面板堆石坝混凝土面板裂缝现状、成因与防裂技术进展

面板堆石坝混凝土面板裂缝现状、成因与防裂技术进展

姓名：王仕奇

单位：贵州黔水建设股份有限公司  贵州 贵阳市 550081

摘要：随着时代的不断发展以及经济社会进程的不断加快，人们生活水平的不断提高，然而人们对堆石坝混凝土面板裂缝的了解也越来越多。因此，混凝土面板作为面板堆石坝的主要防渗结构，其裂缝控制是影响大坝安全运行的关键。总结了我国部分面板堆石坝混凝土面板裂缝现状，从面板的混凝土设计、原材料及施工工艺等方面分析了裂缝产生的原因，总结了混凝土防裂技术进展。分别从裂缝走向、裂缝产生的部位、裂缝产生的面板分序和产生时间揭示了面板裂缝的特点和规律，总结了混凝土力学、抗冻设计指标、水胶比、用水量、原材料、坍落度、养护方式和垫层处理工艺等技术参数对其影响。

关键词：堆石坝；混凝土面板；裂缝现状；防裂技术

引言

混凝土面板堆石坝的水下面板裂缝形成发展，影响了面板的工作性态。为揭示水下面板裂缝的成因，依据监测资料研究了运行期不利温度工况及施工质量对面板裂缝的影响，提出以空隙率的概率分布函数表征施工质量的方法，采用质量保证率模拟堆石区的施工缺陷区域，确定了运行期堆石坝面板裂缝分析的流程。

1面板混凝土裂缝的分类

1.1结构性裂缝

（1）面板本身原因：面板本身板薄面大，吉音面板最长块板长达139m，板宽12m，板厚从底厚0.6m到顶厚0.3m渐变而成，这种大型薄壁机构结构容易产生裂缝。（2）面板基础原因：面板基础为从底部到顶部逐层填筑的堆石体，填筑质量、堆石坝自稳变形、局部面板底部脱空等因素决定了面板基础的稳定性，极易拉裂面板。同时，面板基础不是平面基础，而是比较陡的坡面基础，由于重力原因面板极易向下滑落变形。（3）外荷载影响：面板受库区水压力、冰压力、地震力等外荷载影响较大，一旦外部荷载超过面板本身抗裂能力，就会产生结构性裂缝。

1.2自身裂缝

自身裂缝均由混凝土自身的收缩变形受到约束而引起，面板混凝土所受的约束主要有面板基础面的挤压边墙平整度不够或垫层的变形影响、两侧面板的拉力或挤压力、底部或坝体两侧的趾板变形等，面板混凝土所受到的拉应力大于其自身的抗拉强度时，裂缝自然产生。（1）温降收缩。面板混凝土一般使用中热或低热水泥，以降低水泥水化热能量，减小温降收缩。面板混凝土厚度较薄，但其在浇筑后受外界降温侵袭，此时由于尚未硬化的混凝土抗拉强度极低，就会产生温度裂缝。（2）塑性收缩。面板混凝土硬化前，或者混凝土基础及模板等干燥吸水，又或是使用了收缩性较大的水泥，或者水泥用量过大等原因，都能引起当时抗拉强度极低的混凝土收缩变形而产生裂缝，去释放这类收缩变形，所以混凝土硬化时产生的裂缝大多为塑性收缩裂缝。（3）自收缩。面板混凝土选用的水泥为细度适宜、自干燥能力较低的中热水泥；掺合的粉煤灰为I级灰，以满足自干燥能力较低、细度最细的要求。同时，面板混凝土的水胶比比其他混凝土水胶比都小得多，并在施工中需要严格控制，目的是满足面板混凝土自收缩的需要。总之，面板裂缝产生后，无论是贯穿性裂缝，还是长、宽、深不同程度的各种裂缝，很难从表观现象判断其属于结构性裂缝还是自身裂缝，只有通过科学严谨的分析判断，掌握施工全过程中的各个环节、全过程控制中的薄弱环节，才能获得正确结果，以便在后期面板施工中持续改进和提高。

2面板堆石坝混凝土面板裂缝现状、成因

2.1混凝土面板裂缝现状

混凝土面板是典型的薄型长条板状结构，长、宽、厚三向尺寸相差悬殊，产生裂缝的概率比普通水工大体积混凝土大。混凝土面板一旦出现裂缝，会破坏结构的整体性，导致面板漏水，增加坝体渗漏量。而且将直接降低混凝土的抗渗耐久性，加剧由于冻融循环、化学物质侵蚀、碳化等造成的混凝土劣化，从而使结构功能逐渐丧失。

2.2混凝土面板裂缝成因分析

(1) 基础的沉积。堆石坝施工过程中的混凝土裂缝正在成为一个普遍的问题，这种疾病通常是由许多因素引起的，包括沉降。由于施工前无法进行加固，导致基础稳定性不足，随着施工过程中地基逐渐下沉，沿垂直和水平方向发生变形和弯曲。其次，基础的沉降导致更大的应力，明显高于混凝土结构所承受的应力极限，此时混凝土内部会产生较大的剪应力、拉应力，从而导致混凝土裂缝的形成。对于密质岩坝，地基处理至关重要，尤其是在软地基条件下，缺乏强化处理会引起很多问题，这也是造成地基沉降的关键因素，对密质岩坝的建设来说是非常危险的。 . (2)混凝土收缩变形。堆石坝的混凝土收缩变形大部分是由浇筑施工引起的，由于混凝土在浇筑过程中逐渐蒸发水分离，混凝土结构的体积发生了严重的变形，造成明显的开裂的问题。这些现象大多与所使用的原材料有关，例如水泥材料的使用会对施工质量产生重大影响，导致混凝土结构收缩变形，分为收缩、膨胀2种在尺寸方面。由于在浇注过程中，受材料或其他因素的影响，内部和外部水分的蒸发速度存在差异，只要内部收缩率小于表面收缩率点，就会产生裂缝在混凝土结构中形成的裂缝，结合力形成的裂缝越大，外部环境的湿度越低，也会形成明显的结构裂缝。 (3)温度变化。在堆石坝混凝土结构施工中，温度是必须严格控制的一个要素，除了材料本身产生的水化热外，还包括环境温度的变化，混凝土裂缝发生的重要条件。由于混凝土结构本身具有热胀冷缩的特点，施工中的外部温度不符合要求，与内部温度形成较大的差异，必然造成严重的变形，并在混凝土内部产生拉应力.温度变化引起的裂缝多数情况下具有稳定的发展特征，如随温度变化可继续扩大，除水热反应外，多数情况下形成于保存阶段，由于采取措施节省不占空间。另外，厚度超过2m的散装混凝土在浇筑施工后很容易出现，所以浇筑后需要进行温度控制，这也是减少混凝土结构裂缝形成的重要途径。确保混凝土内部的外部温度均匀。

3面板堆石坝混凝土面板裂缝的防裂技术

3.1提升混凝土性能

合理的混凝土材料体系和严格的施工质量控制是混凝土面板防裂的关键，需尽可能制备低绝热温升、低收缩、高抗拉强度的混凝土。对材料体系而言，采用中热水泥、低热水泥和复掺粉煤灰等掺和料的低水化放热量胶凝体系，以降低混凝土绝热温升;合理使用补偿收缩材料(轻烧MgO)，严格控制骨料中的石粉含量，以减少自生体积变形和干燥收缩;采用低弹性模量和线膨胀系数小的骨料，以减少塑性收缩;采用高弹性模量的纤维，以提高混凝土抗拉强度。对混凝土设计指标而言，需建立面板混凝土工作性出机口和仓面“双控”指标，即不仅要明确混凝土出机口坍落度设计指标，同时也要明确混凝土到达仓面的坍落度设计指标。不同工程应根据运输距离和时间，开展现场生产性试验，优化和调整坍落度设计指标。在采用较低坍落度浇筑的同时，确保混凝土能够顺利通过长距离溜槽到达仓面。对施工工艺而言，应严格控制混凝土坍落度变幅。在干热、大风耦合的环境下，极易出现料仓上、中、下部细骨料含水率差距较大的情况，对细骨料含水率进行实时监测尤为重要。长江科学院发明了一种基于介电常数测定混凝土细骨料含水率的方法，可以对混凝土骨料的含水率进行实时测定，通过终端控制设备对施工实际配合比进行相应的调整，对混凝土用水量进行自动补偿，实现混凝土智能化生产。

3.2强化保温保湿措施

混凝土面板防裂的关键是控制面板沿厚度方向的内外温差。长江科学院提出了面板底部降糙、过程控温浇筑、分期保温保湿等全过程面板综合防裂措施。浇筑早期应采用合理保温措施及遮阳措施。气温骤降将大幅加剧面板表面开裂风险，施工期须密切关注天气情况做好气温骤降前的保温措施。面板早期裂缝主要由温度应力及干缩应力引起，面板浇筑完成后可采用喷涂养护密封剂，覆盖塑料薄膜、稻草席或土工膜等材料保温，根据环境温度变化采用不同温度流水养护，在施工条件允许的情况下，保温保湿措施尽可能持续至蓄水。

结语

我国高面板堆石坝筑坝技术已趋于成熟，形成了较为完整的技术体系，具有丰富和扎实的技术储备。未来将面临技术要求更加严苛，服役环境更加恶劣，施工难度更为艰巨的混凝土面板堆石坝，这些都对筑坝技术提出了更高的要求。为进一步推动面板堆石坝建设的高质量发展，在已有发展成果的基础上，一方面要优化混凝土材料性能，制备温升低、微膨胀、低线膨胀系数、高抗拉的混凝土;另一方面要探索混凝土智能化生产、智能化养护的方法，对混凝土质量实现更加精细的管理。

参考文献

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