劉和斌

（安徽省水利部淮河水利委員會(huì) 水利科學(xué)研究院 蚌埠 233000）

梅山水庫混凝土連拱壩裂縫分析

劉和斌

（安徽省水利部淮河水利委員會(huì) 水利科學(xué)研究院 蚌埠 233000）

梅山水庫混凝土連拱壩1955年1月開始澆筑，1956年1月建成，1958年初開始蓄水運(yùn)行。大壩運(yùn)行50多年來，混凝土的裂縫自始至終長(zhǎng)期存在，且數(shù)量眾多，削弱了結(jié)構(gòu)的整體性和耐久性，影響壩體安全，雖進(jìn)行了多次修補(bǔ)處理，但始終未消除隱患。本文對(duì)裂縫現(xiàn)狀及危害、歷次修補(bǔ)處理情況、形成原因進(jìn)行詳細(xì)敘述。

水庫；連拱壩；混凝土；裂縫

1 基本情況

梅山水庫于1950年開始進(jìn)行地質(zhì)勘察，樞紐工程于1954年3月動(dòng)工興建，1955年1月開始澆筑大壩混凝土，1956年1月建成，1958年初開始蓄水運(yùn)行。

大壩壩址位于金寨縣梅山鎮(zhèn)上游約1km處的狹窄河段，河床寬約180m，兩岸山坡原地形坡度約40°～45°，壩軸線近東西向。攔河壩為鋼筋混凝土連拱壩，由15個(gè)垛和16個(gè)拱所組成，兩端各接重力壩和空心重力壩段，大壩全長(zhǎng)443.5m（其中連拱壩段軸線長(zhǎng)311.5m），壩頂高程140.17m，防浪墻墻頂高程141.27m,最大壩高88.24m。每個(gè)垛由左右兩片側(cè)墻、上下游面板和內(nèi)部隔墻連接而成的空腹薄壁結(jié)構(gòu)，其上游壩面坡度為1∶0.9，下游壩面坡度為1∶0.35，垛前寬度6.5m（3#～13#垛，其他垛6.0m），各垛中心距20m。連拱壩的拱采用半圓拱，其下游面半徑6.75m，中心角180°。1#～16#拱和1#～15#垛從左至右依次排列，相間布置，左右岸為重力壩。拱垛之間、拱與兩岸重力壩之間結(jié)合面為經(jīng)鑿毛處理的建筑縫。在垂直于上游面坡度方向的同一平面內(nèi)，各拱的厚度是相等的，它們的厚度變化規(guī)律是：在壩高0～5m（自垛的三角形頂點(diǎn)139.87m向下計(jì)算，以此類推），拱厚0.6m，以下每下降5m，拱厚增加0.075m，至25m處，拱厚為0.88m，再向下每下降5m，拱厚增加0.1m，至65m處，拱厚1.7m，再向下每下降5m，拱厚增加0.15m，至85m處，拱厚2.3m。連拱壩的兩側(cè)垛墻上薄下厚，同一水平面內(nèi)，近上游厚而下游薄，厚度變化規(guī)律為：在上游面壩高0m處厚度為0.56m，以下每下降5m增加0.08m，至25m處厚0.9m，至85m處厚由0.9m變化至2.55m。上游面板亦為上薄下厚，厚度為0.7～2.55m。

2 混凝土連拱壩裂縫現(xiàn)狀及危害

2.1 裂縫現(xiàn)狀

經(jīng)長(zhǎng)期觀測(cè)并統(tǒng)計(jì)壩身現(xiàn)共有529條裂縫，其中貫穿性裂縫有139條，占總數(shù)的26%；縫長(zhǎng)大于5m的裂縫102條，占19%；縫寬大于1mm的有36條，占7%；有滲水的裂縫133條，占25%。裂縫的發(fā)現(xiàn)時(shí)段為：建壩初期至1962年事故前191條，1962年至1966年173條，1966年至1990年147條，1990年至2001年18條。從裂縫發(fā)展看，壩身裂縫發(fā)生逐年減少，1992年以來未出現(xiàn)新的裂縫，原有裂縫基本沒有發(fā)展，開度變化基本穩(wěn)定。滲水點(diǎn)和滲水量受庫水位影響，庫水位上升，滲水點(diǎn)增多，滲水量略有加大。

壩體裂縫主要分布在兩岸坡的拱垛（1#～4#、13#～15#）和河床各垛的上游面板上。拱上裂縫主要集中在底拱的斜拱面上，裂縫走向大致與混凝土基巖接觸面垂直，部分裂縫向拱冠延伸，左右兩側(cè)（1#拱和15#拱）各有一條大裂縫都已通到壩頂，越是長(zhǎng)期暴露在空氣中的拱，混凝土面上裂縫越多。垛墻上裂縫，岸坡垛主要分布在左右垛墻及上游面板上，河床垛主要分布在上游面板上，一般以拱上第一條伸縮縫45°左右斜下延伸，形成垛頭縫，此縫在拱垛接頭處滲水。兩岸相比，左岸垛墻上裂縫嚴(yán)重，尤以2#垛明顯；右岸垛上游面板裂縫嚴(yán)重，且一般屬貫穿性滲水裂縫，尤以14#垛上游面板嚴(yán)重。由拱筒75.18m高程伸縮縫起裂引起的河床上游面板約在高程73m處產(chǎn)生的水平縫，亦為貫穿性滲水裂縫?？锥粗車捎趹?yīng)力集中普遍出現(xiàn)徑向裂縫。

根據(jù)在測(cè)裂縫資料過程線看，裂縫開度年變幅不大于1mm。

2.2 裂縫危害

從裂縫的規(guī)模和受力狀況看，15#拱冠大裂縫和1#拱下游左側(cè)裂縫都已通到壩頂，其中15#拱拱冠中央裂縫長(zhǎng)達(dá)28m，最大縫寬20mm，據(jù)1991年探查得知裂縫影響深度約30～50cm，基本達(dá)到拱厚的一半，破壞了拱圈的整體性，在垛墻側(cè)向變位作用下，拱的受力條件明顯惡化。3#垛的垛尾裂縫全長(zhǎng)35m，縫寬達(dá)2mm，1#、2#、4#、15#垛都有規(guī)模較大的裂縫，破壞了垛墻的整體性，易引起應(yīng)力集中，產(chǎn)生新的裂縫。

大壩拱垛裂縫眾多，已發(fā)現(xiàn)500余條，特別是1#～4#拱垛、13#～15#拱垛裂縫嚴(yán)重，削弱了結(jié)構(gòu)整體性和耐久性，影響壩體安全。

3 裂縫歷次修補(bǔ)處理

大壩裂縫修補(bǔ)分為五個(gè)階段：第一階段是1955～1958年，大壩正常蓄水運(yùn)行前；第二階段是1963～1965年，放空水庫加固大壩階段；第三階段是1971～1973年，水庫經(jīng)受1969年大洪水考驗(yàn)后；第四階段是1975～1978年，河南發(fā)生“75·8”洪水后；第五階段是2008年，大壩除險(xiǎn)加固階段。

3.1 第一階段修補(bǔ)處理

1955年大壩施工期已發(fā)現(xiàn)大小裂縫32條，1955年汛期庫水位95.71m時(shí)，發(fā)現(xiàn)壩身有30處滲水，當(dāng)年即對(duì)漏水裂縫進(jìn)行了補(bǔ)縫和噴漿處理。第一階段修補(bǔ)裂縫總長(zhǎng)272m，采用瀝青和噴漿，對(duì)于不漏水縫采用錨錠噴漿法修補(bǔ)。

3.2 第二階段修補(bǔ)處理

水庫自1958年蓄水后，庫水位逐步上升，1962年9月28日上升到125.83m，大壩工作狀況正常，11月6日凌晨1時(shí)許，右岸壩基裂隙內(nèi)突然發(fā)生大面積漏水，庫水位回落到124.87m，與此同時(shí)右岸各拱、垛位移增大，垛基上抬，拱、垛由于變位產(chǎn)生大量裂縫。1963年放空水庫，對(duì)整個(gè)壩體裂縫進(jìn)行了修補(bǔ)，主要采用瀝青砂漿、鑿槽塞瀝青麻絲，并配置加強(qiáng)鋼筋，對(duì)一些未貫穿的裂縫僅涂0.5m寬瀝青瑪蹄脂兩道，對(duì)抗拉強(qiáng)度要求高的采用環(huán)氧樹脂修補(bǔ)。

3.3 第三、四階段修補(bǔ)處理

第三階段、第四階段主要在大壩的下游面進(jìn)行修補(bǔ)，材料選用環(huán)氧樹脂，方法及設(shè)備與第二階段相同。

3.4 大壩除險(xiǎn)加固階段修補(bǔ)處理

2002年4 月由安徽省水利廳組織對(duì)梅山水庫大壩進(jìn)行了安全鑒定，評(píng)定大壩安全類別為三類壩，提出了對(duì)大壩進(jìn)行加固處理的意見和建議。對(duì)連拱壩拱垛裂縫進(jìn)行修補(bǔ)，岸坡拱采用噴射鋼纖維混凝土并配置受力鋼筋網(wǎng)加固，垛采用現(xiàn)澆鋼纖維混凝土或現(xiàn)澆鋼筋混凝土及配置受力鋼筋加固，并在垛內(nèi)上游底端高應(yīng)力區(qū)采用微膨脹混凝土填充加固。

大壩拱面、垛墻及面板上裂縫種類較多，根據(jù)滲水情況和裂縫寬度大小分類采取不同的處理方法在大壩的下游進(jìn)行修補(bǔ)處理。

（1）縫寬＜0.4mm的不滲水裂縫：將縫表面沖洗干凈后，在跨縫兩側(cè)各200mm范圍內(nèi)，先涂XPX（塞柏絲）濃縮劑一層，再涂XPX增效劑一層。

（2）縫寬≥0.4mm的不滲水裂縫：采用開槽（把裂縫處挖呈25mm寬、40mm深的“U”型槽）、清潤(rùn)（清理與濕潤(rùn)）、刷漿（把XPX濃縮劑灰漿在槽內(nèi)和沿槽口兩側(cè)各150mm寬范圍涂一層）、填縫（用XPX濃縮劑半干料團(tuán)填滿）、養(yǎng)護(hù)（在三天內(nèi)定期用霧狀水進(jìn)行養(yǎng)護(hù)）的程序處理。

（3）有滲水的裂縫：采用開槽（把裂縫處挖呈25mm寬、40～70mm深的“U”型槽）、分壓（在槽中水流最大的地方鉆孔裝導(dǎo)管引水分壓）、埋設(shè)灌漿咀排氣管（沿裂縫走向布置鉆孔，將灌漿嘴、排氣管插入孔中）、封縫試壓（用XPX半干料團(tuán)封縫并用壓縮空氣檢查裂縫封閉情況）、制漿注漿（采用水泥或改性環(huán)氧樹脂等材料配制漿液按注漿程序注漿）、封堵（去除灌漿咀、割斷排氣管及導(dǎo)水管后用環(huán)氧膠泥或XPX修補(bǔ)堵漏劑半干料團(tuán)補(bǔ)平）、養(yǎng)護(hù)的程序處理。

4 裂縫形成原因淺析

混凝土裂縫產(chǎn)生的原因是多方面的，情況較為復(fù)雜，綜合因素較多。對(duì)于某種裂縫的出現(xiàn)，人們很難給予一個(gè)準(zhǔn)確明晰的原因分析。通過對(duì)梅山水庫裂縫分布及出現(xiàn)的時(shí)段分析，裂縫形成的原因主要來自四個(gè)方面：施工裂縫、沉降裂縫、溫度裂縫和干縮裂縫。

4.1 施工裂縫

梅山水庫1955年1月開始澆筑大壩混凝土，1956年1月建成，1955年大壩施工期已發(fā)現(xiàn)大小裂縫32條。因施工期溫度較低，且連拱壩屬薄殼結(jié)構(gòu)，外形尺寸較大，臨空面多，保溫措施跟不上，加之兩岸邊坡巖石地基不均勻沉降和混凝土強(qiáng)度較低的影響因素等，導(dǎo)致施工期裂縫。

4.2 沉降裂縫

梅山水庫壩體裂縫主要分布在兩岸坡的拱垛（1#～4#、13#～15#）上，拱上裂縫主要集中在底拱的斜拱面上，裂縫走向大致與混凝土基巖接觸面垂直。兩岸邊坡壩基為細(xì)?；◢弾r結(jié)構(gòu)，巖體裂隙發(fā)育，裂隙多于3組，部分裂隙長(zhǎng)度超過10m，有碎石及高嶺土充填，有錯(cuò)動(dòng)或滑動(dòng)傾向，勢(shì)必造成混凝土大壩不均勻沉降，從而形成沉降裂縫。

4.3 溫度及干縮裂縫

梅山水庫大壩混凝土裂縫尤以長(zhǎng)期暴露在空氣中的拱和垛上游面板較多。其主要原因還是因連拱壩屬薄殼結(jié)構(gòu)，外形尺寸較大，臨空面多，長(zhǎng)期的溫度變化荷載對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力及變形影響較大，加之建壩初期混凝土自身干縮變形的影響，出現(xiàn)了長(zhǎng)期暴露于空氣中壩體混凝土的裂縫。

5 結(jié)語

梅山水庫運(yùn)行50多年期間，分不同階段對(duì)裂縫進(jìn)行了修補(bǔ)處理。從裂縫發(fā)展看，壩身裂縫發(fā)生在逐年減少，1992年以來未出現(xiàn)新的裂縫，原有裂縫基本上沒有發(fā)展，開度變化基本穩(wěn)定。從長(zhǎng)期觀測(cè)資料分析，混凝土的裂縫自始至終長(zhǎng)期存在，削弱了結(jié)構(gòu)整體性和耐久性，2008年再次對(duì)大壩進(jìn)行了除險(xiǎn)加固，對(duì)裂縫進(jìn)行了修補(bǔ)處理，并對(duì)一些反應(yīng)明顯的裂縫埋設(shè)了測(cè)縫計(jì)。

除險(xiǎn)加固工作基本消除了大壩的險(xiǎn)情，考慮到長(zhǎng)期的溫度變化荷載或其他因素仍然會(huì)對(duì)裂縫產(chǎn)生影響，必須加強(qiáng)觀測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)的問題并研究處理辦法

劉和斌（1964-)，男，高級(jí)工程師，主要從事水工程質(zhì)量檢測(cè)與研究工作。

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