某碾壓混凝土重力壩壩頂路面鋪裝層防裂措施

趙成先，李紅鑫

（新疆額爾齊斯河流域開發(fā)工程建設(shè)管理局，新疆 烏魯木齊 830000）

1 工程概況

新疆某水利樞紐是一座具有綜合效益的大型水利工程。樞紐由主壩、溢流表孔、泄洪中孔、放水底孔、發(fā)電引水系統(tǒng)、電站廠房和副壩等建筑物組成。其中主壩為全斷面碾壓混凝土重力壩，最大壩高121.5 m，壩頂全長(zhǎng)1570 m，壩頂高程745.50 m，壩頂寬14 m，壩頂兩側(cè)為各寬2 m的人行便道，中間10 m為混凝土路面鋪裝層。

該工程位于大陸性北溫帶及寒溫帶氣候帶，受準(zhǔn)格爾盆地古爾班通古特沙漠的影響，氣候干燥，四季中春秋兩季短暫。多年平均氣溫僅2.7℃，極端最高氣溫40.1℃，極端最底氣溫-49.8℃，多年平均降水量為183.9 mm，多年平均蒸發(fā)量為1915.1 mm，多年平均風(fēng)速1.8 m/s，最大風(fēng)速25 m/s，最大積雪75 cm，最大凍土深175 cm，河流平均封凍期為150天，最大冰厚1.22 m。該地區(qū)主要?dú)夂蛱卣鳛?“蒸發(fā)量大、風(fēng)速高、日照強(qiáng)”，這種氣候條件對(duì)混凝土澆筑質(zhì)量要求極為嚴(yán)格，若不采取有效措施控制混凝土的澆筑質(zhì)量，混凝土易產(chǎn)生裂縫，不僅影響混凝土外觀，還會(huì)造成混凝土耐久性能的降低，進(jìn)而影響工程安全。

2 壩頂路面鋪裝層混凝土簡(jiǎn)述

2.1 鋪裝層混凝土所在部位及設(shè)計(jì)配合比

大壩741.50 m高程以下至壩基為碾壓混凝土；741.50～745.20 m高程為 R28200W8F300常態(tài)混凝土；745.20～745.50 m高程為厚30 cm的壩頂鋪裝層，澆注C20F100常態(tài)混凝土，該混凝土設(shè)計(jì)配合比見表1。

表1 大壩壩頂路面鋪裝層單位體積混凝土的材料用量設(shè)計(jì)配合比kg

2.2 鋪裝層混凝土澆筑

（1）模板安裝。模板采用寬30 cm的槽鋼，相鄰兩塊模板設(shè)置在同一支點(diǎn)上，模板支點(diǎn)撐必須牢固，防止?jié)仓^程中發(fā)生變形，立好的模板相鄰高差應(yīng)控制在2 mm以內(nèi)，模板安裝好以后，模板底部若有空隙應(yīng)堵縫，防止?jié)仓^程中漿液外流。

（2）混凝土澆筑。①混凝土攤鋪前，基層表面應(yīng)灑水潤(rùn)濕。攤鋪使用大鐵耙子把混合料耙散，再輔以鐵鍬、刮子把料撒散、攤平。夏季高溫季節(jié)攤鋪混凝土?xí)r，倉(cāng)面要用霧化水噴淋，以增加倉(cāng)面空氣的濕度，減少混凝土表面水分的蒸發(fā)，從而有利于保證混凝土的澆筑質(zhì)量。②混凝土混合料經(jīng)人工初步整平后，分別采用插入式振搗器和平板式振搗器振搗，靠邊角部位先用插入式振搗棒振搗，再用功率不小于2.2 kW的平板振搗器縱橫交錯(cuò)振搗，振搗時(shí)平板振搗器行走軌跡重疊10～20 cm，振搗的持續(xù)時(shí)間以拌和物停止下沉、不再冒氣泡并泛出水泥砂漿為止，平板式振搗器振搗時(shí)間不宜少于30 s，插入式振搗器不宜少于20 s。振搗密實(shí)后再用自制滾筒滾平。若經(jīng)過上述工序仍有小范圍不平整的部位，采用人工找平。③混凝土表面抹面壓光?；炷两K凝前應(yīng)及時(shí)采用抹面機(jī)進(jìn)行至少2遍抹面壓光，可以適當(dāng)增加抹面壓光次數(shù)，以減少產(chǎn)生塑性收縮裂縫。抹面機(jī)抹平后，再用拖光帶橫向輕輕拖拉幾次。抹面機(jī)抹不到的部位采用人工抹面壓光做面，抹面壓光前，先清邊整縫，清除粘漿，修實(shí)掉邊、缺角。人工抹面壓光也要進(jìn)行2次以上。

3 減少鋪裝層混凝土裂縫的措施

壩頂鋪裝層混凝土產(chǎn)生裂縫的原因較為復(fù)雜，結(jié)構(gòu)尺寸、混凝土材料及配合比、施工方法及工藝、混凝土養(yǎng)護(hù)及鋪裝層底部老混凝土對(duì)鋪裝層混凝土的約束等都可能導(dǎo)致混凝土開裂。路面鋪裝層一旦產(chǎn)生裂縫，雨雪進(jìn)入裂縫后經(jīng)過多次凍融，混凝土的耐久性將大大降低。為減少鋪裝層混凝土產(chǎn)生裂縫，主要是提高該層混凝土的抗裂性能，其次應(yīng)采取措施減少下層老混凝土對(duì)鋪裝層的約束作用。

3.1 調(diào)整混凝土配合比

壩頂路面鋪裝層混凝土按設(shè)計(jì)配合比拌制的混凝土澆筑兩倉(cāng)后，發(fā)現(xiàn)混凝土表層出現(xiàn)較多的龜裂裂縫，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，分析各種原因，試驗(yàn)人員對(duì)混凝土配合比進(jìn)行了兩次調(diào)整。適當(dāng)增加了粉煤灰和砂的用量，將級(jí)配由二級(jí)配調(diào)整為三級(jí)配，增大了骨料粒徑，水用量減少了25 kg/m3。調(diào)整后，混凝土表層裂縫大大減少，外觀質(zhì)量也得以很大提高。最終使用的配合比見表2。

3.2 接觸面設(shè)置隔離層

現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)壩頂鋪裝層以下厚3.70 m（741.5～745.2 m高程）的常態(tài)混凝土與壩體碾壓混凝土之間的接觸面出現(xiàn)多條水平貫穿性裂縫，這種水平貫穿裂縫有的部位橫跨幾個(gè)壩段，延伸數(shù)十米。究其原因是:裂縫下部為碾壓混凝土，上部為常態(tài)混凝土，裂縫上下層混凝土澆筑間歇時(shí)間長(zhǎng)，最短間歇時(shí)間為40天，最長(zhǎng)時(shí)間達(dá)數(shù)月之久，使得上下層混凝土之間在強(qiáng)度、彈性模量上產(chǎn)生較大差別，從而造成混凝土收縮不一致，加之上部常態(tài)混凝土厚度較薄，因此出現(xiàn)了水平裂縫。

為減小壩頂路面鋪裝層混凝土受其下部混凝土的約束影響，需要在兩層混凝土之間設(shè)置隔離層。初期幾倉(cāng)混凝土澆筑時(shí)，在備倉(cāng)完畢的倉(cāng)面鋪撒5 mm的細(xì)沙作為隔離層。但在混凝土澆筑過程中，受振搗棒的振搗影響，作為隔離層的細(xì)沙和鋪筑的砂漿及混凝土攪和在一起，和下層混凝土粘接形成一個(gè)整體，隔離層效果不理想。鑒于這種情況將隔離層的做法改為:在備倉(cāng)完畢后先在倉(cāng)面鋪撒5 mm厚細(xì)沙，再在其上敷設(shè)一層塑膜，然后在塑膜上面澆筑鋪裝層混凝土，這樣隔離層就將鋪裝層混凝土和下層壩體混凝土完全隔離開來，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐檢驗(yàn)成效顯著。

3.3 適當(dāng)分塊、加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)

（1）適當(dāng)分塊。將每個(gè)壩段的鋪裝層適當(dāng)分成幾塊，對(duì)減少鋪裝層混凝土裂縫具有至關(guān)重要的作用。當(dāng)鋪裝層混凝土達(dá)到6 MPa以上時(shí)，沿著壩軸線方向和垂直壩軸線方向，利用切縫機(jī)在每個(gè)壩段鋪裝層的中間部位切出縱橫兩條向伸縮縫，將每個(gè)壩段的鋪裝層分割成尺寸大小一樣的4塊。要求切縫寬5 mm、深6 cm。為防止冬季雪水進(jìn)入切縫引起混凝土凍融破壞，在排除伸縮縫積水后，每個(gè)伸縮縫都要灌注瀝青瑪蹄脂。

表2 大壩壩頂路面鋪裝層單位體積混凝土的材料用量最終配合比 kg

表3 纖維素纖維主要技術(shù)指標(biāo)

（2）加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)。混凝土終凝以后，立即用棉被對(duì)鋪裝層全部覆蓋，并用重物把棉被壓牢，防止大風(fēng)時(shí)把棉被吹跑 （切縫時(shí)縫的位置棉被要移開，切縫后立即覆蓋）。棉被覆蓋后開始灑水養(yǎng)護(hù)，灑水時(shí)不能直接澆在混凝土表面，棉被要始終保持濕潤(rùn)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間持續(xù)28天以上。

3.4 摻加防裂纖維素纖維

3.4.1 纖維素纖維技術(shù)指標(biāo)

纖維素纖維是繼化學(xué)合成纖維之后發(fā)展起來的新型混凝土專用纖維，工程界稱為第三代混凝土專用纖維。該纖維采用一種高寒地區(qū)特殊植物物種為原料，經(jīng)一系列獨(dú)特的化學(xué)處理和機(jī)械加工而成，本身具有天然的親水性和高強(qiáng)高模的特點(diǎn)，因其屬植物細(xì)胞自然分裂生長(zhǎng)非人工制作而成，使表面具有很強(qiáng)的握裹力。在后續(xù)加工中，采用了特殊的無極材料把纖維制成片狀單體，方便于纖維的運(yùn)輸和投放。片狀單體在水的浸泡和攪拌機(jī)摩擦力的作用下，極易分散為纖維單絲，從而起到抗裂效果，可有效提高混凝土的抗凍融性和抗?jié)B性，主要技術(shù)指標(biāo)見表3。

3.4.2 纖維素纖維的作用

混凝土添加纖維素纖維后，混凝土的性能有較大的提高，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:

（1）有效阻止混凝土收縮裂縫的發(fā)生。因纖維素纖維本身具有的特性，如天然的親水性、卓越的握裹力、巨大的纖維比表面積、較高的韌性和強(qiáng)度等，加入混凝土中后，在水的浸泡和外力作用下，形成大量均勻分布的細(xì)小纖維，可有效阻止混凝土塑性收縮,干縮和溫度變化而引起裂縫的發(fā)生。

（2）明顯提高混凝土的力學(xué)性能。纖維素纖維對(duì)混凝土具有阻裂作用，可以提高混凝土的沖擊韌性，對(duì)改善的混凝土的耐高溫性具有明顯效果。

（3）明顯改善混凝土的耐久性 。纖維素纖維使水泥水化更完全，顯著降低混凝土的空隙，使混凝土更密實(shí)，從而提高了混凝土的抗凍性、抗水滲透性、抗氯離子滲透性，賦予混凝土更好的耐久性。

3.4.3 纖維素纖維的摻量及施工

本工程纖維素纖維添量為每立方混凝土0.9 kg。其施工工藝與未添加纖維素纖維的混凝土相同，只是混凝土拌和時(shí)間要適當(dāng)延長(zhǎng)，以使纖維素纖維在混凝土中分布更加均勻。

4 結(jié) 語

本文以新疆某水利工程的壩頂路面鋪裝層混凝土施工為例，介紹了在惡劣環(huán)境下進(jìn)行混凝土施工中可采取的防裂措施，該壩頂路面經(jīng)幾年運(yùn)行后很少發(fā)現(xiàn)危害性裂縫，說明采取措施得當(dāng)，該防裂措施為在夏季高溫、冬季嚴(yán)寒、風(fēng)大、干燥少雨等惡劣氣候條件地區(qū)進(jìn)行大壩路面鋪裝層混凝土施工提供了有益的經(jīng)驗(yàn)，可供類似工程借鑒。