兩河口水電站心墻蓋板混凝土裂縫控制研究

(中國水利水電第五工程局有限公司，成都，610066)

1 工程概況

兩河口水電站為雅礱江中下游的龍頭電站。壩高295m，水庫正常蓄水位2865m，總庫容107.67億m3，裝機容量300萬kW。大壩心墻核心區(qū)域設(shè)置有厚1.0m的大體積混凝土蓋板，混凝土總量共計約7.6萬m3。其中河床廊道混凝土5763m3，河床水平段蓋板混凝土7408m3，左右岸蓋板混凝土6.3萬m3。大壩心墻蓋板混凝土施工質(zhì)量直接影響整個水電站擋水工程的質(zhì)量。

壩區(qū)主要分布砂質(zhì)板巖，板巖混凝土骨料存在細骨料石粉含量高，粗骨料裹粉高，且富含大量游離石灰等特點?；炷僚浔扔盟枯^同類工程高30kg～40kg、膠材用量高60kg～80kg，導致混凝土溫度升高，混凝土內(nèi)外溫差大，容易形成裂縫等問題。從而影響心墻蓋板混凝土的整體性、抗?jié)B性和耐久性能，為建筑物后期運行留下重大安全隱患。

為有效控制兩河口水電站大壩心墻蓋板混凝土裂縫的產(chǎn)生，兩河口水電站在施工過程中主要研究，在外界條件相同且嚴格控制施工工藝、養(yǎng)護條件的條件下，對不同配合比和不同配筋方式進行組合試驗研究，得出一種產(chǎn)生裂縫最少的最優(yōu)組合方式。

2 裂縫分類及成因

大體積混凝土裂縫一般可以分為荷載裂縫和變形裂縫。荷載裂縫又可以分為外荷載裂縫和荷載次應力裂縫；變形裂縫也可以分為材料自身變形裂縫和結(jié)構(gòu)變形裂縫。

(1)在荷載作用下，結(jié)構(gòu)的強度、剛度或穩(wěn)定性不夠而出現(xiàn)的裂縫稱為荷載裂縫。這類裂縫主要是由于混凝土早期抗拉強度和彈性模量低，在外部荷載的作用下導致結(jié)構(gòu)變形，從而出現(xiàn)裂縫。

(2)由于溫度、收縮、不均勻沉降等所引起的裂縫稱為變形裂縫。這類裂縫是混凝土開裂的主要原因，具體原因如下：

①混凝土的收縮：收縮是混凝土的一個主要特征，對混凝土的性能有很大影響。由于收縮而產(chǎn)生的微觀裂縫一旦發(fā)展，則有可能引起結(jié)構(gòu)的開裂、變形甚至破壞。

②溫度應力：混凝土內(nèi)的水泥在水化反應過程中散發(fā)出大量熱量，使混凝土升溫，并與外部氣溫形成一定的溫差，從而產(chǎn)生溫度應力，其大小與溫差有關(guān)，并直接影響到混凝土的開裂及裂縫的寬度。

③配筋情況：配筋間距大，配筋率小的混凝土結(jié)構(gòu)開裂多。無筋混凝土比有筋混凝土開裂多。鋼筋的大小、間距、位置，保護層過大或過小都有可能導致混凝土開裂。

④混凝土材料及配合比：配合比設(shè)計不當，直接影響混凝土的抗拉強度，是造成混凝土開裂不可忽視的原因。配合比不當指水泥用量過大，水灰比大，含砂率不當，骨料種類不佳，選用外加劑不當?shù)?，這幾個因素也是互相影響的。

⑤養(yǎng)護條件：養(yǎng)護是使混凝土正常硬化的重要手段。養(yǎng)護條件對裂縫的出現(xiàn)有著關(guān)鍵的影響。在標準養(yǎng)護條件下，混凝土硬化正常，不會開裂，但是只適應于試塊或是工廠的預制件生產(chǎn)，現(xiàn)場施工中不可能擁有這種條件。現(xiàn)場混凝土養(yǎng)護越接近標準條件，混凝土開裂的可能性就越小。

⑥施工質(zhì)量：混凝土澆筑施工中，振搗不均勻或是漏振等情況，會造成混凝土離析、密實度差，降低結(jié)構(gòu)的整體強度?；炷羶?nèi)部氣泡不能完全排除時，鋼筋表面的氣泡則會降低混凝土與鋼筋的粘結(jié)力。鋼筋若受到過多振動，則水泥漿在鋼筋周圍密集，也會大大降低粘結(jié)力。

解決大體積混凝土在施工過程中的裂縫是國際上的一個難題。許多國家都成立了專門的研究機構(gòu)，理論成果頗多，但在工程實踐中仍然缺乏成熟和實用的理論依據(jù)，一些規(guī)范和規(guī)程尚不能完全解決現(xiàn)實設(shè)計和施工中提出的問題。所以，面對如此復雜的工作，在實際施工中應十分慎重，否則容易出現(xiàn)事故，造成不必要的損失。組織大體積混凝土結(jié)構(gòu)施工，在模板、鋼筋和混凝土工程方面有許多技術(shù)問題要逐個解決。目前，國內(nèi)外對機械荷載引起的開裂問題研究得較為透徹。而對溫度、荷載引起的有關(guān)裂縫的研究尚不充分，應對此加以重視，防止危害結(jié)構(gòu)的裂縫產(chǎn)生。

3 配合比及配筋情況

3.1 配合比

配合比設(shè)計不當，直接影響混凝土的抗拉強度，是造成混凝土開裂不可忽視的原因。配合比不當指水泥用量過大，水灰比大，含砂率不當，骨料種類不佳，選用外加劑不當?shù)?，這幾個因素也是互相影響的。

兩河口水電站大壩心墻蓋板混凝土在施工過程中共使用以下幾種通過試驗確定、并允許使用的配合比，見表1。

表1 混凝土配合比匯總

表注：水泥品種：峨勝P·M42.5水泥，粉煤灰摻量25%。外加劑品種：減水劑為江蘇博特高效減水劑、減水劑摻量0.7%、0.8%，引氣劑摻量0.26‰、0.22‰。塌落度70mm～90mm外加劑為萘系、塌落度120mm～140mm外加劑為聚羧酸。

3.2 配筋情況

配筋不恰當、間距大，配筋率小的混凝土結(jié)構(gòu)開裂多。無筋混凝土比有筋混凝土開裂多。鋼筋的大小、間距、位置也要正確，保護層過大或過小都有可能導致混凝土開裂。

兩河口水電站大壩心墻蓋板混凝土鋼筋網(wǎng)片經(jīng)過與業(yè)主、設(shè)計溝通、允許后，共采用兩種型號、兩種間距布置形式進行混凝土澆筑施工并對比研究，即：一種為φ12@12.5(φ12螺紋鋼、間排距為12.5cm)；另外一種為φ16@20(φ16螺紋鋼、間排距為20cm)。

4 組合搭配

根據(jù)上述三種不同配合比及兩種不同的配筋情況進行兩兩組合，共組合出6種不同情況，主要研究在不同水泥、外加劑用量及不同面層鋼筋、間距情況下，混凝土所產(chǎn)生裂縫的情況，詳見表2。

表2 不同配合比與不同配筋情況組合統(tǒng)計

說明：表中三種不同配合比均是通過前期試驗并通過監(jiān)理復核后允許使用的配合比。表中的兩種不同配筋情況是根據(jù)設(shè)計藍圖及設(shè)計通知的相關(guān)要求執(zhí)行。

5 裂縫控制情況

兩河口大壩心墻蓋板混凝土從2016年4月正式開始至2017年7月結(jié)束，通過多次對不同配合比及不同配筋情況進行試驗研究，蓋板混凝土施工進度及施工質(zhì)量均滿足相關(guān)要求，所產(chǎn)生的裂縫均按照設(shè)計要求及批復的混凝土缺陷方案中的相關(guān)內(nèi)容進行處理。

按照不同組合情況進行混凝土澆筑施工后，對所有混凝土均進行了缺陷(裂縫)排查，裂縫情況統(tǒng)計見表3。

表3 不同組合情況混凝土裂縫統(tǒng)計

根據(jù)對兩河口大壩心墻已完成混凝土進行裂縫統(tǒng)計、分析，得出數(shù)據(jù)見表4。

表4 混凝土裂縫統(tǒng)計分析對比

6 結(jié)論

兩河口水電站工程通過對施工工藝、養(yǎng)護條件等對混凝土產(chǎn)生裂縫的因素進行嚴格控制的前提下，對不同配合比和不同配筋方式進行組合試驗研究，最后得出使用C25W10F100混凝土、塌落度70mm～90mm、水泥用量為255kg、減水劑用量為2.38kg、引氣劑為0.088kg的配合比與配筋為φ16@20的組合方式所產(chǎn)生的裂縫比例最小。使用該配合比與配筋情況的組合方式，保證了混凝土施工質(zhì)量，也大大減少了后期混凝土缺陷處理工作，同時也大大減少了成本投入，故該種配合比與配筋在兩河口大壩心墻蓋板混凝土已全面運用，后續(xù)心墻混凝土在該配比和配筋參數(shù)下已全部順利施工完成。

通過對兩河口水電站大壩心墻蓋板混凝土不同配合比與配筋進行組合試驗研究，最終對方案進行擇優(yōu)選取，大大減少了蓋板混凝土裂縫的產(chǎn)生，不僅保證了施工質(zhì)量與進度，同時也為項目贏得了經(jīng)濟效益，為電站后期運行提供有效的安全保障。

兩河口水電站大壩心墻蓋板混凝土裂縫的研究與應用，為后續(xù)類似混凝土工程施工提供了寶貴的經(jīng)驗，相信在將來的類似混凝土工程設(shè)計、施工建設(shè)時，在總結(jié)本工程經(jīng)驗的同時，能較好地解決混凝土產(chǎn)生裂縫的施工難題，確保工程建設(shè)有序推進與目標實現(xiàn)。