泄洪閘溢流面混凝土防裂技術(shù)研究

翟景科 吳川花

摘 要：黃河大河家水電站位于青海省民和縣官亭鎮(zhèn)與甘肅省積石山縣大河家鎮(zhèn)交界的黃河干流河段上，該電站泄洪閘溢流面設(shè)計(jì)為渥奇曲線，并且混凝土標(biāo)號為C40，通過對黃河上游幾個(gè)類似電站調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該類溢流面普遍都存在裂縫，后經(jīng)裂縫處理基本能夠滿足電站蓄水要求，但裂縫處理的代價(jià)均較大，產(chǎn)生了工程預(yù)算之外的處理費(fèi)用。本文就大河家水電站溢流面防裂技術(shù)進(jìn)行研究，盡量減少裂縫的產(chǎn)生，為電站的建設(shè)把好質(zhì)量關(guān)和效益關(guān)。

關(guān)鍵詞：水電站；泄洪閘；溢流面；防裂技術(shù)

1 工程概況

大河家水電站是黃河龍羊峽—青銅峽河段水電開發(fā)規(guī)劃中的第12個(gè)梯級電站，上游約5.8km是正在建設(shè)的積石峽水電站，下游約11km是在建的炳靈水電站庫尾。大河家水電站工程屬三等中型工程，主要開發(fā)任務(wù)是發(fā)電。樞紐主要由河床式電站廠房、泄洪閘、左、右岸土石壩等建筑物組成。電站等別為三等中型工程，主要建筑物級別為3級，電站總裝機(jī)容量142MW。

大河家水電站樞紐布置由左至右依次布置有左岸防滲墻、安裝間、電站廠房、導(dǎo)墻壩段、泄洪閘、右岸土石壩等建筑物。電站廠房為河床式廠房，主廠房前沿長度88.6m，上下游寬26m，安裝4臺(tái)GZ（928）-WP-700型燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)組。大河家水電站泄水閘為3孔平底泄洪閘，布置于電站廠房右側(cè)的主河床上，由引渠段、閘室段、消力池段、尾渠段、鋼筋籠海漫段組成，全長約238m。

2 溢流面混凝土裂縫成因分析

眾所周知，混凝土的硬化過程，是水泥發(fā)生水化作用的過程。水泥水化伴隨發(fā)熱的化學(xué)反應(yīng)，水化熱會(huì)使混凝土溫度升高，由水化熱引起的絕熱溫升可達(dá)三四十?dāng)z氏度?；炷潦遣涣紝?dǎo)體，導(dǎo)熱系數(shù)很小。大體積混凝土內(nèi)部溫度升高，散熱很慢，內(nèi)外溫差和溫度梯度過大，引起脹縮不均，產(chǎn)生溫度應(yīng)力。當(dāng)溫度應(yīng)力超過混凝土的抗裂能力時(shí)，混凝土將產(chǎn)生裂縫。混凝土澆筑初期，外界溫度驟降，也將產(chǎn)生表面裂縫。剛性地基上的混凝土，在降溫過程中，由于基礎(chǔ)的約束，也會(huì)產(chǎn)生拉應(yīng)力，導(dǎo)致開裂。

泄洪閘閘室底板溢流面為渦綺曲線，與之相接的消力池底板為1：4緩坡和一段圓弧。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，溢流面厚度在1～1.8m之間，其下層混凝土設(shè)計(jì)為臺(tái)階狀，臺(tái)階的尖角處溢流面混凝土厚度約1m，其他部位厚度約1.8m，受混凝土水化熱和混凝土自身應(yīng)力作用，容易在臺(tái)階尖角處形成應(yīng)力集中，易產(chǎn)生裂縫。

通過考察，和大河家類似的幾個(gè)工程泄洪閘溢流面均存在不同程度的裂縫，都進(jìn)行了化學(xué)灌漿處理，而處理費(fèi)用高，使電站的外觀質(zhì)量受到影響。因此，研究泄洪閘溢流面防裂技術(shù)，解決裂縫問題，不但可以提高泄洪閘工程的施工質(zhì)量，為類似工程施工提供參考，還可以大大減少后期混凝土缺陷處理的費(fèi)用。

3 施工前的技術(shù)研究

3.1 質(zhì)量控制目標(biāo)

通過技術(shù)改進(jìn)，預(yù)期最大程度地減少混凝土表面龜裂，杜絕混凝土淺層和深層裂縫產(chǎn)生，做到溢流面一次成型，外觀質(zhì)量優(yōu)良，不用做任何裂縫和其他缺陷處理。

3.2 研究內(nèi)容

通過結(jié)合大河家水電站泄洪閘工程施工實(shí)踐，研究解決溢流面混凝土防裂技術(shù)，其主要內(nèi)容有：

（1）溢流面設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)及分層厚度對混凝土裂縫的影響：

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求，溢流面厚度在1～1.8m之間，其下層混凝土設(shè)計(jì)為臺(tái)階狀，臺(tái)階的尖角處溢流面混凝土厚度約1m，其他部位厚度最大約1.8m，受混凝土水化熱和混凝土自身應(yīng)力作用，容易在臺(tái)階尖角處形成應(yīng)力集中，易產(chǎn)生裂縫，因此將溢流面下層混凝土設(shè)計(jì)為緩坡面可以避免出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，預(yù)計(jì)能有效減少裂縫的產(chǎn)生，在施工過程中，將設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和分層稍加改變，研究其是否為裂縫產(chǎn)生的原因之一。

（2）強(qiáng)度標(biāo)號差異較大的兩種混凝土直接結(jié)合對混凝土裂縫的影響：

根據(jù)施工進(jìn)度計(jì)劃要求，溢流面及其下層混凝土需要連續(xù)施工，其時(shí)間間隔較短，溢流面混凝土標(biāo)號設(shè)計(jì)為C40混凝土，其下層混凝土設(shè)計(jì)標(biāo)號為C20，兩種混凝土標(biāo)號差異過大，其產(chǎn)生水化熱量不同，可能出現(xiàn)結(jié)合不好或?qū)е铝芽p產(chǎn)生，施工時(shí)，計(jì)劃將下層混凝土標(biāo)號提高到C30，研究其是否能減少裂縫的產(chǎn)生。

根據(jù)表1可以看出混凝土配比不同時(shí)水化熱相差較大，當(dāng)下層混凝土為C20時(shí)其水化熱與上層的C40相差比較大，而當(dāng)把下層混凝土提高為C30時(shí)其與上層C40的水化熱相差就相對比較小了。這樣混凝土上下層的水化熱變化較小，其溫度變化較小，上下層的銜接比較好，混凝土的裂縫相對就減少了。

混凝土標(biāo)號及分層結(jié)構(gòu)具體變更情況如圖1、圖2所示。

（3）混凝土振搗和養(yǎng)護(hù)工藝對溢流面混凝土裂縫的影響：

混凝土振搗密實(shí)和養(yǎng)護(hù)到位能有效避免混凝土表層裂縫的產(chǎn)生，在溢流面施工時(shí)將安排專職質(zhì)檢員負(fù)責(zé)落實(shí)混凝土振搗和養(yǎng)護(hù)工作，避免因?yàn)槭┕すに噯栴}造成的裂縫。

3.3 創(chuàng)新點(diǎn)

泄洪閘閘室底板溢流面為渦綺曲線，設(shè)計(jì)混凝土標(biāo)號為C40，其下層混凝土設(shè)計(jì)為臺(tái)階狀，其混凝土設(shè)計(jì)標(biāo)號為C20，通過理論與實(shí)際施工相結(jié)合，總結(jié)出一套適合于本工程結(jié)構(gòu)和環(huán)境下的溢流面混凝土防裂技術(shù)，為類似的項(xiàng)目提供借鑒和參考。

3.4 研究方法

根據(jù)大河家水電站泄洪閘工程閘室段施工開展研究，以施工技術(shù)要求及相關(guān)規(guī)程規(guī)范為標(biāo)準(zhǔn)，通過咨詢、調(diào)研、參考類似項(xiàng)目實(shí)施等方式，按不同專業(yè)采用技術(shù)攻關(guān)、技術(shù)引進(jìn)消化吸收和推廣應(yīng)用的研究方法，主要研究步驟如下：

（1）查閱、調(diào)研類似項(xiàng)目的溢流面混凝土防裂施工技術(shù)；

（2）向工程局相關(guān)專家進(jìn)行咨詢；

（3）根據(jù)本項(xiàng)目工程的施工圖技術(shù)要求及現(xiàn)場實(shí)施條件，制定閘室段溢流面混凝土施工技術(shù)方案；

（4）根據(jù)制定的施工技術(shù)方案，備好施工設(shè)備、原材料及操作人員；

（5）施工過程中消化吸收先進(jìn)施工技術(shù)工藝；

（6）總結(jié)特定條件下的溢流面混凝土防裂施工經(jīng)驗(yàn)及研究成果；

（7）推廣實(shí)施研究成果。

4 主要研究工作及質(zhì)量控制措施

4.1 規(guī)劃施工方案

為避免因臺(tái)階尖角處形成應(yīng)力集中而產(chǎn)生的裂縫，與設(shè)計(jì)、監(jiān)理討論研究，將臺(tái)階尖角做了鈍化處理。將溢流面下層混凝土的臺(tái)階型式變更為緩坡面。

針對上下兩層混凝土標(biāo)號差異過大問題，設(shè)計(jì)單位在設(shè)計(jì)階段已將C20混凝土提高到C30標(biāo)號，不能再增加標(biāo)號，所以現(xiàn)場實(shí)際施工時(shí)是提高C30強(qiáng)度標(biāo)號控制?？紤]到溢流面混凝土施工的連續(xù)性，為盡量解決混凝土水化熱差異問題，設(shè)計(jì)單位同意將分層厚度略加調(diào)整，把下層C30混凝土分層厚度減少至1m以內(nèi)，并在兩種混凝土分區(qū)線設(shè)置了連接鋼筋，加強(qiáng)混凝土的結(jié)合。

混凝土澆筑過程中的振搗和澆筑之后的養(yǎng)護(hù)工作也是決定溢流面表面是否產(chǎn)生裂縫的重要因素。要求施工過程中加強(qiáng)振搗，安排有經(jīng)驗(yàn)的質(zhì)檢員盯倉，混凝土振搗密實(shí)，澆筑完的混凝土及時(shí)做好養(yǎng)護(hù)工作。

4.2 質(zhì)量控制措施

（1）開倉前的準(zhǔn)備工作

倉號備倉過程中，要求質(zhì)檢員全程監(jiān)控備倉質(zhì)量，嚴(yán)格要求鋼筋、模板及縫面等施工工藝，通過“三檢一驗(yàn)”制驗(yàn)收倉號。開倉前將倉面工藝設(shè)計(jì)交底至每一個(gè)施工人員，并逐項(xiàng)落實(shí)入倉設(shè)備、振搗機(jī)具、施工人員等資源到位情況，在所有工作落實(shí)到位后才能準(zhǔn)予開倉澆筑。

（2）混凝土澆筑

（3）混凝土養(yǎng)護(hù)：養(yǎng)護(hù)的目的是使混凝土正常硬化，強(qiáng)度增長，不受或少受外界影響。技術(shù)關(guān)鍵是設(shè)法使水泥混凝土溫度慢慢下降到接近外界氣溫，縮小降溫過程中的溫差。以便減小溫度應(yīng)力，阻止裂縫的產(chǎn)生。具體措施如下：

①表面處理：

澆筑完后在混凝土表面立即覆蓋一層塑料薄膜，在初凝前反復(fù)壓面3～4遍，待混凝土達(dá)到1.2MPa（即膠底鞋不能踩出腳?。r(shí)夏季立即蓋好草簾，冬季立即蓋好保溫卷材及保溫被。避免了混凝土表面由于失水快、溫度損失過快等原因產(chǎn)生塑性裂縫。

②保溫保濕養(yǎng)護(hù)：

冬季加強(qiáng)保溫，首先覆蓋兩層保溫被然后在其上層覆蓋保溫卷材，保溫被及保溫卷材要覆蓋嚴(yán)實(shí)。

③養(yǎng)護(hù)時(shí)間：

根據(jù)混凝土內(nèi)外溫差的要求，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于28d，時(shí)間較長，利于延緩降溫時(shí)間和速度，有利于充分發(fā)揮混凝土的應(yīng)力松弛效應(yīng)，使混凝土不易開裂。

（4）效果及評價(jià)：同樣控制中孔和左孔溢流面混凝土施工，溢流面表層均未有超過標(biāo)準(zhǔn)的裂縫產(chǎn)生，達(dá)到了預(yù)期效果。

5 總 結(jié)

通過施工前的技術(shù)策劃和施工過程中的質(zhì)量控制，以及澆筑完畢后按標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，經(jīng)過這一系列措施的反復(fù)研究與實(shí)踐，最終對溢流面混凝土防裂起到了良好的效果。經(jīng)調(diào)查，泄洪閘溢流面無超標(biāo)裂縫，少量的表面龜裂縫寬均在0.1mm以內(nèi)，無需做質(zhì)量缺陷處理，外觀質(zhì)量優(yōu)良，基本達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。溢流面裂縫統(tǒng)計(jì)見表2，圖3，圖4。

作者簡介：翟景科（1980-），男，中級工程師，本科，主要從事水利工程施工、管理方面的工作。