堆石壩面板裂縫成因及防控措施

（貴州省水利投資（集團）有限責(zé)任公司）

堆石壩面板裂縫成因及防控措施

□豐啟順

（貴州省水利投資（集團）有限責(zé)任公司）

混凝土面板堆石壩壩型對地質(zhì)、地形適應(yīng)性強，設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單、填筑速度快，工程造價低，近年來在貴州省水利水電工程中應(yīng)用越來越廣泛，此種壩型在同期新開工的水利項目中比例高達68%左右。但面板堆石壩施工中，混凝土面板裂縫一直都是難以解決的施工技術(shù)難題，或多或少均存在不同程度的面板裂縫。文章側(cè)重從混凝土面板裂縫產(chǎn)生原因進行分析，根據(jù)裂縫產(chǎn)生原因提出相應(yīng)的預(yù)防和控制措施，以盡量避免裂縫的產(chǎn)生。

面板堆石壩；面板裂縫；成因分析；防控措施

1 混凝土面板裂縫產(chǎn)生的原因及分類

1.1 外因產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)性裂縫

由于混凝土面板為混凝土薄壁結(jié)構(gòu)，在外力作用下會出現(xiàn)變形或產(chǎn)生裂縫，常被稱為結(jié)構(gòu)型裂縫。其主要形成原因是由于堆石壩面板支撐體在自重和施工期反向水壓力等外力作用下出現(xiàn)不均勻的沉降與位移，導(dǎo)致面板和墊層之間脫空，改變了面板受力條件而發(fā)生裂縫。

通過大量的工程實踐經(jīng)驗，總結(jié)得出結(jié)構(gòu)性裂縫具有一些特點，主要是分布在周邊縫附近平行于趾板的彎曲性裂縫，主要原因是該部位處于岸坡接觸帶，由岸坡較結(jié)實的原基巖逐步過渡到新填筑會變形的堆石體，產(chǎn)生不同的墊層料變形影響而產(chǎn)生。另外一部分裂縫出現(xiàn)在河床段壩體頂部呈水平狀的裂縫，主要是因為壩體基礎(chǔ)和堆石區(qū)材料填筑碾壓及自然沉降緩慢變化，碾壓質(zhì)量不均衡產(chǎn)生不均勻沉降，受降雨影響或岸坡地下水滲透影響程度不同等產(chǎn)生的裂縫。

1.2 內(nèi)因產(chǎn)生的非結(jié)構(gòu)性裂縫

混凝土面板收縮變形引起的開裂，面板混凝土由于自身和環(huán)境的變化等因素要產(chǎn)生收縮變形，當(dāng)面板收縮變形受到內(nèi)、外約束的限制時，在面板內(nèi)產(chǎn)生拉應(yīng)力超過混凝土的極限抗拉強度時就會產(chǎn)生裂縫。這種裂縫的產(chǎn)生不僅與收縮變形大小有關(guān)，而且與約束的強弱有關(guān)，主要有高齡期水化熱溫降階段混凝土收縮而引起的干縮裂縫；面板混凝土由于厚度較小，暴露面大，對環(huán)境溫度變化比較敏感?；炷帘旧磲尫懦龃罅康乃療?，引起混凝土膨脹，混凝土內(nèi)部與外界溫差過大而引起的溫差裂縫，如：季節(jié)溫差、晝夜溫差；混凝土澆筑完畢水分過早蒸發(fā)而導(dǎo)致的收縮裂縫，這類裂縫多呈水平分布，且裂縫間距大小不一。

2 混凝土面板裂縫預(yù)防和控制措施

2.1 堆石體填筑質(zhì)量控制

堆石體填筑碾壓施工中，應(yīng)認(rèn)真分析大壩填筑施工特點，有針對性地對容易出現(xiàn)混凝土面板裂縫的施工部位進行嚴(yán)格的質(zhì)量控制，控制填筑層厚、碾壓遍數(shù)、灑水量和碾壓密實度。填筑時應(yīng)盡量采取全斷面的平起填筑上升方式，從而避免先后施工出現(xiàn)填筑料不均勻沉降的效果。大壩填筑碾壓前，需要進行碾壓試驗，嚴(yán)格控制施工參數(shù)與壓實指標(biāo)。針對施工的重點區(qū)域，需要埋設(shè)大壩觀測儀器進行定期觀測沉降。大壩填筑到壩頂后，需要經(jīng)過一定時間的自然沉降后再進行面板澆筑，沉降時間一般不得少于3個月，同時還需分析大壩沉降觀測數(shù)據(jù)達到收斂條件。

2.2 墊層料質(zhì)量控制

墊層是直接和面板混凝土接觸并支撐面板填筑區(qū)，墊層區(qū)的沉降、脫空及擠壓邊墻強度高低，直接影響和約束到面板。面板混凝土收縮變形受到約束形成拉應(yīng)力，拉應(yīng)力過大就會形成裂縫。因此需在面板混凝土下部的墊層進行低強度、低彈模的面層防護措施，如：碾壓砂漿護坡、噴乳化瀝青、擠壓邊墻等來減少基礎(chǔ)約束和應(yīng)力；減少或在澆筑混凝土?xí)r割除掉面板架立鋼筋；避免出現(xiàn)局部的凸凹不平或護坡表面粗糙造成面板柔性降低而降低其抗拉能力。

2.3 科學(xué)合理選配原材料

2.3.1 外加劑的選擇

一般情況下，需要在面板混凝土中摻入引氣劑與減水劑，從而提升混凝土的和易性和抗裂性。這種條件下，不同品牌的外加劑在面板混凝土的抗裂性能有較大差別。在混凝土施工之前，要結(jié)合設(shè)計、施工的特點，選取合理的外加劑類型，進行配合比試驗，從中選取合適的外加劑。

2.3.2 水泥的選擇

面板混凝土應(yīng)選取水化熱較低、干縮性能較小，且不摻入或少量摻入礦渣的普通硅酸鹽水泥。分局摻入活性材料的多少，還可以選取硅酸鹽水泥。通過高標(biāo)號選用的水泥少于低標(biāo)號，對混凝土的干縮性有較好的效果。

2.3.3 摻加優(yōu)質(zhì)粉煤灰

優(yōu)質(zhì)分粉煤灰中含有較多微珠顆粒，這種材料摻入到混凝土中，能夠降低水泥的需水量，提高混凝土面板的抗?jié)B性能，減少干縮效果。通過研究的不斷深入，以及粉煤灰收集工藝的提升，目前混凝土面板堆石壩工程需要摻入15%～30%的優(yōu)質(zhì)粉煤灰以替代部分水泥的例子，混凝土面板澆筑后均取得較好防裂效果。

2.3.4 骨料的選擇

為減少面板混凝土因溫度和干縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力，提高其抗裂性，應(yīng)盡量采用熱膨脹系數(shù)小的母巖生產(chǎn)的人工骨料或天然骨料，使因溫度變化而引起的拉應(yīng)力和拉應(yīng)變盡量的小。關(guān)于砂的粗細程度，規(guī)范規(guī)定細度模數(shù)在2.50～2.80的砂為宜，若選材困難或成本較高，導(dǎo)致砂的細度模數(shù)無法滿足這一條件時，應(yīng)通過試驗論證可行后才能使用。

2.4 混凝土生產(chǎn)和運輸質(zhì)量控制

生產(chǎn)混凝土必須要有先進的混凝土拌合設(shè)備，配置精確的稱量儀器設(shè)備，保證混凝土拌合時水泥、粉煤灰、外加劑等摻量的準(zhǔn)確度，才能保證混凝土和易性、坍落度等指標(biāo)滿足澆筑工藝的需要。運輸距離不得太遠，運輸?shù)缆芬教?，以最少的運轉(zhuǎn)次數(shù)、最短的時間從攪拌地點運至澆筑地點，保證運輸時間不應(yīng)超過混凝土的初凝時間。

2.5 混凝土滑膜提升速度

在混凝土澆筑過程中，嚴(yán)格控制滑模提升速度，其速度與混凝土的和易性、坍落度、水泥凝結(jié)時間、氣溫等有非常密切的關(guān)系?；Ｌ嵘俣纫蚓C合考慮這些因素，選擇一個最佳的提升速率；提升時應(yīng)平穩(wěn)、均衡上升，提升速度與澆筑強度、脫模時間相適應(yīng)，不能過快或過慢，一般控制在1.50～2.50 m/h。太快可能出現(xiàn)流淌和鼓包，太慢可能引起混凝土表面拉裂，也會造成模體與混凝土的損傷。

2.6 面板澆筑的溫控及養(yǎng)護措施

天氣和氣溫對面板混凝土澆筑影響很大，氣溫較高時澆筑混凝土溫度較高，混凝土初凝和終凝時間短，硬化快強度上升快，施工速度也快，但混凝土表面的水分會迅速蒸發(fā)，表面覆蓋和灑水養(yǎng)護不及時易出現(xiàn)裂縫。為了有效降低裂縫產(chǎn)生，混凝土澆筑終凝后，應(yīng)及時采取有效的溫控和保濕等養(yǎng)護措施控制施工溫度，最佳溫度在22℃左右，濕度應(yīng)控制在70%以上。通過有效的養(yǎng)護，能夠增加混凝土強度，降低干縮混凝土效果，防止出現(xiàn)裂縫。當(dāng)養(yǎng)護濕度在70%時，濕度為90%的混凝土干縮性小。

2.7 采取措施控制壩體內(nèi)水壓力

混凝土面板澆筑完成自然形成防水帷幕后，一般都要經(jīng)歷雨季和汛期，一旦壩體兩岸坡及下游地下水高于上游面水位對面板產(chǎn)生向上游的推力，水壓力達到一定程度，產(chǎn)生的推力會使趾板周邊縫、面板縫擊穿，甚至將抬升、折斷、錯位、脫空等。所以設(shè)計上一定要設(shè)置反壓排水管，保證蓄水前排水通暢，嚴(yán)格控制上、下游水位差達到平衡。

3 天門河水庫混凝土面板壩的裂縫和變形處理實例

2007年1月該工程恢復(fù)施工前，對已澆筑成的9塊混凝土面板裂縫及脫空檢查發(fā)現(xiàn)面板裂縫共計73條，縫長0.50～15 m不等，其中＞0.20 mm的21條（高程▽963.50 m以上8條），＜0.20 mm的52條。其中高程▽963.50 m以下約1 m范圍內(nèi)有平行于壩軸線的橫向裂縫，縫寬0.50～7 mm、縫長0.50～15 m，且為貫穿性裂縫。面板裂縫分布見圖1。

圖1 天門河水庫大壩面板裂縫平面圖

3.1 面板裂縫和變形的處理

3.1.1 ＜0.20 mm的裂縫處理

裂縫表面清理后，用角向磨光機對裂縫兩側(cè)各10 cm范圍進行打磨，除去表面的浮塵和雜質(zhì)后，刮涂2道PUA涂料進行處理。

3.1.2 ＞0.20 mm的裂縫處理

裂縫表面清理后，用角向磨光機對裂縫兩側(cè)各10 cm范圍進行打磨，除去表面的浮塵和雜質(zhì)后，用HK—61低粘度環(huán)氧粘帖灌漿合，灌漿合間距為20～50 cm。再用環(huán)氧涂料刷涂整條縫面兩遍，以封閉裂縫表面。待封縫材料達到一定強度后，自下而上灌注HK—G環(huán)氧灌漿液，灌漿壓力控制在0.30～0.50 MPa，直到不再有漿液灌入，屏漿5 min后停止灌漿。

3.2 處理效果

面板和趾板混凝土裂縫處理完成后，遭遇了30 a一遇的洪峰。在洪水過后，對大壩進行全面檢查，混凝土面板和趾板都完好無損。壩內(nèi)埋設(shè)的觀測儀器顯示，大壩一切正常，觀測數(shù)據(jù)都在正常范圍。

4 總結(jié)

混凝土面板澆筑質(zhì)量受較多因素和環(huán)節(jié)的影響易產(chǎn)生裂縫，目前也無相應(yīng)的施工技術(shù)措施或手段來徹底解決此問題。為盡量避免和減少混凝土面板裂縫產(chǎn)生，減少裂縫處理帶來的麻煩及對工程質(zhì)量影響，還需從面板混凝土自身的薄壁結(jié)構(gòu)受力特性、混凝土使用的原材料、施工工藝、混凝土溫度控制、大壩沉降特點等各方面進行廣泛的探索和研究；同時要不斷總結(jié)混凝土面板裂縫產(chǎn)生和處理的經(jīng)驗教訓(xùn)，尋找到最佳的解決辦法。

［1］何朝陽，呂勝勇.混凝土面板堆石壩面板裂縫成因及處理對策［J］.黑龍江科技信息，2009（1）.

［2］翁國華.混凝土面板堆石壩面板裂縫成因與防治措施［J］.水利科技與經(jīng)濟，2009（2）.

TV641.43

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1673-8853（2017）04-0047-02

2017-2-8

編輯：劉青

豐啟順（1976.8-），男，高級工程師，主要從事水利工程項目建設(shè)管理、質(zhì)量安全監(jiān)督、質(zhì)量檢測等。