碾壓砼大壩壩面裂縫的分析與處理

鄒亞鴻

貴州西能電力建設(shè)有限公司

摘要：碾壓砼壩是混凝土壩在施工、設(shè)備和技術(shù)方面改進創(chuàng)新后的一種新壩型，得到廣泛應(yīng)用。本文針對碾壓砼壩在工程中存在的裂縫現(xiàn)象展開探究，對碾壓砼大壩的壩面裂縫成因進行概述，分析裂縫的特點以及應(yīng)采取的相應(yīng)防裂措施，最后針對壩面已有裂縫，提出裂縫處理方法，可應(yīng)用于碾壓砼大壩裂縫修補工程實踐中，提供參考價值。

關(guān)鍵詞：碾壓砼壩；壩面裂縫；分析；措施

1 碾壓砼大壩壩面裂縫成因

1.1 混凝土裂縫產(chǎn)生及類型

1.1.1 混凝土裂縫產(chǎn)生

裂縫是指固體材料中出現(xiàn)的不連續(xù)現(xiàn)象，對于混凝土材料自身所具有的特性而言，用其當(dāng)做材料而建的建構(gòu)筑物產(chǎn)生裂縫現(xiàn)象是不可避免的?；炷敛牧袭a(chǎn)生裂縫的原因主要是兩類荷載的作用：第一類是混凝土自身變形產(chǎn)生的荷載而引發(fā)的裂縫現(xiàn)象，如膨脹、伸縮、溫度變化以及不均勻沉降等；第二類是外部荷載對混凝土的作用，如動荷載、靜荷載產(chǎn)生的應(yīng)力達到或超過混凝土自身能夠承載的應(yīng)力極限，產(chǎn)生結(jié)構(gòu)損壞。在這兩類引起混凝土裂縫的原因中，第一類原因產(chǎn)生的裂縫情況占大多數(shù)，混凝土因自身變形的情況占總變形量的四分之三以上。

混凝土材料承受拉應(yīng)力的能力較差，抗拉強度低，容易產(chǎn)生裂縫，初期階段在混凝土內(nèi)部存在微裂縫，不容易通過觀察發(fā)現(xiàn)，隨著時間及周圍環(huán)境的影響，如溫度、荷載、日照等因素，使微裂縫逐漸發(fā)展為比較大的宏觀裂縫?？偟膩碚f，混凝土裂縫成因為：體積變化時受到束縛；荷載作用使內(nèi)部產(chǎn)生的拉應(yīng)力過大。

1.1.2 混凝土裂縫類型

常見的混凝土裂縫類型有：（1）塑性沉降裂縫；（2）塑性收縮裂縫；（3）水化收縮及自生干縮裂縫；（4）干燥收縮裂縫；（5）溫度收縮裂縫；（6）原材料選用不當(dāng)引起的裂縫；（7）養(yǎng)護不足引起的裂縫；（8）化學(xué)反應(yīng)引起的裂縫；（9）荷載變形裂縫；（10）其他裂縫。

1.2 混凝土壩裂縫成因

混凝土壩的裂縫成因具有一定的規(guī)律性，可以按照裂縫產(chǎn)生的時間階段來劃分裂縫的類別：在施土期，因溫度升高或水化熱等原因?qū)е禄炷恋捏w積產(chǎn)生變形并受到約束，產(chǎn)生裂縫；施工期，因回填土等結(jié)構(gòu)因素，造成壩體承載增加產(chǎn)生裂縫；運行期，荷載對壩體薄弱處產(chǎn)生不利影響，混凝土壩因受壓力或拉力等影響產(chǎn)生裂縫。

1.3 碾壓混凝土壩的裂縫成因

上述的混凝土及混凝土壩產(chǎn)生的裂縫，在碾壓混凝土壩中都會存在，但就碾壓混凝土壩而言，因溫度產(chǎn)生的裂縫是最常見的裂縫類型，應(yīng)力裂縫和收縮縫等次之，其他裂縫在碾壓混凝土壩的設(shè)計與施工中，可以通過規(guī)范的設(shè)計與施工工藝、合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料的適宜性應(yīng)用等得到大幅度的改善及避免。

碾壓混凝土因溫度產(chǎn)生裂縫的原因主要有：壩體放熱速度緩慢、散熱量小，使其表面與內(nèi)部產(chǎn)生較大溫差；壩體表面與內(nèi)部體積變形速度不一致，相互間形成約束作用；基巖對壩體變形產(chǎn)生的約束作用。

2 碾壓砼大壩壩面裂縫特點及防裂措施

2.1 水化熱升溫特點

碾壓混凝土配料中對水泥的使用量遠低于煤灰量，因此它的水化熱現(xiàn)象具有慢、勻、低的特點，溫度應(yīng)力對變形裂縫的影響比常規(guī)混凝土大，并且在相同溫差下溫度應(yīng)力的分布也與常規(guī)混凝土不同。另因碾壓混凝土的徐變和后期彈模較高，也促使其溫度的分布更加均勻，結(jié)合水化熱升溫特點，在防裂方面可以采取一定的溫度控制措施。

2.2 徐變防裂能力較好

碾壓混凝土的抗拉強度與常規(guī)混凝土的具有一定的相似性，但前者徐變度更大，這是因為碾壓混凝土內(nèi)煤灰量含量高，且其在較長時間后仍具有一定的活性，持續(xù)形成水化物晶體，這些晶體可以使一些要產(chǎn)生裂縫的部位得到相應(yīng)的空間以穿插或交錯的方式再次形成整體，因此在慢速拉伸變形極限方面碾壓混凝土的性能遠優(yōu)于常規(guī)混凝土，相應(yīng)的對基礎(chǔ)的抗裂約束能力也較常規(guī)混凝土墻。

2.3 抗溶蝕能力高

碾壓混凝土中的粉煤灰中具有大量的二氧化硅，可以同水泥的水化產(chǎn)物相結(jié)合，通過這種反應(yīng)可以形成對常見的溶蝕性侵蝕、泛酸性寢室等具有足夠的抵抗能力，即使在有水滲漏和淹浸的情況下，也很少會出現(xiàn)上游側(cè)縫面被侵蝕、下游析出沉淀鈣質(zhì)物的現(xiàn)象，或輕微侵蝕不影響碾壓混凝土壩的使用與性能。同時較好的抗溶蝕性也使碾壓混凝土壩在美觀程度和耐久性方面有很大的優(yōu)勢，例如位于大連市，修建時間早，歷史悠久的龍王塘、王家店和大西山三座重力壩，如今仍在運行，各方面性能良好。

2.4 層面豎向抵抗拉力能力低

與常規(guī)混凝土相比，碾壓混凝土層面較多，這就造成在施工過程中容易產(chǎn)生層面粘結(jié)不牢固、骨料分離等缺點的產(chǎn)生。因碾壓混凝土存在的這種特點，可以確定在采用溫度控制措施防止裂縫產(chǎn)生時主要針對水平層面裂縫產(chǎn)生的預(yù)防，同時加強防滲、層面粘接等方法與溫度控制措施相結(jié)合。

2.5 碾壓混凝土壩裂縫控制措施

2.5.1 原材料的使用

在原材料的使用上，可以通過改善骨料的級配、質(zhì)量降低混凝土的干縮性，減少裂縫；控制砂石中的泥沙含量，增加混凝土的收縮性能和抗裂性；利用外摻量，如粉煤灰等，合理的對其進行使用可以對混凝土的和易性起到明顯的改善效果。

2.5.2 結(jié)構(gòu)的設(shè)計措施

可以通過設(shè)置橫縫的方法來避免裂縫的產(chǎn)生，這方面早在80年代就已經(jīng)有了成功的實例，我國的碾壓混凝土壩收縮縫間距約為30m，當(dāng)縫間距超過30m時，碾壓混凝土壩上游部分有裂縫現(xiàn)場產(chǎn)生。合理的布置伸縮縫，結(jié)合壩址所在地的氣候及地形等因素，可以有效減少裂縫產(chǎn)生。

2.5.3 溫度控制及其他措施

可以通過控制溫度的方法減少裂縫產(chǎn)生，如基礎(chǔ)溫差控制、上下層溫差控制、內(nèi)外溫差控制等。同時也要注意自然因素對碾壓混凝土壩裂縫的影響，如嚴(yán)寒地區(qū)冬天對壩體的保護措施，材料運輸途中的溫度控制等。其他方面，還有全斷面碾壓措和斜層平鋪法等措施，均可在一定程度上控制裂縫的產(chǎn)生。

3 碾壓砼大壩壩面裂縫處理

3.1 裂縫處理重點

對于已經(jīng)產(chǎn)生裂縫的碾壓混凝土大壩，應(yīng)及時采取裂縫處理措施，防止裂縫變大產(chǎn)生更多不利因素。對碾壓混凝土壩裂縫的處理措施要建立在對壩體抗裂計算和裂縫的穩(wěn)定性分析結(jié)果的基礎(chǔ)上，根據(jù)分析結(jié)果來判斷裂縫的性質(zhì)，是否會對壩體的穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響。

對碾壓混凝土壩的裂縫處理重點在于解決裂縫的滲漏問題，即碾壓混凝土壩上游壩面的裂縫防滲處理。

3.2 裂縫堵漏步驟

裂縫的堵漏步驟可以分為：混凝土表面處理——布設(shè)灌漿嘴封閉裂縫，根據(jù)裂縫情況，每隔一定距離設(shè)置灌漿嘴，同時兩端也一定要布置——運用壓縮空氣進行試氣，檢驗封閉層有無漏氣現(xiàn)象，灌漿管道有無堵塞情況，如檢查有誤，需重新鋪設(shè)布置，確定無誤后可以繼續(xù)為止——灌漿——裂縫表面切槽，彈性密封膏，將混凝土表面處理干燥，在密封膏表面結(jié)合丙乳砂漿防護層。

3.3 裂縫加固補強方法

碾壓混凝土壩的加固補強方法最常見的為碳纖維加固補強，即在有裂縫存在的部位通過利用碳纖維布進行局部加固，施工工藝為先在基面進行清洗處理，然后涂刷底膠，接著進行粘貼碳纖維進行修補，最后對表面進行防護和養(yǎng)護處理。

4 結(jié)語

碾壓混凝土壩裂縫會不同程度的降低壩體的完整性、耐久性與抗?jié)B性，影響安全使用，在進行壩體設(shè)計中應(yīng)適當(dāng)采取壩體防裂縫產(chǎn)生的措施，在壩體建成使用中對已經(jīng)產(chǎn)生的裂縫應(yīng)采取適當(dāng)?shù)难a救措施，避免裂縫更大的發(fā)展危害安全。

參考文獻：

[1] 李春敏.碾壓混凝土壩筑壩技術(shù)綜述[J].水利工程建設(shè)，2004（10）.

[2] 張林，徐進等.碾壓混凝土斷裂試驗研究[J].水利學(xué)報，2005（05）.