确定物理力学指标的方法与技巧

（1）部分指标调整依据。根据有关规程规范，钢纤维混凝土结构构件轴心抗拉强度的标准值（ftk）和设计值（ft）可根据钢纤维体积率（ρf）及其长径比（lf/d）通过计算确定，即

其中，λf=ρflf/df，αt为钢纤维对抗拉强度的影响系数，按钢纤维品种规格取0.47。

本加固工程混凝土强度等级为CF40，拟掺加冷拉钢丝弓型钢纤维50kg/m3，钢纤维长度为35mm、长径比为64，计算其轴心抗拉强度并换算成标准试件轴拉强度总体分布平均值为4.03MPa，应能达到设计提出的4.0MPa，但试验结果一般为3.80MPa，因此，有必要降低抗拉强度指标。

根据相关计算成果，大坝垛墙加固后，自重+正常蓄水位125.56m+温降（基本工况）和自重+正常蓄水位125.56m+温降+地震（特殊工况）两种计算工况为大坝结构设计控制工况，该两种工况下加固后的大坝拉应力状况是：基本工况主拉应力一般均小于1.0MPa，最大2.0MPa，特殊工况主拉应力一般均小于3.0MPa，最大3.95MPa，且较大拉应力区域多出现在伸缩缝附近及大坝底部，即多由应力集中而引起。计算主压应力均较小，基本工况最大仅3.66MPa，特殊工况仅4.96MPa。

针对以上情况，对大坝加固结构进行承载力极限状态复核计算仅作抗拉极限承载力复核。由混凝土规范和抗震规范可知，基于概率极限状态设计原则，可采用作用和抗力的分项系数和结构系数表达的承载力极限状态设计表达式（2.9）为

式中 γ0——结构的重要性系数；

ψ——设计状况系数；

S（*）——作用效应系数；

R（ ）——结构抗力系数；

fk——结构性能的标准值，对抗震计算采用动力法，可提高30%；

γm——材料性能分项系数；

αk——几何参数的标准值；

γd——承载力极限状态结构系数。(www.xing528.com)

两种工况对应的两种材料强度标准值的复核计算结果见表2.32。

表2.32　大坝结构承载力极限状态复核结果

从表2.32中可看出：基本工况为大坝承载力结构设计控制工况；初步拟订的加固结构钢纤维混凝土标准试件抗拉强度平均值取4.0MPa时，大坝结构的抗拉强度复核结果是满足规范要求的；本次修改设计对钢纤维混凝土的力学指标局部调整后，取钢纤维混凝土标准试件抗拉强度平均值为3.5MPa情况下，基本工况计算主拉应力小于0.9MPa和特殊工况计算主拉应力小于3.0MPa时，大坝结构的抗拉强度复核结果也是满足规范要求的。对照《佛子岭连拱坝静、动力分析和抗震安全复核》计算成果，虽然静力计算工况，加固后垛墙主拉应力出现大于0.9MPa达到1.0MPa的区域，但范围不大，若将大于0.9MPa区域垛墙增设受力钢筋，成为钢筋钢纤维混凝土结构，则加固结构钢纤维混凝土标准试件抗拉强度平均值就可降低为3.5MPa。

两端拱的加固设计依据是：在水平面上截取单位长度，将拱作为支撑在垛墙上的半圆拱，按结构力学方法进行拱的结构内力计算，根据拱的计算内力进行结构配筋，配筋计算取钢纤维混凝土的强度等级为CF40，各项力学指标按本次修改设计取值，老混凝土结构各项力学指标根据《佛子岭连拱坝混凝土质量检测与评价报告》试验结果取值（相当于CF40）：轴心抗压强度设计值fc=19.5MPa，轴心抗拉强度设计值ft=1.80MPa，混凝土的弹性模量E=3.28×104MPa。Ⅱ级钢筋的弹性模量ES=2.0×105MPa，强度设计值fy=f′y=310MPa。结构设计考虑钢筋受拉，未考虑钢纤维混凝土的受拉性能。

综上所述，虽然将大坝加固钢纤维混凝土抗拉试件强度平均值降低为3.5MPa，通过调整局部垛墙加固结构型式（由钢纤维混凝土结构调整为钢筋钢纤维混凝土结构，并对钢筋钢纤维混凝土结构进行计算配筋），加固后的大坝结构极限承载力仍能满足规范要求。

根据工程经验，在老混凝土上浇筑混凝土，基面处理和养护都正常情况下，结合面粘结强度一般能达到老混凝土轴拉强度的2/3，喷射施工较模注施工还可提高20%～40%，根据《佛子岭连拱坝混凝土质量检测与评价报告》的试验结果，老混凝土的劈拉强度平均值为2.53MPa，故结合面粘结强度模注施工可取1.68MPa，喷射施工可取2.0MPa。鉴于结合面难以粘结完好，为确保整体，另增设结合面间连接锚筋。为了使加固贴厚的钢纤维混凝土与大坝垛墙老混凝土形成整体结构，新老混凝土必须可靠联结。根据钢纤维混凝土的现场试验结果，推荐配合比的混凝土混合料不论是喷射成型还是模注成型，新老混凝土粘结强度（轴拉试验）普遍较小，因此，必须采取相应的工程措施。提高新老混凝土粘结强度，增强新老混凝土结合面连接的方法主要有：加强对老混凝土基面的凿毛、清洗处理工作；加强混凝土振捣及养护工作；进一步优化混凝土配合比和在混凝土中添加内部养护剂；采用在粘结面涂刷界面剂或在新老混凝土间增加连接锚筋等。鉴于新老混凝土结合面难以完全结合良好，为确保连接可靠，设计考虑采取在垛墙加固部位增设新老混凝土结合面的连接锚筋，同时为使老混凝土结构通过锚筋与新混凝土结构连接成为整体，在新混凝土内适当布置构造钢筋的处理方案。对大坝垛墙部位，根据工程经验初步估算，需增加连接锚筋共计12.2万根（φ20mm×800mm，插入老混凝土300mm），构造钢筋制安298.5t。

（2）施工中钢纤维混凝土的主要性能指标确定。钢纤维混凝土的抗压、抗折、劈拉强度等是其基本性能，而韧度指标是本次加固需要充分利用的重要特性，这些试验结果的有关指标也均满足设计要求。汇总上述抗拉强度指标的调整结果，施工中钢纤维混凝土各项力学指标的设计要求见表2.33。

表2.33　钢纤维混凝土施工中各项力学参数控制要求

①喷射工艺施工可取2.0MPa。
②喷射工艺施工可取1.67MPa。

此外，增设的钢纤维混凝土早期应具有一定膨胀性能，以产生自应力，补偿混凝土早期的收缩变形。总结试验成果，经初步分析计算，提出其变形特性要求见表2.34。

表2.34　钢纤维混凝土施工中干缩率和限制膨胀率的控制要求

经理论分析和室内及现场试验研究以及优化配合比试验，佛子岭水库连拱坝采用钢纤维混凝土加固加厚垛墙和部分拱的技术是可靠的。钢纤维混凝土施工垛内采用模注工艺、两端拱采用喷射工艺的方案经济合理、技术可靠、质量有保证。