論小灣水電站施工中混凝土裂縫預(yù)防與控制

張鄧剛

(深圳市龍華區(qū)政府投資工程項(xiàng)目前期工作辦公室，廣東 深圳 518000)

隨著我國(guó)對(duì)清潔能源的越來越重視，西南地區(qū)的水資源不斷開發(fā)利用，大型水利水電工程開始大規(guī)模的建設(shè)。水利水電混凝土工程具有大跨度、大體積、高流量、大流量和工程質(zhì)量要求高等工作特點(diǎn)。然而，混凝土裂縫問題[1]是混凝土大壩在建設(shè)施工過程中難以解決的問題之一?；炷亮芽p的預(yù)防和控制技術(shù)在混凝土大壩施工組織設(shè)計(jì)與實(shí)施中占有重要地位。本文結(jié)合云南小灣水電站工程，探討了混凝土施工中裂縫成因和防治措施，為以后相關(guān)水利工程建設(shè)提供參考。

1 工程概況

小灣水電站[2]位于瀾滄江中下游河段，設(shè)計(jì)等級(jí)為一級(jí)建筑物。小灣水電站拱壩類型為拋物線雙曲拱壩并且厚度隨著高度變化而變化，壩頂距地面1245.00m，拱壩混凝土體積870萬m3，最大壩塊厚度90m，澆筑倉(cāng)面為2200m3。拱壩混凝土工程具有施工工程量大、壩體厚度大、澆筑倉(cāng)面大等特征。通過對(duì)施工中小灣水電站大壩監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)調(diào)查，發(fā)現(xiàn)部分壩段出現(xiàn)了形狀不一的裂縫。

2 水工混凝土裂縫的成因

水電站壩體具有大截面和大體積的特點(diǎn)。大壩受結(jié)構(gòu)的材料特性，拉壓應(yīng)力，環(huán)境因素和施工方法等因素的影響，混凝土大壩在施工中會(huì)產(chǎn)生裂縫?；炷两Y(jié)構(gòu)中的裂縫可分為微觀裂縫和宏觀裂縫[3]，混凝土結(jié)構(gòu)的開裂過程就是微觀裂縫擴(kuò)展形成宏觀裂縫。水工混凝土結(jié)構(gòu)在施工中產(chǎn)生的混凝土裂縫的原因主要由以下幾種[1，4- 5]。

2.1 收縮裂縫

在混凝土硬化過程中受到外界環(huán)境的影響，結(jié)構(gòu)表面水分揮發(fā)速度相對(duì)結(jié)構(gòu)里面水分揮發(fā)速度較快，導(dǎo)致混凝土表面和內(nèi)部的變形水平不一致。結(jié)構(gòu)內(nèi)部變形與結(jié)構(gòu)表面變形不一致，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)表面產(chǎn)生較大的拉力，導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生。一般在混凝土結(jié)構(gòu)養(yǎng)護(hù)周期結(jié)束后兩周產(chǎn)生收縮裂縫。

2.2 塑性收縮裂縫

混凝土的硬化周期相對(duì)較長(zhǎng)，并且在硬化過程中強(qiáng)度較低。當(dāng)施工環(huán)境比較干熱或者有大風(fēng)的氣候，結(jié)構(gòu)表面水分蒸發(fā)較快，結(jié)構(gòu)表面變形過快導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生。塑性收縮裂縫主要特征為分布不均勻且不連續(xù)，兩端的裂紋大多呈拉長(zhǎng)狀態(tài)。

2.3 沉陷裂縫

在水利工程中，結(jié)構(gòu)下方地基土層分布不均勻，在施工中由于各種因素會(huì)引起不均勻沉降，這種不均勻沉降會(huì)使沒有完全硬化的混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。除此之外，不合理的模板工程設(shè)計(jì)也會(huì)造成沉陷裂縫。沉陷裂縫一般表現(xiàn)為貫穿性裂縫，其寬度主要不均勻且受沉降差的影響。

2.4 溫度裂縫

水工混凝土結(jié)構(gòu)施工過程中，主要有高流量，大體積，大排量的工作特性?；炷劣不^程中，水合效應(yīng)會(huì)產(chǎn)生水化熱，對(duì)于壩體這種大體積結(jié)構(gòu)，會(huì)聚集大量的水化熱。由于施工過程較快，水化熱不能快速消散，而結(jié)構(gòu)表面溫度相對(duì)較低，結(jié)構(gòu)內(nèi)部和外部溫度梯度較大，結(jié)構(gòu)受熱膨脹容易形成裂縫。此外由于分層澆筑，上下接觸面溫差較大，結(jié)構(gòu)表面也會(huì)產(chǎn)生裂縫。

3 小灣拱壩混凝土裂縫的成因

通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)資料調(diào)研，小灣拱壩施工中混凝土裂縫主要以溫度裂縫為主。混凝土澆筑后經(jīng)過一期冷卻，結(jié)構(gòu)內(nèi)部水化熱沒有及時(shí)得到消散，混凝土內(nèi)部溫度大幅上升，回升溫度可達(dá)到10℃，從而導(dǎo)致二期冷卻中溫度降低幅度過大；大壩澆筑塊體厚，而澆筑高度低，溫度梯度不合理；澆筑過程中要求分批澆筑，形成不同的封拱溫度，在澆筑界面上產(chǎn)生較大的溫度差。施工工程中，混凝土沒有完全硬化，強(qiáng)度較低，以上因素使得結(jié)構(gòu)表面拉應(yīng)力大于混凝土強(qiáng)度，導(dǎo)致混凝土裂縫產(chǎn)生。

4 裂縫控制的處理措施

施工過程中裂縫的出現(xiàn)會(huì)引起大壩結(jié)構(gòu)的整體性和剛度降低，因此必須根據(jù)裂縫的成因以及工程具體情況及時(shí)對(duì)裂縫進(jìn)行預(yù)防和控制[1- 2，4- 8]。裂縫預(yù)防和控制的主要措施主要有：表面修復(fù)方法、正確的施工管理、注漿封堵法、優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過對(duì)小灣拱壩混凝土裂縫成因分析，工程中采取以下技術(shù)控制和預(yù)防裂縫。

4.1 混凝土的優(yōu)化設(shè)計(jì)

對(duì)混凝土配合比進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)達(dá)到減少內(nèi)部水化熱殘余的目的。在混凝土配合比設(shè)計(jì)中選用適當(dāng)?shù)臏p水劑并摻入粉煤灰；通過對(duì)施工前對(duì)原材料的試拌，在保證混凝土和易性和流動(dòng)性情況下，適當(dāng)減少水泥用量，并將水膠比控制在規(guī)范允許的范圍內(nèi)。原材料中粗骨料為二級(jí)配，骨料最大粒徑控制在150mm以內(nèi)，砂料細(xì)度模數(shù)大于2.4，含泥量小于1%。

4.2 混凝土內(nèi)部的溫度控制。

在混凝土結(jié)構(gòu)里面埋設(shè)電耦式溫度計(jì)，監(jiān)測(cè)混凝土澆筑以及養(yǎng)護(hù)過程中的溫度變化。并采用兩層農(nóng)用薄膜覆蓋在上方鋪設(shè)兩層草袋的做法對(duì)混凝土表面進(jìn)行保溫，通過這種蓄熱保溫的方法使混凝土內(nèi)外溫差控制在18℃以內(nèi)。對(duì)于大壩接縫處，將壩體溫度控制在13～17℃，并保證灌漿溫度壩體溫度低1～3℃。

4.3 混凝土通水冷卻

對(duì)有一期冷卻、二期冷卻要求的部位以及施工縫兩側(cè)壩體埋設(shè)冷卻水管，冷卻水管采用內(nèi)徑28mm的高密聚乙烯HDPE塑料管材。混凝土內(nèi)部冷卻水管中水流的流動(dòng)帶走水化熱，從而降低溫升范圍和內(nèi)外溫差。冷卻期間，結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度與冷卻水之間的溫差不超過25℃，并控制壩體降溫速度每天不超過1℃。根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，合理控制一期冷卻和二期冷卻間期以及合理的水流持續(xù)時(shí)間，從而獲得良好的溫度控制效果。

4.4 混凝土的表面養(yǎng)護(hù)和保護(hù)

在混凝土養(yǎng)護(hù)期間采用連續(xù)濕養(yǎng)護(hù)法從而保證結(jié)構(gòu)表面濕潤(rùn)；對(duì)于分段澆筑的部位，養(yǎng)護(hù)到新混凝土澆筑。對(duì)于采用部分硅粉混凝土澆筑的結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)表面覆蓋的濕透草袋，保證混凝土表面處于濕養(yǎng)護(hù)狀態(tài)21d以上；如遇干燥氣候條件，延長(zhǎng)至28d。對(duì)壩體上下游面及孔洞部位整年貼補(bǔ)厚度為30～50mm的聚苯乙烯泡沫塑料板。

4.5 嚴(yán)格的施工管理

對(duì)混凝土施工工序和施工進(jìn)度優(yōu)化，防止荷載過大造成混凝土產(chǎn)生過大的沉降。在施工中做到：盡量縮短固結(jié)灌漿時(shí)間；對(duì)于無法避開4～9月高溫季節(jié)施工的情況，采取強(qiáng)化溫控措施，嚴(yán)格執(zhí)行各環(huán)節(jié)的溫控措施。對(duì)承重模板拆除時(shí)，嚴(yán)格進(jìn)行安全技術(shù)交底，經(jīng)過技術(shù)人員的計(jì)算確保安全后方可進(jìn)行拆模。在施工過程中，加強(qiáng)對(duì)混凝土振搗并采用二次振搗的方法消除混凝土內(nèi)部孔隙，并采用二次抹壓收光的方法減少混凝土表面裂縫。

5 結(jié)語

水利工程中混凝土裂縫的預(yù)防和控制是混凝土工程施工質(zhì)量控制的關(guān)鍵，建設(shè)過程中應(yīng)對(duì)不同成因的裂縫及時(shí)采取正確的措施，以提高混凝土工程的質(zhì)量。大型混凝土結(jié)構(gòu)施工中，溫度應(yīng)力是造成混凝土開裂的主要原因，選擇適時(shí)合理的溫度控制方案可以產(chǎn)生良好的防裂效果。大量工程經(jīng)驗(yàn)表明，通過對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)表面采用保溫措施和結(jié)構(gòu)內(nèi)部采用冷水管冷卻的方式相結(jié)合的方法是防止這種裂縫產(chǎn)生的高效措施。水工結(jié)構(gòu)混凝土裂縫的預(yù)防和控制主要在“設(shè)計(jì)-施工-管理”的過程中從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、混凝土原材料的選取、新技術(shù)的使用、施工工藝與管理等方面進(jìn)行綜合考慮，并通過工程實(shí)踐的積累和工程檔案的研究，不斷開發(fā)和創(chuàng)新水工混凝土裂縫的防治技術(shù)。

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