德澤水庫面板裂縫控制初探

鄭沖泉，成小東

（1.云南水投牛欄江滇池補水工程有限公司，云南 昆明 650051；2.云南建工水利水電建設有限公司，云南 昆明 650041）

德澤水庫面板裂縫控制初探

鄭沖泉1，成小東2

（1.云南水投牛欄江滇池補水工程有限公司，云南 昆明 650051；2.云南建工水利水電建設有限公司，云南 昆明 650041）

混凝土面板與其他混凝土結構一樣，在硬化過程和硬化后都會因混凝土干縮、溫度變化及地基沉降等產(chǎn)生不同程度的裂縫，高面板壩面板裂縫的控制尤為重要，關系到地面防滲系統(tǒng)的成敗及大壩的安危。文章通過對德澤水庫面板裂縫控制進行探討，以期對同類工程有所借鑒。

德澤水庫；面板裂縫；初探

1 工程概況

德澤水庫大壩為面板堆石壩，壩頂高程 1796.30 m，最大壩高 142m，壩頂長 386.9m，頂寬 12.0 m。大壩上游壩坡坡比 1∶1.4，下游坡采用上緩下陡布置，1796.3～1766.3m 壩坡為 1∶1.6；1766.3～1713.3 m 壩坡為 1∶1.5；1713.3m 以下壩坡均為 1∶1.45，并在 1766.3m 和 1713.3m 高程處 分 別 設 3m寬馬道。大壩地震設計烈度為 9°。

混凝土面板總面積 54716m2，單塊最大長 235 m。面板設縱縫分塊，河床段每塊寬 12m，共 17 塊，兩岸邊塊寬 8m，共 24 塊。分兩期施工，一期面板澆筑至 1725m，二期面板澆筑至 1793.5m。

2 裂縫產(chǎn)生原因

混凝土面板與其他混凝土結構一樣，在硬化過程和硬化后都會因混凝土干縮、溫度變化及地基沉降等產(chǎn)生不同程度的裂縫。而混凝土面板的結構型式、邊界條件等比其他混凝土結構存在有較大的差異，這種差異使面板裂縫受混凝土干縮、溫度變化及地基沉降的影響更大。

由于混凝土面板本身及外在環(huán)境的復雜性，這兩種裂縫的存在成為面板固有的特性，對面板危害很大，同時危及大壩安全，應針對不同的裂縫成因，采取相應的技術措施，力求最大限度地減少或避免裂縫發(fā)生。

3 裂縫防控措施

3.1 精心設計

混凝土面板是面板壩防滲的主體結構，位于壩體的上游表面，根據(jù)應力應變分析表明，面板大部分區(qū)域為受壓區(qū)，受拉區(qū)分布在周邊縫處和面板頂部較小區(qū)域。面板厚度頂部采用 0.3m，河床底部厚 0.8m，中間按直線變化。

為限制裂縫的發(fā)生或擴展，設計采取以下措施：

1）根據(jù)壩址地形地貌及地質條件，合理分縫分塊，改善面板的應力狀態(tài)，將面板垂直分成41塊。受拉區(qū)面板寬 8m，其余部位面板寬 12m。為避免面板間縫由于硬接觸使得面板混凝土受擠壓破壞的現(xiàn)象，在縫間填充 5mm 的高密緩沖隔板。

面板單塊最大長度 235m，為改善面板的應力應變條件，在一期面板頂部 1725m 處設一條水平施工縫，澆筑二期面板混凝土之前，施工縫的縫面經(jīng)鑿毛處理，清理干凈，縫面用水濕潤，鋪一薄層高強度砂漿，面板鋼筋穿過縫面。

因擠壓邊墻后堆石體的沉降變形，已澆筑面板與擠壓邊墻表層間或多或少均存在脫空現(xiàn)象，為減小面板的變形開裂，在一、二面板頂部均采用采用低標號、低壓縮性的水泥、粉煤灰。水泥∶粉煤灰=1∶4，灌注密實，2 期共灌注水泥 46.2t，粉煤灰184.8t。

2）面板混凝土的抗拉強度及極限拉伸值的大小對面板抗裂性能影響較大，而混凝土強度等級的高低與抗拉強度及極限拉伸值呈正比例關系。因此，面板混凝土抗壓強度等級為 C30，極限拉伸不小于 1×10-4。

3）面板近縫部位全面設置加強筋，在靠周邊縫、垂直縫范圍及面板分期施工縫附近布置雙層鋼筋，以抵抗這些部位可能產(chǎn)生的不均勻變形；根據(jù)審查意見，1B 料頂高程 1700m 以上表層設溫度限裂筋。

4）將面板下伏的支撐面擠壓邊墻與垂直縫對應部位切槽、擠壓邊墻表面噴涂乳化瀝青、割斷面板鋼筋架立筋等措施減弱擠壓邊墻對面板的約束。

3.2 原材料優(yōu)選

1）水泥

參照國內外已建面板壩的成功經(jīng)驗及配合比試驗，采用云南省宣威宇恒水泥有限公司生產(chǎn)的P.O42.5 級中熱普通硅酸鹽水泥，即 3d 水化熱219J/g，7d 水化熱 285J/g。為保證水泥性能的穩(wěn)定性，根據(jù)每期用量，對生產(chǎn)廠家提出中熱及少批次指標，適當提前專窯集中生產(chǎn)專庫儲存，每庫不少于 2500t，專門供面板使用。

2）粉煤灰

采用云南省宣威共創(chuàng)實業(yè)粉煤灰公司生產(chǎn)的Ⅰ級F類粉煤灰。優(yōu)質粉煤灰中含有大量微珠顆粒，摻入混凝土中能減少水泥的需水量，能降低混凝土的彈性模量，降低水化熱，提高混凝土后期極限拉伸值。

該工程摻加 20%的優(yōu)質Ⅰ級 F 類粉煤灰以替代部分水泥，既節(jié)約了水泥，又提高了面板的抗?jié)B性，從而提高了抗裂性能。

3）粗細骨料

為減少面板混凝土因溫度和干縮產(chǎn)生的拉應力，提高其抗裂性，采用熱膨脹系數(shù)小的灰?guī)r生產(chǎn)骨料，使因溫度變化而引起的拉應力和拉應變盡量的小。

為降低石粉含量，砂全部采用水洗砂，細度模數(shù) FM=2.5～3.0。粗骨料采用二級配，小石∶中石= 45∶55，以提高混凝土的抗分離能力。

4）外加劑

采用云南山峰工貿有限公司生產(chǎn)的 SFK 引氣劑和 SFG 緩凝減水劑，根據(jù) GB8076-2008 標準，外加劑所檢項目符合標準規(guī)定的要求，均具備提高混凝土工作性的功能。

5）聚丙烯纖維

混凝土中摻適量的纖維，能很好地抑制混凝土早期塑性收縮，有一定的阻裂、增韌能力。由于混凝土中微裂縫的存在是其本身固有的一種物理性質，宏觀裂縫是微觀裂縫擴展的結果，摻用聚丙烯纖維是從源頭控制微觀裂縫的生成。

在一二期面板混凝土中均采用江蘇射陽絲鼎纖維制造有限公司生產(chǎn)的聚丙烯纖維（單絲型），該纖維彈性模量較大，便于和混凝土協(xié)調變形。根據(jù)有關試驗表明：0.9kg/m3是一個比較合適的摻量。

3.3 配合比優(yōu)化

通過大量配合比試驗及借鑒其它工程成功經(jīng)驗，面板混凝土采用中熱水泥、Ⅰ級 F 類粉煤灰、高性能減水劑和引氣劑、混摻聚丙烯纖維。

根據(jù)混凝土性能試驗結果，并參考其他工程資料，推薦 C30配合比為每立方米混凝土中各種材料用量：水膠比 0.40,20%粉煤灰摻量 66kg，砂率 37%，聚丙烯纖維摻量 0.9kg ，水 132kg，水泥264kg，砂 717kg，小石 549kg，中石 672kg，引氣劑 0.066kg，高效減水劑 2kg。

施工過程中加強骨料的跟蹤檢測，及時掌握骨料的變化情況，對施工配合比用量進行調整，使調整后的材料用量符合配合比設計用量，同時重點控制細骨料的表面含水率及骨料的超遜徑含量調整。

3.4 施工措施

1）優(yōu)化施工程序，采用“壩體變形時空預沉降控制法”和“反抬法”控制壩體后期變形，從施工工藝上減小面板出現(xiàn)結構裂縫的可能。

2）合理選擇面板澆筑時機，2 期面板均選擇在少雨和氣溫相對適宜的 3～4 月，氣溫相對較高的5～6 月采取骨料遮陽及拌合用水加冰等措施降低不利天氣的影響。

3）設置壩體填筑與對應部位面板澆筑超高值，盡量減輕大壩上升對已澆面板的影響，經(jīng)論證和借鑒其他工程經(jīng)驗，一期面板澆筑頂高程 1725m與填筑高程 1745m 相差 20m，這樣可避免面板頂部與堆石體之間的不協(xié)調變形，改善面板的受力條件，避免或減少面板脫空與裂縫產(chǎn)生。

4）設置預沉降期，每期面板澆筑前，澆筑部位的壩體均有不少于3個月的預沉降期，以降低附加沉降對面板的影響。

4 面板混凝土質量控制

1）原材料配料準確與否是面板裂縫控制的又一重要環(huán)節(jié)，為此，所有拌合站都安裝了經(jīng)質量技術監(jiān)督局率定的自動稱量系統(tǒng)，保證原材料稱量準確。

2）加強面板混凝土拌合的均勻性，以保證其面板有較高的延伸性，以提高抗裂性能。為保證纖維分布均勻，同時也能提高拌和效率，拌和系統(tǒng)所用攪拌設備為強制式拌和機。根據(jù)現(xiàn)場試驗，夜晚和溫度相對低時，坍落度 3～5cm 時，強制拌和 150s，白天和溫度相對高時，坍落度 5～7cm 時，強制拌和 120s，混凝土均能拌和均勻。

3）為保證混凝土在運送過程中不致發(fā)生分離、漏漿、嚴重泌水或過多降低坍落度，盡量減少轉運時間，以便生產(chǎn)的混凝土在最短的時間內入倉澆筑。二期面板澆筑時，總結一期經(jīng)驗，在右岸壩頭建拌合站，運距小于 400m，同時用小型農用車運送，可以盡量降低坍落度，使其保持在 3～5cm 間，保證了混凝土的質量。

入倉混凝土及時振搗，以使混凝土密實并緊貼擠壓邊墻。鋪料間隙時間符合要求，無初凝現(xiàn)象，以免造成施工冷縫而留下產(chǎn)生裂縫隱患。

4）面板的養(yǎng)護，特別是面板的早期養(yǎng)護，對防止面板裂縫尤為重要。養(yǎng)護好的混凝土面板，除強度增長較快外，還可降低因干縮產(chǎn)生裂縫的程度。

為防止面板裂縫，面板自拉模起就應加強養(yǎng)護和保護。拉模抹面處理后覆蓋土工布并灑水養(yǎng)護，面板澆筑期可在土工布上灑水養(yǎng)護，面板澆筑結束可采用灑水花管進行自流養(yǎng)護，時間不少于3個月或養(yǎng)護至水庫蓄水。

5 面板裂縫檢查情況及處理

面板澆筑完畢后，對所有面板進行了全面調查，一期面板 1725m 以下，裂縫寬度在 0.25～0.34 mm 之間，二期面板 1725～1793.5m，裂縫寬度在0.30～0.46mm 之間，主要分布在 MB14～MB34上，無貫穿性裂縫。

根據(jù)裂縫寬度和是否貫穿，采用“內填外堵、多層設防、復合防水”多重措施相結合的修補方案。

裂縫處理要求主要是防滲堵漏和補強加固。防滲堵漏要求縫內化灌后，充填密實，充填物有較高的抗?jié)B性和抗老化性能，能阻止外來水汽碳化混凝土和銹蝕鋼筋，滿足結構耐久性和安全運行。補強加固要求縫面漿液固化后，與兩側混凝土有較高的粘結強度，最終恢復混凝土結構的整體性。

所有面板出現(xiàn)的裂縫，在蓄水前均按設計要求進行了處理。

6 結語

1）混凝土原材料是影響混凝土抗裂性能的內在因素，主要包括水泥品種、膠凝材料用量、摻合料種類及摻量、外加劑及骨料品種等，而養(yǎng)護制度及環(huán)境條件是影響混凝土抗裂性能的外在因素。

2）通過選擇配合比、外加劑、合適的施工期，及時養(yǎng)護等綜合措施，可減少面板溫度裂縫。

3）面板結構裂縫主要是由大壩變形過大、沉降不均勻等原因引起的，解決辦法只能通過提高大壩堆石干密度、把好填筑碾壓質量關、預留足夠的沉降期等措施來控制。

［1］楊啟貴，劉寧，孫役，熊澤斌.水布埡面板堆石壩筑壩技術［R］，北京：中國水利水電出版社，2010.

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