混凝土坝裂缝防治措施

2011-09-07□李祝

水利科学与寒区工程 2011年10期

□ 李祝

混凝土坝裂缝防治措施

□ 李祝

碾压混凝土筑坝是最近20年发展起来的一项新技术。在问世之初，由于碾压混凝土水泥用量大大减少，人们曾一度认为碾压混凝土不存在温控制问题，后来经过研究，发现碾压混凝土虽具有水泥用量少、绝热温升较低的优点，但因大量掺用粉煤灰，水化热散发推迟，而碾压混凝土上升速度快，因而使施工过程中层面散热不够。另外，碾压混凝土的徐变较小，极限拉伸变形也略低，故抗裂能力较低。因此，碾压混凝土同样存在温控问题，也较容易出现裂缝。就此，我们着重介绍混凝土坝体裂缝的防治措施。

一、材料方面

与常态混凝土比较，碾压混凝土的徐变和极限拉伸变形较小，因此抗裂能力较低。所以，只有提高碾压混凝土这两方面的能力，才能提高其抗裂能力。

(一)徐变。

混凝土的徐变受灰浆率、混凝土配合比、加荷龄期、水泥性质、持荷应力、持荷时间、骨料的弹性比与级配、结构尺寸等多种因素的影响。一般灰浆比越大徐变越大;水胶比越大徐变越大;加荷龄期越早，徐变越大;持荷时间越长徐变越大;骨料石材的弹强比越小徐变越大。

(二)极限拉伸变形。

极限拉伸值是衡量混凝土抗裂性的重要指标之一。与常态混凝土一样，受胶凝材料用量、混凝土抗拉强度、混凝土的弹性模量及龄期等影响。干贫碾压混凝土28d龄期的极限拉伸值约为40～70με，90d龄期增长不大，高粉煤灰碾压混凝土90d龄期的极限拉伸值约60～90με。如果采用变形较大和界面效应较好的骨料和脆性系数较小的水泥等，可使碾压混凝土的极限拉伸值大幅度提高。

二、选择合适的浇注温度

必须根据各工程的实际情况，设计一个比较合适的入仓温度，以达到如下目的:一是控制坝内温差，从而降低基础约束形成的温度应力，以避免坝体出现深层或贯穿裂缝。二是控制坝体表层的温度梯度，减轻坝体内部约束，从而防止产生表层裂缝。其最终目的就是控制三个指标。一是基础温差;二是上下层温差;三是内外温差。

（一）基础温差

基础温差是指坝块基础部位的最高温度与相应区域稳定温度之差，即

式中 ΔT--基础温差;

Tp--混凝土浇注温度；

Tr--混凝土的水化热温升；

Tf--坝块的稳定温度

碾压混凝土大坝由于不设纵缝，其底宽较大，基础约束的范围也较高，在坝体内的稳定温度场的温度相差也较大，因此温差无论在水平方向还是铅直方向都是非均匀分布的，分均匀分布的温差所应起的应力与浇筑块的高宽比、混凝土与基岩或新老混凝土的弹性模量比、坝区气候以及混凝土的弹性模量、热胀系数有关。其中坝块的高宽比越小，温度应力越大。

（二）上下层温差

上下层温差是指在长间歇老混凝土坝块上浇筑新混凝土时，限制新老混凝土之间的温差。目的是防止上部新浇混凝土温度过高，降温时受老混凝土约束而产生裂缝。其原因是:①长间歇老混凝土的水化作用已基本结束，内部温度直接受气温影响作周期性变化，接近甚至低于年平均气温;②老混凝土龄期长，弹性模量高，甚至超过基岩，对新浇混凝土降温产生较大的约束。

《混凝土重力坝设计规范》规定:“上下层温差系指在老混凝土面(龄期超过20d)上下各L/4范围内，老混凝土上层最高平均温度与新浇混凝土开始浇筑时下层实际平均温度之差。当上层混凝土短间歇均匀上升的浇筑高度h大于0.5L时，上下层允许温差约为15～20℃，浇筑块侧面长期暴露时，宜用较小值。严寒地区上下层温差标准可另行研究。”本规范只是制定了上下层温差的一个标准，在实际工程中，上下层温差往往转换为控制新浇混凝土最高温度。

（三）内外温差

温度应力是由温度场的变化引起的，当一个坝块浇筑后，由于水化热的变化及外界气温的影响，内部温度即不断变化，相对于初温，温度场的变化可分为均匀和非线性降温两部分，根据叠加原理可分别考虑。但对不存在外部约束的部位，均匀降温不会产生温度应力或可略去不计。

降温的非线性分布，在坝体内将引起应力，需要加以分析和限制。它所引起的应力的大小与非线性降温的幅度及梯度有关，而两者均可由坝块内外两点的降温之差来表示。但在初温均匀分布的条件下，内外两点的降温之差即等于内外两点的温差(及内外温差)，在实际工程中，坝块的内外温差可认为是中心点和边界点温度之差。因此，坝块的内外温差问题，实质上是反映坝块降温的非线性分布，造成内部约束而产生的温度应力问题。

气温年变化及气温骤降都在坝块内形成内外温差。实际工程中，内外温差的控制理解为针对坝块受气温年变化而言，不包括气温骤降的影响。

三、设置诱导缝

诱导缝是碾压混凝土大坝的一种温控防裂措施，在很多大型水利工程中都采取了这种方法，但是在很多碾压混凝土重力坝中，采取的是RCD施工工艺，而碾压混凝土拱坝采取的是RCC施工工艺，它们所采取的诱导缝具有不同的特征。

（一）重力坝中的诱导缝

根据大坝仿真分析以及经验显示，在挡水坝段越冬停浇面上下游部位常因拉应力较大而开裂，如果采取控制混凝土的浇筑温度以及采取对混凝土进行保温的方法，也很难从根本上解决挡水坝段越冬停浇面上下游部位的不规则裂缝。因此采取诱导缝是一种简单实用的方法。可考虑在挡水坝段上游的停浇面附近设置1米深的水平预留缝，内设两道水平止水，缝端设开口PVC管以及限裂钢筋，下游在停浇面附近设置3米深的水平预留缝，坝内缝端设开口PVC管。

（二）拱坝中的诱导缝

碾压混凝土拱坝由于断面较小，混凝土的升程相对较快，大量的水化热无法在短时间内散发掉，而且碾压混凝土拱坝很少设横缝，即使设横缝，横缝的间距也是很大，否则便不能发挥碾压混凝土快速施工的特点。另外在整体式碾压混凝土拱坝中，坝体的弧长与其厚度的比值均较大，是一长条形的结构，从温控角度来说，是较为不利的。由于温降产生的拉应力和碾压混凝土干缩等很容易导致混凝土沿坝体最薄弱部位沿横向产生裂缝，而解决这个问题的最简单易行的办法就是设置诱导缝。

（三）碾压混凝土拱坝中诱导缝的位置

诱导缝是靠其自身对其所受拉应力的放大来优先使坝体在诱导缝处形成缝的。首先诱导缝必须布置在拉应力相对较大的部位;其次该处的拉应力乘上其应力放大倍数，应大于其相邻分块内任何拉应力值。计算结果表明，诱导缝一般应设在拱端和拱冠附近拉应力较大的断面，使其在坝体应力增大时，首先张开，可充分发挥预期的作用。但当诱导缝未开裂时，由于其力学参数降低，相反增大了该部位的最大应力。另外由于碾压混凝土拱坝温降历时长，在运行期其缝也有可能张开，因此拱坝坝中诱导缝不宜布置在拱端及拱冠拉剪压应力最大的部位，否则会破坏其约束条件导致拱坝应力条件恶化。