試析混凝土面板堆石壩的面板裂縫問題與對策

黃玉紅

摘要：近年來，我國的水電資源的不斷開發(fā)，混凝土面板堆石壩已經(jīng)是一種適應(yīng)性較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)壩型?；炷撩姘宥咽瘔蔚闹饕獑栴}是混凝土面板堆石壩出現(xiàn)面板裂縫，一般將裂縫分為結(jié)構(gòu)性裂縫與非結(jié)構(gòu)裂縫。本文針對混凝土面板堆石壩面板裂縫的成因做出研究并采取相應(yīng)的防止措施做出了討論。

關(guān)鍵詞：混凝土；堆石壩；面板裂縫；對策

一般的裂縫分成結(jié)構(gòu)性裂縫與非結(jié)構(gòu)性裂縫，產(chǎn)生這兩種裂縫的原因分別是溫度與干縮，外在的作用。依據(jù)不同的裂縫原因，本文提出了相對的防治措施。針對非結(jié)構(gòu)性裂縫，主要是運(yùn)用合理的面板混凝土原料的配合比，為減小墊層的約束力，用來加強(qiáng)面板施工質(zhì)量管理等方面。而結(jié)構(gòu)性裂縫，則可以運(yùn)用合理的面板裂縫和配合比，利用雙層面板的技術(shù)，對面板裂縫做出相應(yīng)的措施。

一、面板的裂縫分類

對堆石壩面板產(chǎn)生的裂縫來說，可以分成兩類裂縫，即結(jié)構(gòu)性裂縫和非結(jié)構(gòu)性裂縫。結(jié)構(gòu)性裂縫是因?yàn)閴误w的不均勻變形導(dǎo)致的，而非結(jié)構(gòu)性裂縫是因?yàn)榛炷帘旧淼男阅芏纬蒣1]。

二、結(jié)構(gòu)性裂縫的原因及其預(yù)防措施

1.結(jié)構(gòu)性裂縫的原因

結(jié)構(gòu)性裂縫形成是由于面板受外在環(huán)境的影響，外在環(huán)境主要包括壩體自重、施工期反向水壓力以及其他的荷載壓力等，外在環(huán)境的作用是使壩體產(chǎn)生不均勻的沉降，或者是橫向位移，甚至?xí)?dǎo)致面板架空，這些作用荷載就會形成裂縫。面板與堆石分別是剛性體與柔性體，面板的穩(wěn)定性是根據(jù)堆石體的變形決定的，所以要保證面板和堆石體變形的協(xié)調(diào)性。針對受力角度來說，面板主要承擔(dān)的荷載是水的壓力，平衡水的壓力是擠壓邊墻的支持力和摩阻力。如果墊層上的擠壓邊墻產(chǎn)生應(yīng)變是由于墊層、堆石的變形，那么就會導(dǎo)致面板內(nèi)部的應(yīng)力重組，從而會在一定程度上產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性裂縫。結(jié)構(gòu)性裂縫是造成面板后期規(guī)律性開裂的主要因素。

2.結(jié)構(gòu)性裂縫的預(yù)防措施

造成面板結(jié)構(gòu)性裂縫的發(fā)生基礎(chǔ)在因?yàn)闈仓跗跁r產(chǎn)生的微小裂縫，其受壩體不均勻下降的影響，面板就會同壩體脫節(jié)，但由于面板的承受力度較大不會完全與壩體變形，但內(nèi)部會發(fā)生應(yīng)力重組，剛開始時細(xì)小的裂縫可能會發(fā)展成貫穿性的裂縫。這對工程的質(zhì)量影響要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于非結(jié)構(gòu)性裂縫，所以應(yīng)重點(diǎn)防治。

面板應(yīng)合理分縫和配筋

因受壓區(qū)與受拉區(qū)的面板分別使用寬型板與窄型板，所以要設(shè)置面板分縫，受壓區(qū)要設(shè)置壓性縫，受拉區(qū)要設(shè)置張性縫，壓性縫間的填料要合理使用，要防止因?yàn)槭軌菏姑姘迳下N。除此之外，還應(yīng)在面板受拉區(qū)與受壓區(qū)壓應(yīng)力較大的部位合理分配鋼筋，以提高面板的整體強(qiáng)度，增強(qiáng)極限的抗裂強(qiáng)度。

使用雙層面板技術(shù)

把面板設(shè)置成雙層板，就能有效地釋放層間變形，降低面板的拉應(yīng)力，這就能實(shí)現(xiàn)抗裂防滲的效果了。理由就是因?yàn)閷娱g設(shè)置了中間層使兩層間的約束減弱，這樣就實(shí)現(xiàn)功能分離的作用了。雙層的混凝土面板的組成一般分成瀝青混凝土面板和普通混凝土面板。瀝青混凝土面板主要是用來防滲抗裂的，其原因是因?yàn)闉r青混凝土的極限拉應(yīng)力比較大、滲透系數(shù)較小、變形性能較好，而且耐久易修；中間層的作用是用來減小摩阻力的，它能使上下層間的約束得到消除，用來抵消變形；普通混凝土面板的作用使面板的整體硬度得到提升。

優(yōu)化主堆石與下游堆石的分區(qū)

盡可能的防止主堆石和下游堆石間因變形導(dǎo)致的不均勻。優(yōu)化的措施主要包括：第一，要擴(kuò)大主堆石區(qū)的范圍；第二，要做成傾向于下游的主堆石和下游堆石區(qū)的界面；第三，使兩區(qū)盡量使用同一種料源和同一種巖性材料，把兩區(qū)合成一區(qū)[2]。

④提高堆石的壓實(shí)密度

盡量提高堆石的壓實(shí)密度，可利用重型壓實(shí)機(jī)具來實(shí)現(xiàn)，從而能夠使整體變形模量得到提高，可以減輕壩體的變形和基礎(chǔ)的不均勻造成沉降。除此之外，下游的堆石區(qū)的壓實(shí)密度標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)盡量接近主堆石區(qū)，使區(qū)間能夠均衡，兩區(qū)的變形模量差距不要過大。

⑤壩體要留有預(yù)沉降期

在進(jìn)行面板的施工前，要留有一定的時間，使壩體提前進(jìn)行一定的沉降，以減小后期的沉降，這種措施可以有效地減輕面板脫離問題，為避免后期沉降而引起的面板結(jié)構(gòu)性裂縫。預(yù)沉降時間通常最少為90天。

⑥壩體填方全斷面的均衡上升

在壩體填筑過程中，會出現(xiàn)壩體全斷面的均衡上升，這可以有效地減少壩體因各部分的不均勻造成的變形，可以避免面板結(jié)構(gòu)性裂縫的出現(xiàn)。

三、非結(jié)構(gòu)性裂縫的原因及其預(yù)防措施

1.非結(jié)構(gòu)性裂縫的原因

溫差值和約束條件直接影響非結(jié)構(gòu)性裂縫，混凝土面板堆石壩受溫度的影響而發(fā)生變形，外界與內(nèi)部的各種約束將限制它的變形，若混凝土的抗裂強(qiáng)度低于承載力時就會產(chǎn)生裂縫，一般裂縫溫差的影響包括：晝夜的溫差大。混凝土內(nèi)部受溫差的影響就會產(chǎn)生一定的溫度值，其溫度值會引起混凝土內(nèi)部的各質(zhì)點(diǎn)間的變形程度，而內(nèi)部的承受力作用會導(dǎo)致表面裂縫，這種現(xiàn)象最常見的是在早期的混凝土強(qiáng)度較低時。季節(jié)性的溫差大。季節(jié)的性溫差是指混凝土形成的溫度和使用期間面板的最低溫度差，其溫差會引起混凝土面板的整體變形，由于面板和墊層的摩阻力而產(chǎn)生的裂縫。而混凝土凝結(jié)過程中會出現(xiàn)面板干縮裂縫，剩余的攪拌與用水量會逐漸脫離，造成混凝土的體積減小，這時混凝土?xí)l(fā)生失水干縮，這一經(jīng)過，會導(dǎo)致水泥中的各種礦物間微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，并且與面板內(nèi)部結(jié)構(gòu)，鋼筋或者面板與墊層的摩阻力的相互作用使面板內(nèi)部各質(zhì)點(diǎn)之間發(fā)生改變，最后造成表面的裂縫。

2.非結(jié)構(gòu)性裂縫的預(yù)防措施

混凝土面板非結(jié)構(gòu)性裂縫的預(yù)防措施是從材料與面板的施工技巧的角上來進(jìn)行控制的。合理的配合比、科學(xué)的施工技巧、嚴(yán)格的施工管理都是避免非結(jié)構(gòu)性裂縫的預(yù)防方法。

合理的利用面板混凝土的原料和配合比

第一，在固定水灰比和選定的坍落度范圍內(nèi)條件下選擇用水量最小時所對應(yīng)的砂率。為了防止混凝土在溜槽中產(chǎn)生骨料離析，減小模板在滑動過程中的阻力和避免面板混凝土表面產(chǎn)生蜂窩麻面和裂紋，通過小石與中石的摻配試驗(yàn)利用最大密度法測算出每個配比的緊密堆積密度，以緊密堆積密度最大的石子組合作為最優(yōu)比例。引用優(yōu)化混凝土級配，使混凝土的彈性模量降低，這樣混凝土的抗裂韌性就會得以提高，從而就能提高混凝土的抗拉強(qiáng)度，并能有效地控制裂縫的發(fā)生。

第二，使用水化熱較低、濃縮性較小的水泥或者是使用品質(zhì)優(yōu)良粉煤灰，用來減少水化熱溫升減緩面板內(nèi)外溫度的梯度，這樣就能減輕內(nèi)部的約束，使溫度裂縫得到控制。

第三，降低面板混凝土的攪拌用水量，主要是采用利用混凝土減水劑，可以減少水泥用量，改善和易性、耐久性、不透水性和抗裂性，增加混凝土與鋼筋的握裹強(qiáng)度，減少混凝土的干縮量，進(jìn)一步的預(yù)防干縮裂縫。

第四，要提高混凝土強(qiáng)度與韌性，就要利用使用摻纖維混凝土。攪拌時應(yīng)加入適量的聚丙烯纖維或者是鋼纖維，它能提高混凝土的初裂度、拉彎強(qiáng)度、韌性、以及抗凍的性能等，使產(chǎn)生的表面裂縫和發(fā)展都能得到有效的控制。

適當(dāng)?shù)臏p小擠壓邊墻約束的作用力

擠壓邊墻的脫離檢查要在面板混凝土澆筑前進(jìn)行，并仔細(xì)處理脫離的部位，坡面的修整工作要到位，盡量使平整度達(dá)到施工的質(zhì)量要求。想要使擠壓邊墻的摩擦系數(shù)小，那么就要減小擠壓邊墻對面板剪切力的作用，應(yīng)可能的避免面板鋼筋插入擠壓邊墻，并且要在面板澆筑前噴涂乳化瀝青，那么擠壓邊墻對面板的約束力就只有有限的摩阻力，這樣面板的變形約束力就會隨之減小[3]。

要加強(qiáng)面板施工的質(zhì)量管理

第一，混凝土攪拌前現(xiàn)場測定砂子的含水量，并由工地試驗(yàn)室根據(jù)砂石的含水量、配合比以及氣溫情況，調(diào)整水、砂石的用量。采用混凝土拌合樓進(jìn)行生產(chǎn)，確?；旌狭系木鶆?，計(jì)量秤嚴(yán)格控制混合料配合比，保證攪拌時間，在混凝土出機(jī)口和澆筑現(xiàn)場分別進(jìn)行混凝土坍落度和含氣量試驗(yàn)檢測。

第二、避免混凝土的內(nèi)部產(chǎn)生薄弱環(huán)節(jié)，施工中需掌握好脫模時間，并在脫模后及時抹面壓平，消除表面可能傷痕；在混凝土澆筑中間不能停頓，交接班時也不能有間歇（或間歇過長），如因故造成冷縫，要停下來按施工縫處理后再澆筑。

第三，適當(dāng)?shù)慕档兔姘寤炷恋倪M(jìn)庫溫度，這樣就能降低基礎(chǔ)溫差，盡可能的避免溫度裂縫。除此之外，面板施工過程中，面板的保濕、保溫、防風(fēng)和養(yǎng)護(hù)的工作要加強(qiáng)控制，這樣就能減小面板混凝土的干縮與溫度變形，有效的降低干縮應(yīng)力值與溫度梯度應(yīng)力。

結(jié)語

混凝土面板產(chǎn)生裂縫的原因有很多，要針對產(chǎn)生裂縫的各種影響因素采取有效的措施。使用雙層面板技術(shù)，優(yōu)化主堆石與下游堆石的分區(qū)，適當(dāng)?shù)奶岣叨咽膲簩?shí)密度，合理的利用面板混凝土的原料和配合比，適當(dāng)?shù)臏p小墊層約束的作用力，最后還有加強(qiáng)面板施工的質(zhì)量管理，這樣混凝土面板產(chǎn)生裂縫就能得到有效的預(yù)防。

參考文獻(xiàn)：

[1]馬君壽.混凝土面板堆石壩面板發(fā)生裂縫問題芻議[J].大壩與安全，2010，（Z1）：1-6.

[2]蔣國澄.混凝土面板堆石壩的面板裂縫問題[J].水利管理技術(shù)，2009，（04）：10-15.

[3]謝玉杰，張光碧，馮錦德，黃澤明，高睿，李浩.混凝土面板堆石壩裂縫的成因及對策探討[J].四川水力發(fā)電，2013，（05）：76-78+132.