大温差气候条件下大坝基础混凝土裂缝成因及处理

郭志强

(中国葛洲坝集团第六工程有限公司，云南昆明 650000)



大温差气候条件下大坝基础混凝土裂缝成因及处理

郭志强

(中国葛洲坝集团第六工程有限公司，云南昆明 650000)

【摘要】藏木水电站地处高寒高海拔地区，年平均气温在8℃左右，最暖月平均气温超过15℃，全年有10个月平均气温在0℃以上。但昼夜温差较大，夜间气温能跌落至负温，昼间又回升到20℃以上。通过对藏木水电站大坝基础混凝土裂缝成因从温度、坝基地质缺陷、长间歇期、固结灌浆等方面分析、针对不同裂缝采取相应处理措施以及后续裂缝张开度的跟踪监测，为大温差气候条件下的大坝基础混凝土裂缝处理积累宝贵经验。

【关键词】大温差；大坝基础；裂缝；成因；处理

1工程气候概况

藏木水电站位于高原温带季风半湿润气候地区。

加查气象站(测站高程3 260.0 m)位于藏木水电站坝址下游约15 km处。根据该站1978～2004年实测资料统计，多年平均气温9.2℃, 极端最高气温和极端最低气温分别为 32.0℃和-16.6℃；多年平均年降水量为540.5 mm，日最大降水量51.3 mm；多年平均相对湿度51%；多年平均风速为1.6 m/s，历年最大风速为19 m/s，相应风向SE；多年平均蒸发量为2 075.2 mm。

2大坝基础混凝土裂缝成因分析

藏木水电站为我国在西藏地区建设的首座大型水电站，当地自然气候条件恶劣，昼夜温差大，冬期极端气温低，且与西藏其他基建项目不同，施工过程中无冬歇期。由于无类似工程经验可供借鉴，不可预见困难大，大坝施工过程中受温度影响，产生部分温度裂缝。对于右岸大坝基础混凝土施工，因其处于强约束区部位，且藏木水电站所处地区为高寒地区，气候环境恶劣，因此导致部分仓位混凝土施工过程中出现了裂缝。经分析产生裂缝的主要原因是外部恶劣的自然环境造成的，在每个裂缝出现后，为防止裂缝进一步发育扩大，均对每条裂缝进行了处理。

2.1大坝基础混凝土裂缝性状特征

从大坝基础混凝土的强约束区、大坝基础固结灌浆、长间歇期以及大坝混凝土温控等角度出发，就藏木水电站右岸大坝基础仓面出现的混凝土裂缝大致归纳为以下几类，具体每种裂缝的性状特征如下。

(1)第一类裂缝性状特征：裂缝在大坝仓面上呈45°对角线斜向发展，表面缝宽约为0.4～0.5 mm，裂缝长2～10 m。经现场钻孔取芯及压水试验，可判定该处裂缝深度约为50～60 cm。

(2)第二类裂缝性状特征：裂缝垂直水流方向延伸，从坝段之间横缝延伸至该坝段中部，与地质缺陷深挖槽开口线基本重合。表面缝宽约为0.1～0.3 mm，长度约10～20 m。经现场钻穿缝孔进行通风检测，在缝深20 cm处存在透风现象，在缝深30 cm处已无透风现象，判定该类裂缝深度约为20～30 cm，属于温度浅表裂缝。

(3)第三类裂缝性状特征：裂缝顺坝轴线方向延伸，贯穿仓位混凝土宽度，表面缝宽约为0.2～0.6 mm，长度约10～20 m。经现场钻穿缝孔进行通风检测，在缝深1 m处存在透风现象，在缝深1.2 m处已无透风现象，初步判定该类裂缝深度约为1 m。

2.2大坝基础混凝土裂缝产生原因

(1)藏木电站所处地区夏季白天温度高，太阳辐射强，晚上温度低，昼夜温差过大，可达20℃以上。大温差的恶劣条件是裂缝产生的主要原因。

(2)部分仓位，如9#坝段、16#坝段等长宽比较大，也是容易形成裂缝的原因之一。

(3)右岸大坝坝基地质缺陷多，断层、挤压带、裂隙等较多，整个建基面刻槽较多，也是裂缝形成的原因之一。

(4)大部分裂缝均位于固结灌浆施工作业面，灌浆施工也可能是形成裂缝的原因之一。

(5)大坝仓面裂缝主要发生在2012年6月至10月期间，正是夏季，昼夜温差大，处于大坝基础强约束区，也大都位于固结灌浆施工仓面，且裂缝均为坝体内部仓面裂缝，均属于温度裂缝。

3大坝基础混凝土裂缝处理

3.1大坝基础混凝土裂缝处理措施

(1)对裂缝进行凿槽处理，凿槽尺寸20 cm×20 cm，用预缩砂浆进行嵌缝处理，且在槽内埋设并缝φ100半圆钢管。

(2)在裂缝两侧钻斜孔，预埋灌浆管(灌浆管采用φ32黑铁管插入孔内20 cm长)，待在两个坝段上一层混凝土浇筑后分别进行化学灌浆。钻孔采用YT-28手风钻进行施工，孔径φ42，孔间距1 m，在裂缝两侧交错进行布置。钻孔倾角为75°。造孔完成后，孔内预埋φ32黑铁管，引至下一层混凝土收仓面上，再进行化学灌浆。

(3)在裂缝处设置限裂钢筋网，主筋(φ32)垂直跨缝布置，间距20 cm，缝两侧各2.25 m，单根长4.5 m，分布筋(φ28)沿裂缝布置，间距20 cm。

(4)在大坝仓面裂缝两侧布置化学灌浆管，并将所有预埋化学灌浆管路先引至附近廊道内，在坝体温度冷却至稳定温度后，对仓面裂缝采取化学灌浆措施进行处理。化学灌浆采用CH环保高强环氧灌浆材料进行。以9#坝段裂缝为例，其处理措施见图1、图2。

图1　裂缝灌浆孔位平面布置

(a)1号灌浆孔位剖面　　　　　(b)2号灌浆孔位剖面　　　　　(c)3号灌浆孔位剖面

(d)刻槽施工示意　　　　　(e)限裂钢筋布置示意　　　　图2　裂纹处理剖面

3.2大坝基础混凝土裂缝预防措施

结合以往发生的裂缝，为避免后续施工仓位再次出现裂缝，对后续施工仓位采取增设了限裂钢筋的预防措施，并取得了良好的效果。

(1)对灌浆层面上的9#坝段下游块、16#、17#坝段等长宽比较大的部位，以及类似于14#、15#坝段中间块与上游块合仓时，也应在中间部位、接缝部位布置限裂钢筋，钢筋网按主筋φ32@200，辅筋φ28@200。

(2)在固结灌浆层面的收仓面以下10 cm左右设置限裂钢筋，钢筋配置为φ10@200×200。

(3)为了避免在后续的大坝混凝土施工过程中再出现此类裂缝，进一步加强混凝土表面及侧面的养护，保持其持续性湿润。严格控制最高温度峰值过后最大日降温速率小于或等于0.5℃/d，同时在通水过程中根据混凝土内部温度对通水温度进行相应调整，确保通水温度与混凝土温度相差不大于20℃。

(4)进一步加强混凝土的养护及保温，固结灌浆混凝土面上采用蓄水养护，气温骤降期间采用覆盖保温被养护。

(5)在低块与高块混凝土合仓时，中间接缝部位布置限裂钢筋网。

4大坝基础混凝土裂缝监测

针对大坝基础混凝土裂缝，为跟踪处理后裂缝闭合情况，对出现混凝土裂缝的大坝基础仓位布置裂缝测缝计，裂缝测缝计开合度监测成果显示：混凝土裂缝张开度最大值为0.62 mm(JB11增-4)，主要发生在安装初期。化学灌浆完成后，混凝土裂缝均处于闭合或接触状态，各测缝计过程线平稳。

5结束语

藏木水电站大坝混凝土基础裂缝成因从温度、坝基地质缺陷、长间歇期、固结灌浆等方面分析、针对不同裂缝采取相应处理措施。通过在高海拔高寒大温差气候条件下，对藏木水电站大坝基础混凝土裂缝成因的分析以及裂缝处理技术的应用，不仅为大温差气候下大坝基础混凝土裂缝预防和处理提出了宝贵的经验，同时也对大坝基础混凝土施工提供了宝贵经验。

参考文献

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[2]JC/T 1041-2007 混凝土裂缝用环氧树脂灌浆材料[S].

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[4]李娥.水工混凝土建筑物裂缝的处理[J].吉林农业，2014(2).

[5]李静旭.李忠强.浅析水工混凝土建筑物裂缝的成因及处理[J].中国科技信息，2007(14):56.

[作者简介]郭志强(1987～)，男，学士，助理工程师，主要从事水利水电施工技术管理。

【中图分类号】TU755.7

【文献标志码】B

[定稿日期]2015-11-17