的检测是有效的。本文提出的算法在边缘连续度和信噪比方面明显优于传统检测算子。

传统Sobel算子在大坝裂缝的检测中,边缘检测的准确度不高,准确率也不高,很多真正的边缘检测不出来,造成检测效果断断续续且模糊不清,并且噪声干扰严重;传统Canny算法的优点在于边缘连续度较高、边缘准确率高,即只要是边缘均可检测出来,同时也检测出许多伪边缘,妨碍了边缘检测的效果。本文提出的算法具有自适应性,对两种不同类型的裂缝图像都有很好的检测结果。

4 结语

无裂缝大坝混凝土施工若干关键工艺 篇4

1 配合比的优选

在某工程设计的初期阶段, 三期大坝采用的是中热水泥以及高效减水剂, 按照配合比设计实验, 提出了一期施工配合比, 施工中需要按照混凝土抽样的结果以及实验分析对配合比进行适当的改进和调整, 这样也就减少了工程用水量, 为了对仓面浮浆进行有效的控制, 减少泌水的问题, 同时还要充分的满足施工工艺方面的各项要求, 在施工的过程中采用了低热水泥, 首次将聚羧酸减水剂应用在工程大坝的混凝土工程建设中, 对混凝土坝中比较容易出现裂缝的高标号混凝土, 我们应该适当的增加粉煤灰的用量, 对外加剂掺量进行适当的优化处理, 采用低热水泥以及聚羧酸高效减水剂等对配合比进行优化处理。

低热硅酸水泥混凝土早期的强度并不是非常高, 水化热温升也不是十分的显著, 在掺用了相同数量的粉煤灰之下, 其可以十分有效的改善混凝土早期裂缝。 以羧酸类枝聚合物为核心的复合外加剂具有非常好的减水和增强的特性, 尤其适合配置和高流动性以及对外观质量要求比较严格的混凝土。 该工程三期钢管坝段管槽外包混凝土当中就使用了这种外加剂, 有效的降低了水化热, 同时也减少了施工成本的投入。

2 骨料冷却分析

以往的骨料冷却技术存在着比较明显的不足, 骨料冷却并不是十分的彻底, 冷却的时间也无法达到要求, 这样也就使得大骨料的质量受到了很大的影响, 混凝土的温度控制也存在着非常大的不利影响。 三期工程混凝土生产的过程中采用了二次风冷骨料技术, 首先是在地面骨料调节冷风仓当中对骨料进行第一次风冷处理, 之后在拌合楼料仓当中对骨料开闸二次连续风冷, 在完成了这项工作之后, 加适量的片冰和冷水对混凝土进行拌和、这种技术不需要较大的施工空间, 同时冷却的中间环节也不是很多, 冷却的效果也非常好, 两次风冷骨料的终温也要比水冷骨料加风冷的形式, 这样也就可以十分有效的确保混凝土出口温度一直处在相对稳定的状态, 这样也就可以更好的使其达到设计的要求。

3 下料与浇筑的方法

在传统的混凝土下料当中为点下料, 同时在施工规范当中也并没有对下料和堆料的高度做出十分详细的规定, 三七混凝土浇筑的过程中主要采用的是塔带机浇筑的方式, 塔带机浇筑混凝土能够保证施工的连续性, 同时其强度也相对较大, 但是在施工的过程中比较容易出现混凝土骨料分离的问题。 为了能够对这一问题进行有效的控制, 我们采取以下布料新工艺:首先, 在拌和楼就要对制取料的速度进行全面的控制, 这样才能更好的确保供料线皮带上料的连续性, 这样也就可以构成一个鱼鳞状的压坡式下料的形式。 其次是塔带机下料口距离下落面的高度必须要控制在1.5m之内, 结构复杂性相对较高, 同时仓面并不是十分的宽敞, 有水平钢筋的位置一定要在1.0m之内。 再次是除了一些特殊的部位, 不能定点堆料, 堆料的高度一定要在1.0m以内。

平层浇筑法:在工程建设的过程中大量的采用了平层浇筑的方式, 能够十分有效的满足混凝土的施工速度, 塔带机能够快速的运送混凝土使得层间冷却水管埋设的质量得到显著的提升。 在高温季节, 对于仓面小于500m2采用塔带机入仓时, 采用平层浇筑法施工, 浇筑层厚可按35~55cm下料;低温季节或低温时段, 除仓面钢筋特别多、结构特别复杂部位外, 均采用平层浇筑法。

4 混凝土振捣

4.1 准130 振捣棒、二次振捣、排序振捣

针对大坝混凝土级配高、大仓面浇筑、塔带机快速送料入仓等特点, 为确保混凝土密实、消除气泡, 大力推广使用大功率振捣棒 ( 准130) 和平仓振捣机, 提高振捣效率。 仓位四周边混凝土浇筑时, 骨料振捣后受自重作用逐渐下沉, 水分和气泡上升, 导致砂浆和石子与钢筋的下表面脱离, 形成细微裂缝, 拆模后易形成表面气泡孔, 故采取二次振捣的措施。 在每仓浇筑最后一坯层混凝土时, 收仓面采用人工排序振捣, 且边振捣边收面, 防止漏振、骨料外漏及表面浮浆过厚。

4.2 计时振捣

振捣时间及振捣工艺过程控制对大坝混凝土浇筑质量至关重要, 振捣时间控制得好, 可防止混凝土浇筑中的欠振、漏振和过振。在三期施工过程中, 施工单位研制了平仓振捣机计时报警器, 根据混凝土标号、级配、含水量的不同为其设置不同的振捣时间, 对每一振捣循环进行提示和约束, 对层间结合振捣进行有效控制, 振捣作业实现了监控振捣深度、量化振捣时间和统计仓位操作数据的自动化, 使振捣质量控制标准更为科学, 提高了混凝土浇筑的精细化施工水平。

5 长期养护

三期大坝混凝土施工中掺入了大量的粉煤灰, 最高达40%, 一方面掺粉煤灰能节约水泥, 减少水化热, 但另一方面延长了水化反应, 有的长达3 年或更长时间。 常规的养护 ( 混凝土浇筑完养护14~28d) 不能满足混凝土大坝的防裂要求。 混凝土浇筑完毕后, 相当长时间内 ( >28d) 应保持足够的湿度, 创造混凝土良好的硬化条件, 防止表面裂缝的产生。 大坝混凝土养护实施要点:①每仓混凝土收仓后及时养护直到上面新浇混凝土止, 浇筑仓面采用旋喷洒水养护辅以人工洒水养护, 上下游面、纵横缝面拆模后立即采用喷淋管不间断流水养护或表面蓄水养护, 过流面抹面后宜采用喷雾养护;②需要利用混凝土后期强度的重要部位、高标号混凝土的养护时间应适当延长, 泵送混凝土和抗冲耐磨混凝土在养护28d后仍需在表面覆盖保护材料。

结束语

在无裂缝混凝土大坝施工的过程中, 很多因素都会对其施工质量产生重大的影响, 在这样的情况下, 我们必须要采取有效的措施对其施工的质量和效果加以关注和重视, 同时在这一过程中我们还需要对关键的施工技术进行全面的分析, 只有这样, 才能更好的保证工程的实际效果, 从而也为工程的平稳运行奠定坚实的基础。

参考文献

[1]R.查尔伍德, 朱晓红.大坝和水电工程中混凝土的化学膨胀[J].水利水电快报, 2009 (02) .

[2]龙慧文, 张骏.混凝土预冷二次风冷骨料技术研究与应用[J].水力发电学报, 2009 (06) .

大坝裂缝 篇5

1. 大体积混凝土的特点

(1) 混凝土是脆性材料, 其抗压强度和抗压极限压缩变形一般较高, 但其抗拉强度和极限拉伸值很低, 抗拉强度约为其抗压强度的l/8~l/20, 一般C20混凝土28 d龄期的极限拉伸值极少超过1.0×10-4。

(2) 大体积混凝土结构断面尺寸比较大, 混凝土浇筑以后, 由于水泥的水化热, 内部温度急剧上升, 此时混凝土弹性横量很小, 徐变较大, 升温引起的压应力并不大;但在日后温度逐渐降低时, 弹性模量比较大, 徐变较小, 在一定的约束条件下会产生相当大的拉应力。

(3) 大体积混凝土通常是暴露在外面的, 表面与空气或水接触, 一年四季中气温和水温的变化在大体积混凝土结构中会引起相当大的拉应力。

(4) 大体积混凝土结构通常不配钢筋, 或只在表面或孔洞附近配置少量钢筋, 含钢率极低。在大体积混凝土结构内, 由于没配置钢筋, 拉应力要依靠混凝土本身来承受。

2. 混凝土坝裂缝种类及成因

2.1 水泥水化热引起的裂缝

水泥在水化过程中产生大量热量, 这是水工大体积混凝土内部热量的主要来源。混凝土结构内部截面和体积庞大, 加上混凝土导热性能差, 水化产生的热量聚集在混凝土结构内部不易散发, 使得内部温度很高, 而混凝土表面热量散失快, 因而在混凝土内部与外部形成一个温度梯度。由于混凝土结构内外温度不一导致膨胀变形不一, 在混凝土内部产生压应力、结构外部产生拉应力, 当拉应力或变形超过混凝土当时的抗拉强度或极限拉伸值时, 就会产生裂缝。

2.2 环境温度变化引起的裂缝

任何物体都具有热胀冷缩的特性, 在没有任何约束的情况, 随温度的变化, 混凝土的体积可以自由胀缩;当存在约束时, 体积的胀缩因受约束力的限制, 便在混凝土内产生温度应力。当混凝土表面昼夜温差过大或遭遇寒潮袭击时, 表层混凝土产生收缩, 受下层混凝土的约束, 表层混凝土出现拉应力。由于混凝土抗拉强度较低, 容易被温差引起的拉应力拉裂。

2.3 混凝土干缩引起的裂缝

混凝土由于其水分的损失, 如蒸发、干燥等过程引起的体积缩小变形, 称之为干缩。干缩是混凝土材料的一个重要特性, 对混凝土结构的长期性能有着十分重要的影响。处于养护阶段的混凝土是接近水分饱和的, 其相对湿度约为100%。拆模后, 混凝土中的水分向周围较干燥的空气中扩散较快, 而内部水分散发较慢。从而, 混凝土结构中产生不均匀的湿度变化, 即湿度梯度, 引起干缩应力。

2.4 碱-骨料反应引起的裂缝

当骨料中含有活性氧化硅 (如蛋白石、某些燧石、凝灰岩、安山岩等) 的岩石颗粒 (砂和石子) 时, 会与水泥中的碱 (K2O及Na2O) 发生化学反应 (即碱-硅酸反应) , 使混凝土发生不均匀膨胀, 造成裂缝。

2.5 荷载作用引起的裂缝

构件承受不同性质的荷载作用, 会出现形状不同的裂缝。构件在均布荷载或集中荷载作用下产生内力弯矩, 当拉应力超过了混凝土的抗拉强度时, 即出现垂直于构件纵轴的裂缝。当构件在荷载作用下产生较大的剪应力时, 在与纵轴成45°夹角方向主拉应力值最大, 易产生斜向裂缝, 并发展延伸。

2.6 基础不均匀沉陷引起的裂缝

当混凝土大坝的基础出现不均匀沉陷时, 大坝受到强迫变形, 从而使大坝开裂, 随着不均匀沉陷的进一步发展, 裂缝会进一步扩大。综上所述, 大体积混凝土裂缝的形成机理, 总体上可分为2类:一是混凝土收缩变形约束裂缝, 如混凝土温缩和干缩变形因为受到约束所引起的约束拉伸裂缝;二是混凝土结构的荷载裂缝, 指结构在设计荷载或其它外力作用下所引起的裂缝。荷载裂缝可以通过优化体型, 控制结构荷载来控制, 而温度应力和干缩应力导致的裂缝却不易控制。

3. 常用避免和减缓混凝土坝裂缝的预防措施

3.1 防止混凝土裂缝在结构方面的措施

(1) 实践经验表明, 现有的混凝土结构裂缝, 绝大多数与温度应力有关, 结构型式选择恰当, 就可能减少温度应力, 从而减少裂缝。 (2) 合理的分层分块对防止混凝土温度裂缝也具有重要作用。 (3) 配筋也可以限裂, 例如对预计要长期暴露的混凝土层面或过水度汛的混凝土面, 在其表面配置适当数量的钢筋网, 可防止贯穿性或深层裂缝的产生。也有一些混凝土坝为加强上游面的抗裂能力, 在上游面布设钢筋网。

3.2 防止混凝土裂缝在材料方面的措施

(1) 混凝土配合比设计和混凝土施工应保证混凝土设计所必需的极限拉伸值或抗拉强度、施工匀质性指标和强度保证率, 有条件时宜优先选用热膨胀系数较低的沙石料, 提高混凝土的抗裂能力。 (2) 控制混凝土水化热, 通过采用发热量低的中热硅酸盐和低热矿碴硅酸盐水泥, 选择较优骨料级配和掺粉煤灰、外加剂, 以减少水泥用量和延缓水化热发散速率等措施。 (3) 控制混凝土自生体积变形。采用微膨胀混凝土能补偿部分混凝土温降引起的收缩变形, 与此相反, 混凝土自生体积变形为收缩者将增大混凝土出现裂缝的可能性。因此, 可采取措施控制混凝土自生体积变形使其具有一定的膨胀性。

3.3 防止混凝土裂缝在施工方面的措施

(1) 合理安排混凝土施工程序和施工进度是防止基础贯穿裂缝, 减少表面裂缝的主要措施之一。

(2) 控制坝体最高温度。应采取必要温控措施, 使坝块实际出现的最高温度不超过坝体设计允许最高温度。控制坝体实际最高温度的有效措施是降低混凝土浇筑温度、控制混凝土水化热温升、铺设冷却水管等。

3.4 防止混凝土裂缝在综合管理方面的措施

温控防裂工作是一项复杂的系统工程, 除了从在结构方面的措施易使大坝结构比较复杂, 带来设计和施工上的麻烦。施工方面的措施又易造成施工工艺复杂, 对浇筑时段要求比较高等。在严寒地区的防护措施更加复杂, 而且成本较高。而且在采取这些措施后, 部分工程仍然出现了不同程度的裂缝。

4. 总结

(1) 大体积混凝土裂缝的形成机理, 总体上可分为2类:一是混凝土收缩变形约束裂缝, 如混凝土温缩和干缩变形因为受到约束所引起的约束拉伸裂缝;二是混凝土结构的荷载裂缝, 指结构在设计荷载或其他外力作用下所引起的裂缝。温度应力和干缩应力是导致裂缝的主要原因。防止裂缝产生, 要从降低温度应力和干缩应力入手。

(2) 从大坝结构、混凝土材料、大坝施工、综合管理等方面采取措施, 对混凝土大坝裂缝的防止均可起到一定的效果。

摘要：论述了混凝土大坝产生裂缝的种类及其原因, 并介绍了防止各种裂缝产生的常见措施。

大坝裂缝 篇6

丹江口水利枢纽初期工程混凝土坝分为58个坝段, 全长1 141 m, 最大坝高97 m。工程于1958年开工建设, 1962年初因混凝土质量等问题暂停施工, 对已浇筑的大坝混凝土的缺陷进行了全面详细的检查, 并有针对性地进行了补强加固处理。工程于1964年底复工续建, 1967年开始蓄水, 1974年全部完建。

2005年大坝加高工程开工建设, 为查清丹江口初期大坝的裂缝及大坝混凝土缺陷状况, 经过组织对初期工程混凝土裂缝进行专项检查, 发现存在大量的混凝土裂缝、浇筑长间歇导致的水平层间缝等混凝土缺陷, 尤其是大坝迎水面, 存在大量的水平层间缝, 需要进行处理。

2 迎水面混凝土裂缝的分类

丹江口大坝大体积混凝土裂缝分类标准如下:

Ⅰ类:一般缝宽δ<0.2 mm, 缝深h≤30 cm, 性状表现为龟裂或呈细微规则特性;

Ⅱ类:表面 (浅层) 裂缝, 一般缝宽0.2 mm≤δ<0.3 mm, 缝深30 cm≤h<100 cm, 平面缝长3 m≤L<5 m, 呈规则状;

Ⅲ类:表面深层裂缝, 缝宽0.3 mm≤δ<0.5 mm, 缝深100cm≤h<500 cm, 缝长大于500 cm, 或平面≥1/3坝块宽度, 侧面大于1～2个浇筑层厚, 呈规则状;

Ⅳ类:缝宽δ≥0.5 mm, 缝深>500 cm, 侧 (立) 面长度h>500 cm, 平面上贯穿全坝段的贯穿裂缝。

3 迎水面混凝土裂缝的处理原则

丹江口大坝初期高程迎水面混凝土裂缝按照高程EL142.5 m为分界线, 分成水上和水下两部分类型的裂缝, 水上和水下裂缝分别按照不同的技术方案进行处理施工。根据丹江口大坝初期工程的裂缝情况和坝体结构特点, 结合加高工程的施工条件, 在进行大坝裂缝处理时遵循以下一般性原则:

(1) 在进行裂缝处理前, 应查清裂缝构造, 分析裂缝对大坝加高工程的稳定、结构应力、防渗性能等影响特点, 根据裂缝所在部位的环境条件选择合理的处理措施。

(2) 贯穿上游面的水平层间缝、竖向裂缝、坝顶横向裂缝、渗流弱面的处理措施一般以前封后排为主;对于规模较大的纵向裂缝则以加强构造作用为主。

(3) 对于贯穿上游面的水平层间缝、Ⅲ、Ⅳ类上游坝面竖向裂缝和坝顶横向裂缝、廊道渗水裂缝, 应通过缝内的渗压力、裂缝渗流量监测监视裂缝渗漏状况进行处理。

(4) 裂缝处理所用的灌浆材料应满足环保要求, 并经验证对人畜无害。

4 迎水面混凝土裂缝处理工艺

4.1 迎水面水上部分混凝土裂缝处理工艺

4.1.1 Ⅰ、Ⅱ类裂缝处理

上游面Ⅰ类裂缝一般不作特殊处理。Ⅱ类裂缝处理采用凿“U”型槽, 以SR2进行缝口封堵, 以聚合物砂浆防护方式进行处理, 处理结构详见图1所示。

具体工艺要求:1) “U”型槽槽口宽15 cm, 深10～12 cm;2) 槽底4 cm, 嵌填塑性止水材料SR2, 槽口6～8 cm, 深度回填HTC-X高强修补砂浆并抹平, 槽内左右边交错布置锚筋。HTC-X高强修补砂浆应分层回填, 锚筋采用喜利得RE500植筋胶进行锚固。3) 竖向或斜线缝凿槽区域为裂缝长度范围并向两端外延50 cm。4) 所有槽口的HTC-X高强修补砂浆表面应与所在部位上游坝面平齐, 不应出现明显的外突和凹陷。HTC-X高强修补砂浆回填后覆盖毛毡进行保湿养护7天。

4.1.2 Ⅲ、Ⅳ类裂缝处理

Ⅲ、Ⅳ类裂缝处理先进行切槽埋管灌浆处理后再进行嵌入式混凝土保护。嵌入式处理构造见图2所示, 具体工艺要求如下:

(1) 沿裂缝凿槽宽60 cm, 深10 cm的“U”型槽, 凿槽范围顺缝端延伸80 cm, 槽底采用切割方式整平, 不平整度不大于1 cm。

(2) 切凿灌浆嵌缝槽。在“U”型槽内骑缝切割用于裂缝缝口封闭灌浆的“V”型槽。“V”型槽宽度为5 cm左右, 深度为3 cm左右。

(3) 钻骑缝孔埋设灌浆管。钻灌浆孔时为防止钻孔的灰尘堵塞裂缝影响灌浆效果, 钻孔采用手持式岩心带水钻骑缝钻灌浆孔, 钻孔孔径为Φ28 mm, 孔深为6～8 cm, 钻孔间距为30～80 cm。骑缝孔钻好后用高压水冲洗干净。全部灌浆孔钻孔完成后开始埋设灌浆嘴, 将灌浆嘴放入到灌浆孔内, 采用灌浆专用堵漏材料进行封孔。

(4) HTC-X型高强修补砂浆嵌填“V”槽封闭裂缝缝口。在嵌缝前用高压风将裂缝周边混凝土的水吹干, 然后HTC-X型高强修补砂浆嵌填“V”槽, 达到封闭裂缝缝口的目的。

(5) 灌浆嘴试气检查。待HTC-X高强修补砂浆达到一定强度后 (一般为24 h) , 通过灌浆嘴对裂缝试气, 试气压力0.2～0.3MPa, 在裂缝槽口用肥皂水检查嵌缝漏气情况, 如有漏气的部位剔除嵌缝的砂浆后采用快速堵漏砂浆重新嵌填, 再进行试压检查, 确定裂缝嵌缝质量后可以进行化学灌浆。

(6) 化学灌浆。1) 灌浆压力及灌浆顺序:一般采用0.2～0.4MPa, 根据进浆速度逐级缓慢提升, 在屏浆时根据实际情况可以适当提高压力, 以保证浆材更好地渗透到细微裂缝。水平缝由一端向另一端逐嘴灌注, 垂直缝由下往上逐嘴灌注。2) 化学灌浆:化学灌浆材料选用的是LPL环氧灌浆材料。灌浆时可采用逐点法或者多点同步法进行灌浆, 当灌浆嘴停止进浆或在稳定压力下15 min内连续吸浆率小于10 m L/min, 且压力不下降, 即可结束灌浆。3) 灌浆质量检查:裂缝化灌后3 d对灌浆裂缝骑缝钻孔取芯、压水检查。采用岩芯钻机钻φ100 mm骑缝取芯孔, 用混凝土芯样对浆材结石情况进行检查, 并进行压水试验检查灌浆质量。

(7) 在裂缝灌浆质量满足技术要求后, 剔除“V”槽内嵌填的封缝砂浆, 在“V”型槽内及“U”型槽槽底涂刷塑形止水材料SR2的配套底胶, 在底胶达到指触干后, 用塑形止水材料SR2嵌填“V”型槽, 然后用SR2材料对整个“U”型槽槽底找平。再将50 cm宽的SR防渗盖片粘贴在“U”型槽槽底, 盖片粘贴后用木锤锤密实。

(8) 在槽内两侧设置Φ14的锚筋, 采用喜利得RE500植筋胶植筋, 植筋深度25 cm, 外露25 cm, 从外露的5 cm处将钢筋垂直弯折。锚筋穿透防渗盖片的部位用塑形止水材料SR2对锚筋和盖片之间的孔洞进行密封处理。槽内在锚筋上焊接钢筋网, 钢筋网规格为Φ8 mm, 间距为10×10 cm。“U”型槽槽内采用HTC-X高强修补砂浆填平, 修补砂浆回填后覆盖毛毡进行保湿养护7 d。

4.2 迎水面水下混凝土裂缝处理工艺

丹江口迎水面水下裂缝包括两部分内容, 一部分是新检查出的水下裂缝, 另一部分是原来已经进行过水下修补处理的裂缝。对于已经进行过修补的裂缝, 在水下检查时应对原来的修补材料进行专门检查, 修补材料已损坏的应进行清除后重新处理, 对于修补材料完好的裂缝, 考虑耐久性的问题, 在原来处理的基础上增加一道防护处理。水下裂缝处理通过潜水作业完成施工。

4.2.1 水下未修补混凝土裂缝的处理工艺

水下未修补裂缝的处理构造如图3所示。水下I类裂缝不需作特殊处理。水下裂缝修补具体工艺如下:

4.2.1. 1 水下II类裂缝处理工艺

(1) 裂缝两侧混凝土表面清理。在对水下裂缝进行处理前首先对裂缝两边各50 cm混凝土进行水下清理。清理方法主要用钢丝刷清洗并用液压旋转动力刷进行水下打磨。将混凝土表面打磨干净, 去除浮生及松动体。

(2) 切“V”型槽。水下切割由潜水员沿裂缝长度方向, 平稳把持液压盘锯开“V”型槽, 施工时可根据裂缝长度、走向及设备工效分序分段进行。切割的“V”型槽尺寸符合缝宽5 cm、深度3 cm, 骑缝凿“V”型槽, 应顺缝端延伸30 cm的要求。

(3) 涂刷塑形止水材料SR2的配套底胶:将调制好的底胶由潜水员带到水下在“V”型槽内进行涂刷, 要求均匀涂刷底胶;待底胶表干后, 即可进行SR2材料的嵌填。每次涂刷长度在1.5 m左右。

(4) 塑形止水材料嵌缝。水上配合人员将塑形止水材料SR2搓成细条, 潜水员沿接缝嵌填, 按“先缝里, 后缝外, 先两边, 后中间”的原则, 将SR2填入接缝及两个侧面, 用榔头将SR2表面整理成平面形状。

(5) 粘贴SR防渗盖片:在水上对SR塑性止水盖片涂刷HK-963粘合剂, 待塑性盖片表面指触干后, 由潜水员带到水下将SR防渗盖片粘贴到开槽两侧已涂刷水下涂料的坝面上, 粘贴时按“由上而下, 由中间向两边”的顺序粘贴在裂缝面上并打压密实, 盖片周边用SR2封边处理。

(6) 防渗盖片保护板:在盖片外采用80 cm宽PVC板进行保护, 板厚6 cm, 两侧压不锈钢压条后采用不锈钢螺栓固定在坝面。

4.2.1. 2 水下III、IV类裂缝处理工艺

水下III、IV类裂缝处理的总体工艺流程与水下II类裂缝的处理方法大致相同, 只是在嵌缝之前需要对裂缝先进行化学灌浆处理, 在灌浆处理完成后剔除“V”槽内的嵌缝材料, 再进行塑性材料嵌缝、粘贴盖片以及安装保护板。增加的化学灌浆工艺要求如下:

(1) 在裂缝两侧混凝土坝面清理以及切“V”型槽完成后, 沿裂缝钻骑缝孔埋设灌浆管。灌浆管钻孔孔径为Φ28 mm, 孔深为6～8 cm, 钻孔间距为30～80 cm。骑缝孔钻好后用高压水冲洗干净。全部灌浆孔钻孔完成后开始埋设灌浆嘴, 将灌浆嘴放入到灌浆孔内, 采用SXM水下快速密封材料埋设灌浆管及封缝。

(2) 灌浆嘴试气检查。用SXM快速密封剂封缝后, 灌浆前, 先检查封面的密封情况, 作压气、压水试验, 查看裂缝表面封闭质量, 各灌浆孔的串通情况, 并进一步对缝内的杂物进行清洗, 压气压水试验时, 管口压力保持在0.3 MPa左右。对在试验过程中出现的缝面漏气处重新封闭, 并再次试压, 直至全部合格为止, 以保证封缝不跑浆、漏浆;并做好记录。

(3) 化学灌浆。水下裂缝化学灌浆材料选用LW弹性聚氨酯灌浆材料, 由于LW具有遇水膨胀的特性, 为达到更好的灌浆效果, 在灌注LW之前, 先对裂缝缝内灌注丙酮驱水, 再进行LW灌浆, 可以更好的填充裂缝。灌浆时可采用逐点法进行灌浆, 灌浆压力采用0.2 MPa。灌浆结束标准:当裂缝缝面停止吸浆, 再继续灌注30 min, 灌浆完成。灌浆结束后24 h, 剪除灌浆管。

(4) 在裂缝化学灌浆完成后, 剔除“V”槽内嵌填的封缝材料, 再按照水下II类裂缝处理工艺对裂缝进行塑性材料嵌缝、粘贴盖片以及安装保护板。

4.2.2 水下已修补裂缝处理工艺

对于修补材料完好的裂缝应在不破坏修补材料前提下进行防护处理, 处理构造如图4所示, 具体工艺要求如下:

(1) 对已处理的裂缝以及裂缝两侧总宽1.0 m范围表面进行清理。清除表面的附着物, 并对混凝土表面进行打磨处理。

(2) 采用多层氯丁橡胶片将修补区填平补平, 并将两边各加宽5 cm, 两端及氯丁橡胶接缝处采用SR2进行封缝处理。

(3) 在补平区及两侧总宽1.0 m范围表面涂刷水下专用底胶, 粘贴SR防渗盖片。

(4) 根据氯丁橡胶片将修补区找平的厚度和宽度尺寸定制成型PVC保护板, 板厚6 mm, 采用不锈钢螺栓固定。由潜水员在水下钻孔安装保护板对防渗盖片进行保护。

4.2.3 迎水面水平裂缝与坝体横缝贯通部位的处理工艺

迎水面水平裂缝与横缝贯通部位的处理采用裂缝端头封闭加局部横缝灌浆的方式进行处理。

(1) 裂缝端头封闭孔处理。当水平缝与横缝贯通时在距横缝30 cm处骑缝钻水平孔, 钻孔深度穿过大坝横缝止水埋设部位50 cm, 钻孔孔径102 mm, 孔位偏差不大于2 cm, 孔斜偏差不大于1%。孔内填塞SR2止水材料, 孔口6 cm的深度填塞高强修补砂浆, 以达到将水平裂缝同横缝阻隔的作用。

(2) 大坝横缝灌浆处理。在水平缝与横缝贯通处上下各30 cm处骑横缝钻灌浆封闭孔, 孔径102 mm, 孔深80 cm。孔内填塞SR2止水材料。对封闭孔间的横缝进行缝口封闭后灌浆, 灌浆材料采用LW弹性聚氨脂。

4.2.4 其它裂缝处理辅助技术

丹江口大坝初期工程迎水面混凝土裂缝处理还辅助了其它一些处理措施, 以进一步提高处理效果, 提高工程耐久性的防护效果。具体包括以下几点:

(1) 初期大坝迎水面表面防渗处理。大坝加高后初期工程迎水面基本位于水库水位以下, 上游坝面水位变幅区Ⅰ、Ⅱ类裂缝较为发育, 该部位采用满涂水泥基渗透型结晶防水材料进行了防水处理, 以提高工程耐久性。首先对初期工程迎水面混凝土表面进行清理, 清除混凝土壁面附着物, 然后用金刚石磨片将混凝土表面打磨一遍, 露出新鲜混凝土面, 用水冲洗表面, 待混凝土面表干后再进行水泥基渗透型结晶防水材料的涂刷施工。

(2) 疏通和加密坝体排水孔。由于丹江口大坝已运行30多年, 经过检查坝体廊道的排水孔很多已经被析钙物堵塞, 对于排水效果较差的坝体排水孔进行了疏通, 并增加了一部分新的排水孔, 已达到恢复或改善坝体的排水效果。

5 结语

大坝裂缝 篇7

云南省某水电站位于澜沧江下游干流上,电站装机容量5 000余MW。工程由心墙堆石坝、左岸溢洪道、左岸泄洪隧洞、右岸泄洪隧洞、左岸地下式引水发电系统及导流工程系统等建筑物组成。大坝心墙垫层混凝土主要包括心墙基础混凝土垫层和灌浆廊道混凝土两部分。心墙基础混凝土垫层在浇筑完成后的一段时间内,结构混凝土受内外温差等影响产生不均匀收缩,从而出现裂缝,大部分裂缝为贯穿性裂缝。此类裂缝的产生可能会导致渗漏现象的出现,影响大坝的结构安全。为解决渗漏及结构补强问题,需对该类型的裂缝进行化学灌浆处理。

该水电站大坝心墙基础垫层混凝土裂缝采用“骑缝钻孔灌浆法”,使用LVE改性环氧浆材和FS-A41(环保)自动注浆泵进行化学灌浆。

2 施工设备

1)打磨设备:电动金刚石角磨机。

2)冲洗设备:冲毛机。

3)通风设备:无油式空气压缩机。

4)灌浆设备:FS-A41(环保)自动注浆泵。该自动注浆泵是在总结三峡水电站、溪洛渡水电站等大型水电站工程施工经验的基础上研发出的用于双组分化学灌浆的自动施工设备,适用于注射比例相对固定的双组分化学灌浆材料。它能有效地避免人工操作带来的配比不稳定等问题,可保证施工的质量。

5)钻孔设备:手持式工程钻机(SG-100)、博世钻(5-38D)、金刚石钻(J-10)。

6)质量检查设备:HITI-TE76型取芯钻机,取芯直径为90 mm。

7)计量用具:量杯、电子秤、温度计等。

3 灌浆材料及封缝材料

3.1 灌浆材料

灌浆材料选用LVE改性环氧树脂浆材,它是注射灌浆系统中常用的一种双组分、无溶剂、低黏度、环保型的环氧树脂浆材,配比(体积比)为:A组分∶B组分=6∶1。产品满足JC/T 1041—2008《混凝土裂缝用环氧树脂灌浆材料》标准中Ⅰ型产品的技术要求,其主要性能指标见表1。

3.2 封缝材料

1)“堵漏灵”环氧砂浆:“堵漏灵”环氧砂浆采用“堵漏灵”加上环氧树脂高分子材料拌制。其中,“堵漏灵”满足JC 900—2002《无机防水堵漏材料》标准中Ⅱ型产品的技术要求,主要性能指标见表2。

2)ECH粘胶:ECH粘胶由高分子聚合物、活性填充料组成,不含任何有机溶剂。产品技术指标参照企标Q/JK 02—2006执行,其性能检测数据见表3。

4 施工工艺

施工工艺流程:准备工作→裂缝描述→表面清理→布孔、钻孔→安装灌浆嘴→封缝→压风检查→灌浆→灌后处理→质量检查及验收。

4.1 准备工作

先接电布置水管,并根据裂缝所处的位置,决定是否需要搭设排架或设置挡水围堰。

4.2 裂缝描述

为准确布置注浆嘴及确定灌浆压力,根据现场实际情况,对裂缝走向及缝宽进行描述,并做好记录。

4.3 表面清理

采用金刚石角磨机沿裂缝两边各打磨10 cm,并深度打磨1.5~2.0 mm至新鲜混凝土面。除去混凝土表面水泥浆皮、碳酸钙沉淀物等各种杂物,以免影响封缝效果。

4.4 布孔、钻孔

1)布孔

灌浆孔位采取骑缝布置,孔距为25~30 cm,裂缝交叉点和端点不受孔距限制,也都布孔。图1为平面布孔示意图。

2)钻孔

(1)准备工作:裂缝产生后,由于种种原因,缝口污染堵塞必然存在。为保证注浆通道畅通以及灌浆质量,采取“骑缝钻孔灌浆法”,以骑缝钻孔为注浆孔,排水排气孔为检查孔。

(2)造孔:包括骑缝造孔和造检查孔。骑缝造孔采用手持式取芯钻造孔;检查缝深的斜孔采用手风钻造孔。图2为斜孔钻孔布置图。

骑缝孔间距宜在30 cm以内,孔径3.0 cm,钻孔角度垂直于混凝土面,钻孔深度5 cm;斜孔孔间距宜在300 cm以内,孔径3.8 cm,钻孔角度与混凝土面成65°夹角,钻孔深度以穿透缝面30 cm左右为宜。

(3)封闭孔:在裂缝和结构缝交叉部位靠结构缝端钻封闭孔,孔径、孔深视现场具体情况而定,采用手风钻钻孔。

3)冲洗、检查

造孔后用洁净的压力水将钻孔内的粉末、碎屑冲洗干净,并检查和记录孔径、孔深、成孔的角度。

4.5 安装灌浆嘴

1)骑缝孔安装灌浆嘴:将Φ27~30 mm PVC专用注浆嘴放入灌浆孔内,用“堵漏灵”环氧砂浆封闭固定。

2)斜孔安装灌浆嘴:孔内插入过缝钢筋或投放干净、干燥的碎石至低于洞口5 cm左右处,然后将Φ27~30 mm PVC专用注浆嘴放入斜孔内,用“堵漏灵”砂浆封闭固定。

3)记录:每条缝在灌浆嘴安装完毕后,对各个孔按1#、2#……逐一进行登记编号,做好记录。

4.6 封缝

封缝材料选用“堵漏灵”砂浆和ECH粘胶,待灌浆嘴安装完毕后即对缝口进行封缝处理。封缝时裂缝表面必须清洁干燥,以裂缝为中线进行封缝处理。封缝宽12 cm,呈龟背状,中间高度为5 cm。

4.7 压风检查

1)通风检测时间

封缝8 h(可根据环境温度调整)后,方可进行通风检测。通风压力最高不得超过灌浆设计压力的30%,或按设计要求操作。

2)操作方法

(1)关闭除1#、2#以外的所有灌浆嘴,把1#灌浆嘴接上输风管进行压风,同时将2#灌浆嘴的软管插入水中,观察水中是否有气泡冒出。如有,说明1#、2#灌浆嘴是串通的。否则为不串通,必须重新埋设灌浆嘴。

(2)检测完1#、2#灌浆嘴后,关闭1#灌浆嘴,将2#灌浆嘴接输风管,打开3#灌浆嘴,用上述方法进行通风检测,检测标准同上。

(3)在检测各灌浆嘴的同时,用肥皂水抹在封缝材料上,肥皂水涂抹宽度要超过封缝材料,观察有没有气泡冒出。如有,则必须先进行处理,然后方可灌浆。

4.8 灌浆

1)灌浆顺序:混凝土表面立面竖向裂缝或斜向裂缝的灌浆应自下而上进行。从最底部的灌浆嘴开始,自下而上逐嘴上移灌注,随着灌浆过程的进行,浆液在缝面内逐步向纵深、向上填充。当最后一个灌浆嘴出浆时,表明浆液已基本填充完全,此时将最后的灌浆孔接上输浆管,继续灌浆,直至灌浆压力达到标准,稳压到设计时间后结束灌浆。

2)浆材及配比:材料选用LVE改性环氧灌浆材料,浆液A、B组分配比为6∶1。

3)灌浆压力:0.2~0.8 MPa。

4)灌浆方法:裂缝采用多点并联式灌浆,单孔灌浆时间为15 min,每组联灌孔数为5个。起灌时关闭所有灌浆嘴,打开1#注浆嘴并接上输浆管,同时打开2#注浆嘴排水放气。当1#灌浆嘴达到规定灌浆时间后,打开并接上2#灌浆嘴灌浆。在1#灌浆嘴灌浆时,如果2#灌浆嘴流出浓浆,则关闭2#灌浆嘴,打开3#灌浆嘴排水放气。到1#灌浆嘴达到规定灌浆时间,接上2#灌浆嘴进行联灌,依此类推,直至最后一孔灌完。

5)灌浆设备:FS-A41(环保)注浆泵。

6)浆液计量:注浆泵自动计量。

4.9 灌后处理

待浆液凝固后,切除注浆嘴,用角磨机打磨,使表面平整光滑。用高压水冲洗混凝土表面,烘干,涂刷一层宽20 cm、厚0.5 cm的ECH粘胶。

4.1 0 质量检查及验收

灌浆结束9 d后,采取钻孔取芯的方法进行灌浆质量检查及验收。用H1T1型钻机钻孔取芯,500 m裂缝为一组。由监理现场随机指定一组取3个芯样,取芯直径为75 mm,对取芯进行岩芯鉴定、描述,并绘制钻孔柱状图。岩芯鉴定主要是观测芯样浆液的填充饱满度等。

5 结语