水利水電工程大體積混凝土裂縫成因與控制對(duì)策研究

宋麗萍

(北票市哈爾腦鄉(xiāng)水利服務(wù)站，遼寧 朝陽(yáng) 122100)

0 引 言

一般地，裂縫破壞水利水電工程大體積混凝土整體性，致使結(jié)構(gòu)原有應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生改變以及建筑物產(chǎn)生滲漏，混凝土出現(xiàn)凍融和溶蝕，并進(jìn)一步加快了碳化和鋼筋銹蝕速率[1-2]。所以，質(zhì)量控制的關(guān)鍵就是裂縫防治，裂縫的形成與外界環(huán)境、自然條件、施工操作等因素密切相關(guān)，受諸多不利因素共同作用裂縫不斷擴(kuò)展。根據(jù)裂縫成因，可以將導(dǎo)致裂縫的因素劃分成材料特征、施工操作、約束條件以及結(jié)構(gòu)體型體量等幾種，具體包括水泥水化、管理不當(dāng)、外界與內(nèi)部約束、氣溫變化、收縮變形、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理等[3]。調(diào)查顯示[4]，因施工管理、建筑材料、工程設(shè)計(jì)等其它因素引起的裂縫所占比例依次為80%、15%、5%。因此，文章從施工管理的角度探討了混凝土裂縫的成因，通過(guò)深入分析一期通水冷卻溫控?cái)?shù)據(jù)指出溫控措施落實(shí)時(shí)存在的問(wèn)題，并明確了裂縫形成的有關(guān)責(zé)任方。

1 工程概況

渾河干流某水電站8號(hào)壩段8-1左上游面?zhèn)}位發(fā)現(xiàn)裂縫，倉(cāng)位長(zhǎng)18.21m×寬25.84m×高1.75m，高程處于1682.47m-1684.22m，高出基建面2.20m；等級(jí)型號(hào)C9025，控制富漿和常態(tài)混凝土塌落度4-6cm、6-9cm，主要選用攬機(jī)法和臺(tái)階法澆筑，澆筑時(shí)間16h，并以冷卻通水和噴霧劑控溫，完成澆筑后用保溫被覆蓋。受工程進(jìn)度限制，澆筑完成28d后發(fā)現(xiàn)該倉(cāng)面產(chǎn)生2條走向?yàn)闄M向與豎向的貫穿裂縫，縫長(zhǎng)20.14m和25.02m，縫深達(dá)到170cm，縫寬約為0.1-0.2mm，裂縫貫穿全倉(cāng)，分布形式呈十字形。

2 裂縫成因與控制

2.1 成因關(guān)聯(lián)圖

根據(jù)澆筑位置、防護(hù)措施和施工環(huán)境，通過(guò)詢問(wèn)作業(yè)人員和查閱分析有關(guān)資料，并結(jié)合工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)全面探討了裂縫的成因，并對(duì)裂縫成因利用關(guān)聯(lián)圖分析，見(jiàn)圖1。

圖1 裂縫成因關(guān)聯(lián)圖

2.2 裂縫成因確認(rèn)表

根據(jù)裂縫成因和關(guān)聯(lián)圖最終確定11項(xiàng)末端因素，然后組織各參建單位查閱工程資料和施工技術(shù)規(guī)范，評(píng)比各項(xiàng)因素之間的關(guān)聯(lián)程度，從而獲取4項(xiàng)較高關(guān)聯(lián)度的因素。采用A、B、C、D代表影響程度很高、高、一般、低，則混凝土裂縫成因確認(rèn)表見(jiàn)表1，較高關(guān)聯(lián)程度的末端原因?qū)Σ弑硪?jiàn)表2。

表1 裂縫成因確認(rèn)表

表2 裂縫控制對(duì)策表

3 通水冷卻溫控?cái)?shù)據(jù)

根據(jù)設(shè)計(jì)溫控技術(shù)要求和分縫分塊布設(shè)原則，充分考慮澆筑邊界條件及溫度變化情況，應(yīng)用三維有限元模擬分析溫度徐變應(yīng)力場(chǎng)與溫度場(chǎng)，通過(guò)類比分析其他類似工程，并結(jié)合規(guī)程規(guī)范提出混凝土溫控技術(shù)要求[5]。該技術(shù)的使用可以有效控制水化熱，從而抑制裂縫的形成。整理統(tǒng)計(jì)一期通水冷卻進(jìn)出水溫度和內(nèi)部溫度等相關(guān)數(shù)據(jù)，為準(zhǔn)確識(shí)別裂縫形成的責(zé)任方提供科學(xué)依據(jù)，溫控統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如表3。

表3 一期通水冷卻溫控?cái)?shù)據(jù) ℃

3.1 收倉(cāng)后-極差控制圖

實(shí)際上，溫度裂縫的形成與內(nèi)部水化熱散發(fā)速度慢、熱量多等因素直接相關(guān)，倉(cāng)面與內(nèi)部出現(xiàn)較大溫差，混凝土內(nèi)、外部存在約束無(wú)法自由收縮，從而導(dǎo)致溫度應(yīng)力[6]。溫差越大則形成的應(yīng)力就越高，也越易形成裂縫，一期溫控?cái)?shù)據(jù)見(jiàn)圖2，基本服從N(μ，σ)分布。

(a)

3.2 通水冷卻散布圖

澆筑過(guò)程中，內(nèi)部產(chǎn)生的熱量可以利用預(yù)埋的冷卻水管帶走，這大大降低了絕熱溫升和峰值持續(xù)時(shí)間，內(nèi)部溫度與通水冷卻溫差見(jiàn)圖3。

圖3 內(nèi)部溫度變化與通水冷卻溫差散布圖

3.3 直方圖與監(jiān)測(cè)頻數(shù)表

工程設(shè)計(jì)給出了通水流量和水溫的取值區(qū)間，通水時(shí)必須滿足施工操作、工程環(huán)境等實(shí)際要求，實(shí)際上直方圖與溫度監(jiān)測(cè)頻數(shù)表能夠作為通水冷卻效應(yīng)發(fā)揮的判定依據(jù)(見(jiàn)圖4)，從而給出是否對(duì)通水冷卻加以優(yōu)化的決策。

圖4 內(nèi)部溫度監(jiān)測(cè)圖

一期通水冷卻對(duì)溫控效果有效，在一定程度上可以減少倉(cāng)面裂縫的形成。因此，可利用散布圖、直方圖、控制度判斷溫控過(guò)程質(zhì)量控制效果，主要結(jié)論如下：

1)溫度均值-極差控制圖表明，內(nèi)部溫度均值在2-14d和17-28d超出控制上、下限，溫度極差數(shù)據(jù)在4-25d出現(xiàn)明顯變化而在16-25d變化規(guī)律不明顯，總體處于區(qū)間的下限。所以，對(duì)于內(nèi)部溫度控制承包人未制定有效的溫控措施或者溫控不明顯。

2)內(nèi)部溫度與通水溫差散布圖表明，冷卻通水溫差越高則混凝土內(nèi)部溫差越低，兩者之間存在明顯的負(fù)相關(guān)性；通水溫差處于25-30℃區(qū)間時(shí)內(nèi)部溫差集中分布于5-6℃，并且具有較長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間。因此，可以認(rèn)為某時(shí)段的內(nèi)部溫控與通水冷卻未表現(xiàn)出一般規(guī)律性，有必要調(diào)整通水溫度，即溫差處于25-30℃范圍時(shí)承包人應(yīng)采取有效的溫控措施，從而減少內(nèi)外溫差[7-11]。

3)內(nèi)部溫度數(shù)據(jù)頻數(shù)表顯示，溫控措施下處于高溫區(qū)間27.95-29.05℃和29.05-30.10℃的頻率較高，該時(shí)段應(yīng)加強(qiáng)溫度控制，在30.10-31.35℃區(qū)間的頻率較低，表明制定相應(yīng)的溫控措施能夠有效減少水化熱；直方圖表明，承包人所實(shí)施的溫控措施基本達(dá)到要求。

總體而言，承包人制定的溫控措施能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求，但對(duì)于集中釋放水化熱的過(guò)程仍需進(jìn)一步優(yōu)化溫度控制對(duì)策。雖然是多種不利因素綜合作用造成的裂縫，但在落實(shí)溫控措施上承包人還有待加強(qiáng)，因此對(duì)該倉(cāng)混凝土仍要承擔(dān)相應(yīng)的責(zé)任。

4 結(jié) 論

文章全面分析了水利水電工程大體積混凝土裂縫的成因，并識(shí)別出裂縫形成的關(guān)鍵原因，結(jié)合工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和裂縫成因提出相應(yīng)的對(duì)策，為有效防控倉(cāng)面裂縫提供一定技術(shù)支持。采用質(zhì)量控制手段深入分析了通水溫控?cái)?shù)據(jù)，在落實(shí)溫控措施上承包人還有待加強(qiáng)，并得出承包人應(yīng)承擔(dān)一定責(zé)任的結(jié)論。