设置“工作缝”消除混凝土大坝裂缝危害分析

师宁焉

（辽宁省白石水库管理局，辽宁 朝阳 122000）

设置“工作缝”消除混凝土大坝裂缝危害分析

师宁焉

（辽宁省白石水库管理局，辽宁 朝阳 122000）

混凝土大坝裂缝问题是一种普遍现象。如何防治，国内外已有很多科研成果发表。但简单易行的不多，白石水库拦河坝是部分采用碾压混凝土的大坝，在总结以前大坝裂缝规律和经验教训基础上，对一些重要部位采用设置“工作缝”的办法，达到了防患于未然，又方便施工的目的。

工作缝；大坝裂缝；白石水库

1 概况

白石水库位于辽宁西部大凌河干流上，1996年 7 月开工，2000 年底建成。拦河坝为“金包银”式RCD 碾压混凝土重力坝，坝体内部为碾压混凝土，外部及底部为常态混凝土。坝高 49.3m，坝顶长 513m，坝体混凝土 49.2 万 m3，由挡水、溢流、底孔、引水、电站、等 32 个坝段组成。辽宁省经过观音阁和白石两座水库碾压混凝土重力坝的施工实践，发现碾压混凝土本身很少裂缝，绝大多数裂缝发生在常态混凝土中，且多发生在施工期。

常态混凝土在施工中产生的裂缝，其原因是多方面的，除温控原因外，还有混凝土长期间歇、基础开挖起伏差过大、建筑物形状窄而长（如闸墩）、建筑物体形发生突变等等，均易使混凝土产生裂缝。

在已建的水利工程中，如河北省桃林口水库，为了减少裂缝，在基础常态混凝土施工中曾采用过预留“宽槽”措施，使之满足两侧混凝土的收缩变形。白石水库工程在 1996 年秋，基础灌浆盖板施工中亦采用过这种方法。“宽槽”是在水工建筑物适当部位预留宽 1.0～2.0m 宽的槽（或称宽缝），两侧壁予埋连接钢筋，“宽槽”的浇筑一般是选在第二年的春秋季低温期将槽内钢筋连接，然后回填膨胀混凝土。通过在白石水库工程的具体施工实践，感到“宽槽”施工会带来相互干扰，程序繁琐，不便操作。如低部位基础灌浆盖板设置的“宽槽”，当固结灌浆或周围混凝土养生时，泥浆和杂物自然被冲入槽内，清除非常困难。在高部位如闸墩设置“宽槽”，在回填混凝土时，由于高差过大，混凝土浇筑困难，且“宽槽”侧面模板容易漏浆，影响建筑物外观质量。白石水库工程初期在基础灌浆盖板中设置“宽槽”，后来经过研究和论证，将“宽槽”改为“工作缝”，即允许混凝土建筑物在该处产生收缩裂缝，又能使其两侧共同工作的特点，解决了“宽槽”施工难度大的问题。

2 “工作缝”设置部位

2.1 基础灌浆盖板混凝土

为了使坝基固结灌浆达到设计压力，设计上一般都要求在建基面上浇筑一层厚 1.5～2.0m 的常态混凝土盖板。混凝土在降温的过程中，收缩变形受到岩石的约束作用而产生裂缝，约束力的大小与盖板的几何形状、内外温差、混凝土与基岩的弹模比等因素有关。当其它条件相同时，盖板的形状（如宽长比）对裂缝能否发生至关重要，当基础灌浆盖板长度达到 40m 以上时，单用降低混凝土入仓温度使其达到不发生裂缝是极其困难的。白石水库工程为了减少盖板混凝土裂缝，在盖板平行坝轴线方向，大致中间部位设置过2种分缝：“宽槽”和“工作缝”。

2.1.1 “宽槽”

如前面所述白石水库工程初期的大坝底孔坝段在灌浆盖板的中间部位设置“宽槽”，槽宽 1.2 m，槽内两侧壁予埋二期混凝土的连接插筋，当两侧混凝土充分收缩后浇筑上层混凝土前，对“宽槽”侧壁混凝土凿毛、焊接插筋、回填膨胀混凝土，使盖板成为整体受力结构，白石水库大坝底孔坝段灌浆盖板“宽槽”位置，见图 1。

图 1 底孔坝段灌浆盖板“宽槽”位置示意图

2.1.2 “工作缝”

“工作缝”指2块被分开的混凝土之间不留槽，只是一种缝结构，并且在以后运用中使缝两侧混凝土在受力时能共同工作。白石水库工程溢流坝段灌浆盖板在岩面变坡处设置一道“工作缝”，两侧的混凝土（称甲、乙块）不能同时浇筑，一般先浇筑下游块（乙块），并予埋连接甲乙块混凝土钢筋。经过一个月左右间歇（越长越有利），乙块混凝土大致收缩完成时，侧面凿毛，浇筑甲块混凝土。浇筑上层混凝土前骑工作缝扣 φ150～200mm 半圆钢管，溢流坝段基础灌浆盖板“工作缝”设置，见图2。

图 2 溢流坝段灌浆盖板“工作缝”位置示意图

2.2 底孔压坡段出口的“工作缝”

大凌河为多泥沙河流，坝址处多年平均含沙量为 18.08kg/m3，为减少水库的淤积，在河床右侧18～23 号坝段布置 12 个 4m×7m 的泄洪排沙底孔，由进口喇叭段、平直段、压坡段及出口扩散段组成，底孔洞长 34.59m，出口扩散段长 20.07m。压坡段出口顶高程 EL107.0m，扩散段边墙顶高程EL104.0m，且自重及体形发生明显突变，该连接部位容易产生裂缝，因此在该处设一道“工作缝”见图3。

图 3 底孔坝段“工作缝”位置示意图

2.3 溢流坝段闸墩及反弧段的“工作缝”

在河床左侧 6～17 号溢流坝段，布置 11 个净宽为 12m 的溢流表孔，堰顶高程为

EL115.0m，闸墩顶高程 EL134.3m，闸墩宽3.0m，长 34.3m。白石水库工程溢流坝闸墩经三维有限元计算，在距闸墩上游 13.0m 处设置一道“工作缝”，该部位闸墩原配筋不断开，用钢板隔缝，见图 4。在闸墩体内设置“工作缝”时应注意闸墩各部位的应力状态，不宜设在受拉区。

溢流挑坎反弧段最底部是混凝土最薄的部位，经计算该处最大温度拉应力达 3.16MPa，大于C40混凝土允许拉应力。北方地区其它已建工程在该处大多产生了纵向裂缝，白石水库工程在该处也设置了“工作缝”，见图 4。

图 4 溢流坝段闸墩及反弧段“工作缝”位置示意图

3 “工作缝”结构及其配筋设计

白石水库工程在施工中设置的“工作缝”是在其他已建工程及白石水库工程施工初期曾采用的“宽槽”基础上，经过论证改进而形成的一种新的常态混凝土分缝方法，既保留了“宽槽”两侧混凝土共同工作的特点，又解决了“宽槽”施工困难的问题。

3.1 “工作缝”的施工方法

3.1.1 “工作缝”两侧混凝土分期浇筑

灌浆盖板混凝土中设置的“工作缝”，其两侧混凝土可分为二次浇筑，“工作缝”上游称甲块、下游称乙块，一般先浇筑乙块，因为甲块有廊道，施工期长；放置插筋，即木模板钻孔，插入钢筋。当乙块混凝土基本收缩后，拆除木模板，凿毛后浇筑甲块混凝土，在甲乙块之间自然形成一道“工作缝”。

3.1.2 “工作缝”两侧混凝土同时浇筑

溢流挑坎反弧段一般常采用滑模施工方法，在反弧段中设置的“工作缝”，两侧混凝土应同时浇筑。

溢流堰顶闸墩为空间板状结构，闸墩中设置的“工作缝”两侧混凝土亦应一次完成。这种部位的“工作缝”可用薄铁板作为分缝材料，钢筋不必切断。

3.2 “工作缝”插筋设计

大体积混凝土施工中设置的“工作缝”两侧插筋设计方法，可分为素混凝土和钢筋混凝土2种情况。

3.2.1 素混凝土中“工作缝”的插筋设计

基础灌浆盖板为素混凝土，由于设置“工作缝”后，将原整体混凝土分成两块。“工作缝”中插筋设计方法，假设两侧混凝土之间已形成一道隔缝，混凝土之间没有粘着力，盖板混凝土一侧受拉时，拉力全部由“工作缝”的插筋传到另一侧的混凝土中去。盖板混凝土按 C20，设计抗拉强度（Rc）1.3MPa，插筋用 II 级钢筋，设计抗拉强度（Rg）340MPa。“工作缝”断面混凝土拉应力假设达到本体抗拉强度时，则每 m2断面所需配置的插筋面积（Ag）为：

“工作缝”断面上每平方米布置 8φ25，则 Ag= 39.27cm2，可满足要求，每侧插筋最小插入长度按40d计算。

3.2.2 钢筋混凝土中“工作缝”的插筋设计

在钢筋混凝土中设置的“工作缝”，其位置应设在压应力区，如白石水库工程溢流坝段闸墩的“工作缝”，布置在距闸墩上游 13.0m，经应力计算该位置为受压区。原闸墩配置的钢筋在“工作缝”处亦不必断开（钢筋不限制“工作缝”的形成），这种情况可不必再另设插筋。

4 “工作缝”的实施效果

实践证明“工作缝”结构比较简单，施工方便，避免了“宽槽”在狭窄的空间进行凿毛、焊接钢筋、回填膨胀混凝土等繁琐工序，克服了高部位“宽槽”无法保证混凝土外观施工质量的难题。白石水库工程大坝已建完5年，从永久外露的底孔出口段挡墙、溢流坝段闸墩和挑坎等部位常态混凝土中设置的“工作缝”来看，已经明显形成一道“人工缝”结构，这对减少水工建筑物纵向自然裂缝的减少起到了一定的作用。当然，在大体积常态混凝土施工中予设“工作缝”在白石水库工程是一次尝试，有待于进一步探讨与论证，但从理论上和几年的运行中看是成功的。

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2013-12-11