混凝土面板防裂技術(shù)措施的研究與應(yīng)用

曹 力，劉 偉，陳小明

（1.新疆卡拉貝利水利樞紐工程建設(shè)管理局，新疆 喀什 844000；2.水利部產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準研究所 浙江省水利水電裝備表面工程技術(shù)研究重點實驗室，浙江 杭州 310024；3.水利部杭州機械設(shè)計研究所 水利機械及其再制造技術(shù)浙江省工程實驗室，浙江 杭州 310024）

1 引言

新疆卡拉貝利水利樞紐工程位于克孜勒蘇柯爾克孜自治州烏恰縣境內(nèi)，具有防洪、灌溉、發(fā)電等綜合效益。該工程東距喀什市165 km，北距烏恰縣70 km，距烏魯木齊1 606 km。工程規(guī)模為大Ⅱ型，總庫容2.62億m3，電站裝機容量70 kW。大壩為混凝土面板砂礫石壩，最大壩高92.5 m，上游壩坡1∶1.7，下游壩坡1∶1.8，見圖1示所。

圖1 卡拉貝利水利樞紐工程壩體剖面圖

該工程地震設(shè)計烈度為Ⅷ度強，設(shè)計地震的50年內(nèi)超越概率P50為2%的基巖場地水平峰值加速度為647 gal(0.66 g)，作為校核地震的100年內(nèi)超越概率P100為2%的基巖場地水平峰值加速度為780 gal(0.79 g)，同時壩頂高程1 775 m。冬季寒冷，氣候干燥，澆筑期間白天氣溫在25 ℃以上，夜間氣溫在-10 ℃以下，晝夜溫差達35 ℃左右；混凝土澆筑的3～5月，平均風(fēng)速2.4 m/s，風(fēng)速超過10 m/s的天數(shù)達到14 d，不利于混凝土面板施工的大風(fēng)因素尤為突出。

混凝土面板的裂縫一直是工程界致力解決的難題，從面板混凝土的結(jié)構(gòu)特點和工作環(huán)境來看，其裂縫產(chǎn)生主要由結(jié)構(gòu)荷載方面、材料性能方面、溫度應(yīng)力方面、基礎(chǔ)應(yīng)力約束方面和施工工藝方面等因素組成。

針對新疆卡拉貝利水利樞紐工程極端惡劣的特殊自然環(huán)境，從各類混凝土原材料的選擇、優(yōu)化配合比、施工工藝及后期養(yǎng)護等全過程加強控制，采取有效的技術(shù)措施來提高面板混凝土的防裂能力，減少和有效控制面板裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展。

2 面板混凝土防裂技術(shù)思路

（1）優(yōu)選各類混凝土原材料，發(fā)揮原材料性能，提高材料對防裂的貢獻。

（2）優(yōu)化配合比設(shè)計研究，提高并改善混凝土的物理、力學(xué)、耐久性等指標(biāo)，獲得良好的技術(shù)性能。

（3）充分考慮施工環(huán)境和工藝條件，使混凝土拌合物具有良好的施工性能。

（4）采用適宜的摻合材料、高性能外加劑等技術(shù)措施，改善混凝土的變形能力、溫度應(yīng)力條件，進一步提高混凝土防裂能力。

（5）采取合理的施工技術(shù)工藝，提高混凝土的均質(zhì)性，有效改善混凝土的應(yīng)力應(yīng)變條件。

（6）采取合適的防風(fēng)保濕養(yǎng)護措施和溫度控制措施，將環(huán)境溫度應(yīng)力影響控制在混凝土應(yīng)力應(yīng)變可承受范圍內(nèi)。

3 面板混凝土施工技術(shù)防裂措施

根據(jù)卡拉貝利水利樞紐工程不利施工條件，結(jié)合其他類似工程施工經(jīng)驗，面板混凝土施工過程中質(zhì)量控制實行閉環(huán)處理，主要從以下幾個方面入手，減少混凝土面板裂縫的發(fā)生。

3.1 減小沉降變形，預(yù)防沉降裂縫

（1）施工期擠壓邊墻預(yù)留的預(yù)變形量沒有達到預(yù)期的變形，上游擠壓邊墻坡面沒有進行修整，目前已經(jīng)開始噴涂乳化瀝青隔離層。（2）控制填筑質(zhì)量，減小大壩沉降變形。砂礫料取樣檢測平均相對密度0.92，大于設(shè)計標(biāo)準0.85，大壩原型觀測沉降數(shù)據(jù)顯示，施工期（11個月）大壩0+280樁號最大累計沉降量21.1 cm，壩體沉降數(shù)值較小，沉降速率趨于穩(wěn)定。（3）預(yù)留足夠的沉降期。規(guī)范規(guī)定的面板壩沉降期宜為3～6個月，卡拉貝利大壩2016年7月23日 封 頂，2017年3月1日 開 始 混凝土面板澆筑，大壩沉降期超過7個月，滿足規(guī)范要求。

3.2 采取措施弱化邊墻約束、減少混凝土面板裂縫

（1）控制擠壓邊墻坡面平整度，減小擠壓邊墻對面板的約束。（2）設(shè)置2.5 mm厚度兩油一砂改性瀝青隔離層，強化乳化瀝青涂層的隔離效果，減弱邊墻對面板的約束。（3）面板鋼筋安設(shè)過程采用架立鋼筋固定，在混凝土澆筑時隨著滑模提升及時割除，消除架立鋼筋約束。

圖2 大壩施工照片

表1 面板混凝土配合比

3.3 優(yōu)化混凝土配合比設(shè)計，增強面板混凝土抗裂性能

（1）優(yōu)化混凝土配合比設(shè)計，保證混凝土力學(xué)性能指標(biāo)。試驗研究有利于防裂的混凝土面板配合比設(shè)計及良好的砼性能。（2）把好原材料關(guān)，提高混凝土抗裂性能。選取質(zhì)地堅硬、清潔、級配良好，吸水率、含泥量小的卡拉貝利工地天然砂石骨料，降低骨料對混凝土收縮及抗拉性能的影響。（3）添加聚乙烯醇纖維，提高面板混凝土抗裂性能。面板混凝土配合比設(shè)計中摻加適量的螺旋形聚乙烯醇纖維，增強面板混凝土早期抗裂性能。（4）嚴格執(zhí)行施工配合比，控制混凝土拌合質(zhì)量。嚴格執(zhí)行施工配合比，定期檢測、校驗拌合設(shè)備，精準控制水灰比和外加劑含量，加強混凝土拌合時間控制，有效控制混凝土拌合質(zhì)量。

3.4 加強澆筑過程控制，保證混凝土施工質(zhì)量

（1）加強現(xiàn)場施工過程管控，提高混凝土拌合質(zhì)量，合理安排澆筑計劃，均衡施工。（2）采取適宜的施工布置方案，盡量減小混凝土拌合物運輸過程坍落度損失；保持施工的連續(xù)性，提高混凝土澆筑的均質(zhì)性；合理布置各分塊澆筑順序和間隔時間，降低板間約束影響?；炷涟韬险窘ㄔ趬雾?，縮短混凝土運輸距離、改變混凝土運輸方式。施工采用了在壩頂建立了HZS60型的拌合站2套，10 m3混凝土罐車水平運輸，倉面采用溜槽垂直入倉，人工平倉振搗。從施工情況看，施工簡單、快速、安全。（3）采用滑模攤鋪混凝土，提高混凝土攤鋪質(zhì)量和速度。使面板混凝土攤鋪均勻密實、快速進行澆筑，減少了不均勻收縮產(chǎn)生的裂縫。（4）加強混凝土坍落度檢測，提高混凝土入倉和易性。加強混凝土坍落度檢測，對出機口、入倉、倉面（3～5 cm）坍落度實時控制，及時調(diào)整，確?；炷莲@得良好的和易性，提高面板混凝土實體質(zhì)量。

圖3 大壩施工照片

3.5 采取有效防風(fēng)措施，減少不利施工影響

（1）在混凝土溜槽上安設(shè)牢靠的防風(fēng)遮陽帆布，減少大風(fēng)、高溫時混凝土的水分散失，保證混凝土入倉的和易性。（2）結(jié)合工程實際與現(xiàn)場試驗，選用適宜的入倉坍落度（擬采用螺旋形布料機在倉面進行二次攪拌、攤鋪），人工及時收面、兩次壓光，混凝土終凝前采用隨滑模提升的塑料布覆蓋,防止混凝土初期水分損失；終凝后采用底層線毯、上層兩布一膜覆蓋。（3）在混凝土面板體內(nèi)預(yù)埋拉錨螺栓，有效錨固養(yǎng)護材料，間隔選用鋼筋壓重，保證風(fēng)季養(yǎng)護覆蓋材料能有效固定。

3.6 科學(xué)合理的養(yǎng)護，減少溫度裂縫的發(fā)生

（1）面板混凝土施工安排在2017年3月～5月，根據(jù)2014年至2017年項目部氣象記錄，該時段平均氣溫在13.5 ℃左右，氣溫適宜。（2）拌和站設(shè)置保溫措施，嚴格控制混凝土出機口溫度、入倉溫度及環(huán)境溫度，保證混凝土入倉溫度在3～15 ℃以內(nèi)；（3）面板混凝土內(nèi)部安設(shè)溫度探頭測溫，壩頂安裝熱水鍋爐，專人監(jiān)測氣溫、水溫及混凝土內(nèi)外溫度，及時調(diào)整養(yǎng)護水溫，確保面板混凝土內(nèi)外溫差小于20 ℃。（4）采用左右岸壩肩的2座100 m3蓄水池及10 t熱水鍋爐（提高低溫時段養(yǎng)護用水溫度，減少混凝土內(nèi)外溫差）聯(lián)合供水，面板混凝土主供水管道采用布置于壩頂?shù)腄N100鋼管，面板澆筑過程中采用專人配DN20移動式塑料管灑水養(yǎng)護，每塊面板澆筑完成后，利用面板頂部及中部水平布置的2道DN20塑料花管配閥門獨立提供長流水養(yǎng)護。（5）采用線毯、兩布一膜覆蓋，壩頂花管長流水養(yǎng)護，保證養(yǎng)護效果。在最后一次鋼模壓光完成后，立即覆蓋線毯，并灑水濕潤線毯；待混凝土終凝1～2 h后開始采用花管小流量的噴水對混凝土進行養(yǎng)護；待混凝土終凝10 h左右，加大養(yǎng)護水流量，在覆蓋的線毯表面形成明流，使混凝土表面始終有一定深度的水流通過，微浸泡在水中，這樣既可避免大風(fēng)刮起線毯、保持混凝土全方位處于溫潤狀態(tài)，還可使混凝土表面保持相對恒溫，養(yǎng)護水溫保持在14～18 ℃，消除了晝夜溫差的影響。面板混凝土養(yǎng)護工作一直持續(xù)到大壩蓄水。

4 結(jié)論

新疆卡拉貝利水利樞紐工程自然環(huán)境極端惡劣，通過采取一系列有效措施，面板混凝土產(chǎn)生裂縫較少，大大降低了后期裂縫處理費用，經(jīng)現(xiàn)場普查共計裂縫291條，橫貫裂縫，寬度≥0.15 mm的裂縫，采用聚氨酯進行化學(xué)灌漿，后涂刷HK-G-2環(huán)氧底膠，再采用HK-988彈性涂料進行涂層封閉處理；寬度0.1～0.15 mm，長度≥1.0 m的裂縫，采用涂刷HK-G-2環(huán)氧底膠和HK-988彈性涂料進行涂層封閉處理。經(jīng)過3年多的蓄水運行，大壩運行正常，工況良好。