梅山水库混凝土连拱坝裂缝分析

刘和斌

（安徽省水利部淮河水利委员会 水利科学研究院 蚌埠 233000）

梅山水库混凝土连拱坝裂缝分析

刘和斌

（安徽省水利部淮河水利委员会 水利科学研究院 蚌埠 233000）

梅山水库混凝土连拱坝1955年1月开始浇筑，1956年1月建成，1958年初开始蓄水运行。大坝运行50多年来，混凝土的裂缝自始至终长期存在，且数量众多，削弱了结构的整体性和耐久性，影响坝体安全，虽进行了多次修补处理，但始终未消除隐患。本文对裂缝现状及危害、历次修补处理情况、形成原因进行详细叙述。

水库；连拱坝；混凝土；裂缝

1 基本情况

梅山水库于1950年开始进行地质勘察，枢纽工程于1954年3月动工兴建，1955年1月开始浇筑大坝混凝土，1956年1月建成，1958年初开始蓄水运行。

大坝坝址位于金寨县梅山镇上游约1km处的狭窄河段，河床宽约180m，两岸山坡原地形坡度约40°～45°，坝轴线近东西向。拦河坝为钢筋混凝土连拱坝，由15个垛和16个拱所组成，两端各接重力坝和空心重力坝段，大坝全长443.5m（其中连拱坝段轴线长311.5m），坝顶高程140.17m，防浪墙墙顶高程141.27m,最大坝高88.24m。每个垛由左右两片侧墙、上下游面板和内部隔墙连接而成的空腹薄壁结构，其上游坝面坡度为1∶0.9，下游坝面坡度为1∶0.35，垛前宽度6.5m（3#～13#垛，其他垛6.0m），各垛中心距20m。连拱坝的拱采用半圆拱，其下游面半径6.75m，中心角180°。1#～16#拱和1#～15#垛从左至右依次排列，相间布置，左右岸为重力坝。拱垛之间、拱与两岸重力坝之间结合面为经凿毛处理的建筑缝。在垂直于上游面坡度方向的同一平面内，各拱的厚度是相等的，它们的厚度变化规律是：在坝高0～5m（自垛的三角形顶点139.87m向下计算，以此类推），拱厚0.6m，以下每下降5m，拱厚增加0.075m，至25m处，拱厚为0.88m，再向下每下降5m，拱厚增加0.1m，至65m处，拱厚1.7m，再向下每下降5m，拱厚增加0.15m，至85m处，拱厚2.3m。连拱坝的两侧垛墙上薄下厚，同一水平面内，近上游厚而下游薄，厚度变化规律为：在上游面坝高0m处厚度为0.56m，以下每下降5m增加0.08m，至25m处厚0.9m，至85m处厚由0.9m变化至2.55m。上游面板亦为上薄下厚，厚度为0.7～2.55m。

2 混凝土连拱坝裂缝现状及危害

2.1 裂缝现状

经长期观测并统计坝身现共有529条裂缝，其中贯穿性裂缝有139条，占总数的26%；缝长大于5m的裂缝102条，占19%；缝宽大于1mm的有36条，占7%；有渗水的裂缝133条，占25%。裂缝的发现时段为：建坝初期至1962年事故前191条，1962年至1966年173条，1966年至1990年147条，1990年至2001年18条。从裂缝发展看，坝身裂缝发生逐年减少，1992年以来未出现新的裂缝，原有裂缝基本没有发展，开度变化基本稳定。渗水点和渗水量受库水位影响，库水位上升，渗水点增多，渗水量略有加大。

坝体裂缝主要分布在两岸坡的拱垛（1#～4#、13#～15#）和河床各垛的上游面板上。拱上裂缝主要集中在底拱的斜拱面上，裂缝走向大致与混凝土基岩接触面垂直，部分裂缝向拱冠延伸，左右两侧（1#拱和15#拱）各有一条大裂缝都已通到坝顶，越是长期暴露在空气中的拱，混凝土面上裂缝越多。垛墙上裂缝，岸坡垛主要分布在左右垛墙及上游面板上，河床垛主要分布在上游面板上，一般以拱上第一条伸缩缝45°左右斜下延伸，形成垛头缝，此缝在拱垛接头处渗水。两岸相比，左岸垛墙上裂缝严重，尤以2#垛明显；右岸垛上游面板裂缝严重，且一般属贯穿性渗水裂缝，尤以14#垛上游面板严重。由拱筒75.18m高程伸缩缝起裂引起的河床上游面板约在高程73m处产生的水平缝，亦为贯穿性渗水裂缝。孔洞周围由于应力集中普遍出现径向裂缝。

根据在测裂缝资料过程线看，裂缝开度年变幅不大于1mm。

2.2 裂缝危害

从裂缝的规模和受力状况看，15#拱冠大裂缝和1#拱下游左侧裂缝都已通到坝顶，其中15#拱拱冠中央裂缝长达28m，最大缝宽20mm，据1991年探查得知裂缝影响深度约30～50cm，基本达到拱厚的一半，破坏了拱圈的整体性，在垛墙侧向变位作用下，拱的受力条件明显恶化。3#垛的垛尾裂缝全长35m，缝宽达2mm，1#、2#、4#、15#垛都有规模较大的裂缝，破坏了垛墙的整体性，易引起应力集中，产生新的裂缝。

大坝拱垛裂缝众多，已发现500余条，特别是1#～4#拱垛、13#～15#拱垛裂缝严重，削弱了结构整体性和耐久性，影响坝体安全。

3 裂缝历次修补处理

大坝裂缝修补分为五个阶段：第一阶段是1955～1958年，大坝正常蓄水运行前；第二阶段是1963～1965年，放空水库加固大坝阶段；第三阶段是1971～1973年，水库经受1969年大洪水考验后；第四阶段是1975～1978年，河南发生“75·8”洪水后；第五阶段是2008年，大坝除险加固阶段。

3.1 第一阶段修补处理

1955年大坝施工期已发现大小裂缝32条，1955年汛期库水位95.71m时，发现坝身有30处渗水，当年即对漏水裂缝进行了补缝和喷浆处理。第一阶段修补裂缝总长272m，采用沥青和喷浆，对于不漏水缝采用锚锭喷浆法修补。

3.2 第二阶段修补处理

水库自1958年蓄水后，库水位逐步上升，1962年9月28日上升到125.83m，大坝工作状况正常，11月6日凌晨1时许，右岸坝基裂隙内突然发生大面积漏水，库水位回落到124.87m，与此同时右岸各拱、垛位移增大，垛基上抬，拱、垛由于变位产生大量裂缝。1963年放空水库，对整个坝体裂缝进行了修补，主要采用沥青砂浆、凿槽塞沥青麻丝，并配置加强钢筋，对一些未贯穿的裂缝仅涂0.5m宽沥青玛蹄脂两道，对抗拉强度要求高的采用环氧树脂修补。

3.3 第三、四阶段修补处理

第三阶段、第四阶段主要在大坝的下游面进行修补，材料选用环氧树脂，方法及设备与第二阶段相同。

3.4 大坝除险加固阶段修补处理

2002年4 月由安徽省水利厅组织对梅山水库大坝进行了安全鉴定，评定大坝安全类别为三类坝，提出了对大坝进行加固处理的意见和建议。对连拱坝拱垛裂缝进行修补，岸坡拱采用喷射钢纤维混凝土并配置受力钢筋网加固，垛采用现浇钢纤维混凝土或现浇钢筋混凝土及配置受力钢筋加固，并在垛内上游底端高应力区采用微膨胀混凝土填充加固。

大坝拱面、垛墙及面板上裂缝种类较多，根据渗水情况和裂缝宽度大小分类采取不同的处理方法在大坝的下游进行修补处理。

（1）缝宽＜0.4mm的不渗水裂缝：将缝表面冲洗干净后，在跨缝两侧各200mm范围内，先涂XPX（塞柏丝）浓缩剂一层，再涂XPX增效剂一层。

（2）缝宽≥0.4mm的不渗水裂缝：采用开槽（把裂缝处挖呈25mm宽、40mm深的“U”型槽）、清润（清理与湿润）、刷浆（把XPX浓缩剂灰浆在槽内和沿槽口两侧各150mm宽范围涂一层）、填缝（用XPX浓缩剂半干料团填满）、养护（在三天内定期用雾状水进行养护）的程序处理。

（3）有渗水的裂缝：采用开槽（把裂缝处挖呈25mm宽、40～70mm深的“U”型槽）、分压（在槽中水流最大的地方钻孔装导管引水分压）、埋设灌浆咀排气管（沿裂缝走向布置钻孔，将灌浆嘴、排气管插入孔中）、封缝试压（用XPX半干料团封缝并用压缩空气检查裂缝封闭情况）、制浆注浆（采用水泥或改性环氧树脂等材料配制浆液按注浆程序注浆）、封堵（去除灌浆咀、割断排气管及导水管后用环氧胶泥或XPX修补堵漏剂半干料团补平）、养护的程序处理。

4 裂缝形成原因浅析

混凝土裂缝产生的原因是多方面的，情况较为复杂，综合因素较多。对于某种裂缝的出现，人们很难给予一个准确明晰的原因分析。通过对梅山水库裂缝分布及出现的时段分析，裂缝形成的原因主要来自四个方面：施工裂缝、沉降裂缝、温度裂缝和干缩裂缝。

4.1 施工裂缝

梅山水库1955年1月开始浇筑大坝混凝土，1956年1月建成，1955年大坝施工期已发现大小裂缝32条。因施工期温度较低，且连拱坝属薄壳结构，外形尺寸较大，临空面多，保温措施跟不上，加之两岸边坡岩石地基不均匀沉降和混凝土强度较低的影响因素等，导致施工期裂缝。

4.2 沉降裂缝

梅山水库坝体裂缝主要分布在两岸坡的拱垛（1#～4#、13#～15#）上，拱上裂缝主要集中在底拱的斜拱面上，裂缝走向大致与混凝土基岩接触面垂直。两岸边坡坝基为细粒花岗岩结构，岩体裂隙发育，裂隙多于3组，部分裂隙长度超过10m，有碎石及高岭土充填，有错动或滑动倾向，势必造成混凝土大坝不均匀沉降，从而形成沉降裂缝。

4.3 温度及干缩裂缝

梅山水库大坝混凝土裂缝尤以长期暴露在空气中的拱和垛上游面板较多。其主要原因还是因连拱坝属薄壳结构，外形尺寸较大，临空面多，长期的温度变化荷载对结构内力及变形影响较大，加之建坝初期混凝土自身干缩变形的影响，出现了长期暴露于空气中坝体混凝土的裂缝。

5 结语

梅山水库运行50多年期间，分不同阶段对裂缝进行了修补处理。从裂缝发展看，坝身裂缝发生在逐年减少，1992年以来未出现新的裂缝，原有裂缝基本上没有发展，开度变化基本稳定。从长期观测资料分析，混凝土的裂缝自始至终长期存在，削弱了结构整体性和耐久性，2008年再次对大坝进行了除险加固，对裂缝进行了修补处理，并对一些反应明显的裂缝埋设了测缝计。

除险加固工作基本消除了大坝的险情，考虑到长期的温度变化荷载或其他因素仍然会对裂缝产生影响，必须加强观测，及时发现可能出现的问题并研究处理办法

刘和斌（1964-)，男，高级工程师，主要从事水工程质量检测与研究工作。

E-mail：ahskylhb@163.com