基于混凝土防裂缝技术在水库堆石坝面板中的应用探讨

刘琴艳 龙倍佳

【摘要】文章重点针对混凝土面板的防裂技术在水库堆石坝面板中的应用及混凝土面板裂缝的分类及成因进行了简要的分析研究，可供类似水利工程参考、借鉴。

【关键词】水库堆石坝；混凝土；防裂缝技术

一、工程简介

该水库主要以烟地灌溉为主兼顾农村人畜饮水的综合性水利工程。水库挡水建筑物为钢筋混凝土面板堆石坝，最大坝高55.5m，水库总库容417万m3，坝顶宽度7m，坝顶长度133m，坝顶高程723.50m，坝基趾板高程668.00m，水库正常蓄水位720.00m；设计上下游坝坡比均为1：1.4。该水利枢纽流域气候温和，属亚热带气候，降雨量充沛，降雨多集中在3-8月份，多年平均气温11.4℃，极端最高41.1℃（1971年7月27日）。极端最低气温-6.9℃（1977年1月30日），平均风速1.6m/s，历年平均降水量为1081.3mm，多年平均水面蒸发量为1297.7mm（20cm蒸发皿）。

二、混凝土面板的设计

（一）面板厚度

水库坝高55.5m属中等坝高，大坝面板厚度采用0.4m等厚。

（二）面板混凝土

主坝混凝土面板设计指标为C25W8F100，二级配混凝土，混凝土砂石骨料采用石料场花岗岩人工轧制而成，混凝土中掺入Ⅱ级粉煤灰20%，每立方混凝土掺入0.6kg格雷斯聚丙烯纤维。并掺加优质高效减水剂和引气剂。

（三）面板分块

面板分缝分块主要从改善面板受力状态、方便施工的目的出发，面板宽度分别为6m和12m两种，共计17块。板间设置垂直缝，面板与防浪墙间设置水平缝。垂直缝共16条，其中两岸张性缝13条，河床段压性缝3条，长度共计712.5m，缝内设两道止水。

三、混凝土面板裂縫的分类及成因

面板混凝土裂缝从成因主要分为温度裂缝、干缩裂缝、结构裂缝。

温度裂缝是由于水泥水化热作用或外界温度影响，特别是气温骤降，形成混凝土内外温差过大，致使混凝土产生裂缝。干缩裂缝是由于外界和温度条件影响混凝土面板因失去过多水分而产生收缩裂缝；混凝土干缩通常是一个渐进的过程，可能要延续3个月甚至1年以上。虽然混凝土的徐变可以使其松弛并延缓开裂，但后期有温度应力和干缩叠加，对混凝土裂缝产生严重威胁。所以尽量减少混凝土的干缩仍然是十分必要的。另外，新浇混凝土尚未终凝，由于表面蒸发过快失水引起混凝土塑性收缩而产生浅表细微裂缝，也应采取措施预防和及时处理。结构裂缝主要是由于面板长而薄的特点、外荷载或坝体、坝基的不均匀变形而引起，需要采取一系列结构和施工措施研究解决。

四、混凝土防裂技术在水库堆石坝中的应用

（一）优化面板混凝土配合比设计提高混凝土的抗裂性能

（1）优选混凝土原材料

砂石骨料选用线膨胀系数较小的花岗岩轧制而成，其检测结果见表l，各项指标均满足规范要求；碎石最佳级配试验见表1，采用最大振实密度法确定最佳比例，从试验结果可知，碎石级配5～20mm和20～40mm碎石比例在50%：50%时级配最佳；水泥选用P.042.5水泥，经试验结果表明，该水泥各项指标均满足（硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》中有关规定，为合格水泥。

（2）面板混凝土配合比设计试验研究

面板混凝土配合比通过原材料物理力学性能指标试验，大坝面板混凝土设计中掺入20%的Ⅱ级粉煤灰，掺入HJUNF—2A高效减水剂0.8%，用以减少混凝土单位体积中的水泥用量，降低混凝土的水化热，掺格雷斯聚丙烯纤维0.6kg/m3，同时在减水剂中掺入HJAE—A引气剂1.1/万（以胶凝材料重量百分比计），以提高面板混凝土的抗裂性和耐久性，增加混凝土的和易性。

（二）强化施工管理，严格施工过程质量控制

加强面板混凝土施工的过程控制是面板防裂的重中之重。在总结国内外大型堆石坝面板防裂经验的基础上，对管理层和作业层进行系统地培训交底，确保每道工序、每个环节层层监督，严格把关。严格按照试验确定的混凝土配合比进行拌制，严格控制外加剂的掺量和拌和时间，各项材料计量准确，确保混凝土搅拌均匀，保证混凝土和易性和聚丙烯纤维的分散性。应用混掺配合比在面板混凝土施工过程中，混凝土拌和物坍落度损失较小且比较稳定，根据现场实测资料反映（气温10～20℃），拌和站出机口混凝土与仓面混凝土20～30min内坍落度损失稳定在l～1.5cm，90～180min内坍落度损失稳定在1.5～2.5cm。混凝土拌和物黏聚性好，在坡面溜槽输送过程中混凝土物料并未出现分离现象，在坡面溜槽中呈现整体下滑状态。仓面做到布料均匀，充分振捣，确保混凝土密实；采用双层拖架人工压浆收面，保证表面密实平整光滑；做好面板混凝土浇筑防雨遮盖措施，遇到大雨或特大暴雨时停止浇筑，过后做好接头处理，再恢复施工。

（三）面板混凝土防裂的工程措施

（1）改善面板约束条件

该水库主坝应用混凝土挤压边墙施工新工艺具有同层垫层料填筑与上游坡面防护一次性完成的特点，简化了传统施工工艺上游坡面垫层超填、坝坡整修、斜面碾压、坡面防护等工艺，加快了垫层料施工进度，提高了坡面保护能力，同时也提高了垫层料的填筑碾压质量，避免了由于垫层料碾压不密实产生的不均匀沉降而导致面板产生裂缝。平顺、光滑的垫层面，有效地减少表面摩察系数，防止应力集中。挤压边墙施工严格控制表面平整度，对超出规范值+5～-8cm的部位采用人工找平，有陡坎的人工不平减少表面突变，挤边墙坡面喷涂阳离子乳化沥青，减少了挤压边墙对面板混凝土接触基面的摩阻和约束而产生的拉应力，减少了裂缝的产生。

（2）保证混凝土的浇筑质量

在加强各种原材料质量控制的前提下，加强混凝土拌和物质量控制，各种材料计量准确，混凝土坍落度控制在30～50mm（夜间）、40～60mm（白天），保证混凝土拌和物质量的均匀性和稳定性。混凝土拌和物黏聚性好，混凝土在运输和入仓过程中未出现离析和骨料分离现象，在坡面溜槽中呈现整体下滑状态；仓面加强布料、振捣、滑模提升、人工压浆收面等工序的质量控制。

五、结束语

水库主坝面板混凝土通过科学的配合比研究与优化及精心的组织管理和严格的过程控制、及时周到的养护等一系列工程施工措施，提高了混凝土自身抗裂能力，减少了外界对面板混凝土的影响，实现水库面板混凝土浇筑后无裂缝的效果。经过水库面板混凝土施工实践和应用，为同类堆石坝面板混凝土防裂积累和提供了新的施工经验。