混凝土面板堆石壩的面板裂縫防治技術(shù)要點(diǎn)

陳小亮

（甘肅省水利水電工程局有限責(zé)任公司，甘肅蘭州730030）

在20世紀(jì)60年代我國(guó)就已經(jīng)開始應(yīng)用混凝土面板堆石壩，該建設(shè)方案具有抗震性好、穩(wěn)定性強(qiáng)、節(jié)約材料、施工便捷、成本可控等優(yōu)勢(shì)，在我國(guó)水利工程領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛。隨著水利工程事業(yè)不斷發(fā)展，更多的混凝土面板堆石壩建設(shè)成功，但都會(huì)面臨一個(gè)問(wèn)題——裂縫，裂縫問(wèn)題嚴(yán)重影響了壩體的質(zhì)量和運(yùn)行安全，并且至今沒(méi)有解決面板裂縫的措施。面板裂縫寬度小于0.2 mm時(shí)，通過(guò)修復(fù)裂縫不會(huì)影響壩體正常運(yùn)行，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，依然會(huì)影響到壩體的耐久性、穩(wěn)定性。所以，想要更好地解決面板裂縫問(wèn)題，就必須提高面板整體的抗裂性，減少或避免面板裂縫出現(xiàn)概率。

1 工程概況

新疆吉音水利樞紐工程混凝土面板堆石壩工程，壩頂高程2 513 m，壩頂寬度10 m，壩長(zhǎng)489 m，最大壩高124.5 m，混凝土面板采用了C25F200W12聚丙烯纖維混凝土。壩頂上游側(cè)設(shè)置“L”形C25鋼筋砼防浪墻，防浪墻頂高程2 514.2 m。整個(gè)工程的面板混凝土澆筑方量為21 909.5 m3，從下到上逐漸增加面板厚度，最薄處為30 cm，最厚處為60 cm。該工程的混凝土面板較薄、分布面積大，為了避免混凝土面板產(chǎn)生裂縫，主要在壩體填筑完成、沉降后再進(jìn)行面板混凝土澆筑。面板混凝土施工采取一次性澆筑完成，主面板和起始三角塊同時(shí)澆筑，采用2套滑膜同時(shí)跳倉(cāng)澆筑，在面板表止水“V”槽中嵌入GB填料，安裝GB蓋板用扁鐵螺栓固定。

2 混凝土面板堆石壩的面板裂縫類型與產(chǎn)生原因

造成混凝土面板裂縫的原因有很多，大體上可以分為非結(jié)構(gòu)性裂縫（收縮裂縫）、結(jié)構(gòu)性裂縫（變形、沉降裂縫）。

2.1 非結(jié)構(gòu)性裂縫

2.1.1 溫度裂縫 混凝土面板澆筑完成后會(huì)受到溫度影響產(chǎn)生熱脹冷縮，外部、內(nèi)部應(yīng)力不足以及變形約束，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部產(chǎn)生了拉應(yīng)力，一旦拉應(yīng)力超過(guò)了抗裂性就會(huì)產(chǎn)生裂縫。此類裂縫會(huì)受到溫差、約束條件影響。在春秋季節(jié)施工，由于晝夜溫差大，導(dǎo)致混凝土內(nèi)外產(chǎn)生溫度階梯，內(nèi)部各個(gè)部分溫差不同造成收縮程度不同，從而產(chǎn)生裂縫。如果環(huán)境溫度過(guò)低，會(huì)造成結(jié)構(gòu)變形，受到兩側(cè)約束、面板和墊層摩擦阻力等影響產(chǎn)生裂縫[1]。

2.1.2 干縮裂縫 混凝土凝固時(shí)，混合料中的水分逐漸蒸發(fā)，降低了混凝土體積，出現(xiàn)失水干縮問(wèn)題。在混凝土凝固期間，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)逐漸收縮，受到面板和墊層、內(nèi)部配筋等摩擦阻力影響，從而產(chǎn)生裂縫。

2.2 結(jié)構(gòu)性裂縫

面板受到水壓力影響，導(dǎo)致壩基部位產(chǎn)生微量位移以及不均勻沉降等問(wèn)題，造成壩體面板背部架空，加上水體的巨大壓力與荷載作用，從而造成結(jié)構(gòu)性裂縫。

3 混凝土面板堆石壩的面板裂縫防治技術(shù)要點(diǎn)

3.1 非結(jié)構(gòu)性裂縫防治措施

3.1.1 減少溫度收縮應(yīng)力 降低混凝土的水化熱，本工程采用了“天山”熱硅酸鹽水泥，發(fā)熱量較低，并加入25%的粉煤灰和緩凝劑。全面加強(qiáng)混凝土表面的保濕保溫養(yǎng)護(hù)工作，澆筑完成后使用無(wú)紡布覆蓋混凝土表層，之后用土工膜覆蓋保溫，在表面初凝后立刻灑水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間為90 d以上。

3.1.2 減少化學(xué)收縮 化學(xué)收縮是由水泥水化作用產(chǎn)生的表面失水干燥，從而減少混凝土體積，主要受到水泥、礦物摻合料品種、水膠比影響。大量顆粒礦物和低水膠比礦物摻和增加了水泥自收縮系數(shù)，工程施工中采用了含3.5%～5.0%MgO的中熱水泥，讓混凝土本身帶有微膨脹性，從而降低并補(bǔ)償了混凝土自收縮[2]。

3.1.3 減少塑性收縮 由于混凝土表面水分蒸發(fā)大會(huì)增加裂縫發(fā)生概率，混凝土抗裂性無(wú)法達(dá)到收縮應(yīng)力，從而產(chǎn)生表面裂縫。為了能夠讓混凝土表面水分快速蒸發(fā)，可以在4—6月份澆筑面板混凝土，施工完畢后覆蓋無(wú)紡布保濕，初凝后采用土工膜保溫，減少表面水分蒸發(fā)量，緩解塑性收縮問(wèn)題。

3.1.4 減少碳化收縮 由于水泥中的氫氧化鈣和空氣中二氧化碳作用生成碳化鈣，此過(guò)程會(huì)導(dǎo)致表面收縮。可以在施工中采用較低的水灰比，提升混凝土材料的致密性，減少混凝土的碳化程度。

3.1.5 控制干燥收縮 干燥收縮同樣是因?yàn)榛炷帘砻嫠终舭l(fā)過(guò)快造成的。在混凝土初凝后，要及時(shí)灑水保濕，避免混凝土表面過(guò)于干燥或與自收縮疊加，減少混凝土的收縮裂縫量，施工中可以加入一定量的聚丙烯纖維，從而減緩塑性收縮、干燥收縮。

3.2 結(jié)構(gòu)性裂縫防治措施

3.2.1 不均勻沉降防控 如果面板堆石壩填筑質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，會(huì)增加不均勻變形概率造成面板裂縫。要嚴(yán)格控制碾壓參數(shù)，確保最終質(zhì)量。本工程在施工中進(jìn)行了多次碾壓試驗(yàn)和生產(chǎn)性試驗(yàn)，墊層料鋪料厚度為40 cm，使用20 t托碾碾壓，碾壓6遍；堆石料鋪筑厚度為0.8 m，使用20 t托碾碾壓，加入水之后碾壓8遍（不加水碾壓10遍）。砂礫鋪設(shè)厚度為0.8 m，采用22 t自行碾碾壓8遍。在完成碾壓之后使用試坑灌砂的方法檢測(cè)碾壓質(zhì)量，在驗(yàn)收合格之后進(jìn)入下一道工序[3]。

壩體沉降會(huì)造成嚴(yán)重的脫空變形、結(jié)構(gòu)裂縫情況，為了減少此類問(wèn)題的發(fā)生，需要在面板混凝土澆筑完成之后進(jìn)行壩體容易沉降部位的加固工作。在面板施工前，壩體應(yīng)具備3個(gè)月以上的預(yù)沉降期。吉音面板堆石壩工程壩體填筑完成之后在壩頂部位設(shè)置了34個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，觀測(cè)壩體的沉降情況，計(jì)算沉降速率，經(jīng)過(guò)4個(gè)月的觀察，面板頂部壩體沉降速率低于5 mm，可以開始面板混凝土施工工作。

3.2.2 結(jié)構(gòu)變形裂縫防控

3.2.2.1 改善面板結(jié)構(gòu)。根據(jù)整個(gè)面板的受力情況，合理對(duì)面板混凝土分縫處理，提前設(shè)置好垂直縫，左右岸把肩部位兩側(cè)設(shè)置張拉縫。本工程左岸設(shè)置了11條張拉縫、右岸設(shè)置了17條張拉縫，垂直縫間距控制在6 m左右。其余部位設(shè)置壓性縫，間距為16 m。3.2.2.2優(yōu)化工藝。本工程采用了綜合防護(hù)措施確保工程質(zhì)量。首先，對(duì)壩體填筑分區(qū)、填筑程序進(jìn)行規(guī)劃，選擇細(xì)致、雜質(zhì)含量小的天然沙礫料填筑，避免因?yàn)椴牧蠁?wèn)題增加裂縫生成率。其次，大壩上游面采用C5混凝土擠壓式邊墻護(hù)坡，將擠壓邊墻面板垂直縫部位鑿斷，成為一個(gè)獨(dú)立體，可以減少擠壓邊墻對(duì)面板的作用力。坡面噴射乳化瀝青，采用“二砂二油”方法。提前割斷架立筋，之后再澆筑面板混凝土，降低面板底部接觸面約束力。再次，由于止水銅片中的焊點(diǎn)數(shù)量較多，焊接質(zhì)量難以控制，在施工中采用了超長(zhǎng)止水銅片整體連續(xù)滾壓成型機(jī)，實(shí)現(xiàn)止水片的連續(xù)加工作業(yè)。橡膠蓋板搭接接縫采用復(fù)合胎基布SK手刮聚脲涂層封閉[4]。最后，使用高性能混凝土，確?；炷琳w的性能，確保倉(cāng)面混凝土的澆筑質(zhì)量和強(qiáng)度。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，面板混凝土裂縫問(wèn)題是堆石壩施工、養(yǎng)護(hù)、使用中需要重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。因此，必須要全面分析裂縫產(chǎn)生原因，并針對(duì)性采取有效的防治措施，改善傳統(tǒng)施工工藝，結(jié)合工程特點(diǎn)加強(qiáng)工藝優(yōu)化工作，可有效減少或避免面板混凝土裂縫產(chǎn)生。