混凝土面板防裂技术措施的研究与应用

曹 力，刘 伟，陈小明

（1.新疆卡拉贝利水利枢纽工程建设管理局，新疆 喀什 844000；2.水利部产品质量标准研究所 浙江省水利水电装备表面工程技术研究重点实验室，浙江 杭州 310024；3.水利部杭州机械设计研究所 水利机械及其再制造技术浙江省工程实验室，浙江 杭州 310024）

1 引言

新疆卡拉贝利水利枢纽工程位于克孜勒苏柯尔克孜自治州乌恰县境内，具有防洪、灌溉、发电等综合效益。该工程东距喀什市165 km，北距乌恰县70 km，距乌鲁木齐1 606 km。工程规模为大Ⅱ型，总库容2.62亿m3，电站装机容量70 kW。大坝为混凝土面板砂砾石坝，最大坝高92.5 m，上游坝坡1∶1.7，下游坝坡1∶1.8，见图1示所。

图1 卡拉贝利水利枢纽工程坝体剖面图

该工程地震设计烈度为Ⅷ度强，设计地震的50年内超越概率P50为2%的基岩场地水平峰值加速度为647 gal(0.66 g)，作为校核地震的100年内超越概率P100为2%的基岩场地水平峰值加速度为780 gal(0.79 g)，同时坝顶高程1 775 m。冬季寒冷，气候干燥，浇筑期间白天气温在25 ℃以上，夜间气温在-10 ℃以下，昼夜温差达35 ℃左右；混凝土浇筑的3～5月，平均风速2.4 m/s，风速超过10 m/s的天数达到14 d，不利于混凝土面板施工的大风因素尤为突出。

混凝土面板的裂缝一直是工程界致力解决的难题，从面板混凝土的结构特点和工作环境来看，其裂缝产生主要由结构荷载方面、材料性能方面、温度应力方面、基础应力约束方面和施工工艺方面等因素组成。

针对新疆卡拉贝利水利枢纽工程极端恶劣的特殊自然环境，从各类混凝土原材料的选择、优化配合比、施工工艺及后期养护等全过程加强控制，采取有效的技术措施来提高面板混凝土的防裂能力，减少和有效控制面板裂缝的产生和发展。

2 面板混凝土防裂技术思路

（1）优选各类混凝土原材料，发挥原材料性能，提高材料对防裂的贡献。

（2）优化配合比设计研究，提高并改善混凝土的物理、力学、耐久性等指标，获得良好的技术性能。

（3）充分考虑施工环境和工艺条件，使混凝土拌合物具有良好的施工性能。

（4）采用适宜的掺合材料、高性能外加剂等技术措施，改善混凝土的变形能力、温度应力条件，进一步提高混凝土防裂能力。

（5）采取合理的施工技术工艺，提高混凝土的均质性，有效改善混凝土的应力应变条件。

（6）采取合适的防风保湿养护措施和温度控制措施，将环境温度应力影响控制在混凝土应力应变可承受范围内。

3 面板混凝土施工技术防裂措施

根据卡拉贝利水利枢纽工程不利施工条件，结合其他类似工程施工经验，面板混凝土施工过程中质量控制实行闭环处理，主要从以下几个方面入手，减少混凝土面板裂缝的发生。

3.1 减小沉降变形，预防沉降裂缝

（1）施工期挤压边墙预留的预变形量没有达到预期的变形，上游挤压边墙坡面没有进行修整，目前已经开始喷涂乳化沥青隔离层。（2）控制填筑质量，减小大坝沉降变形。砂砾料取样检测平均相对密度0.92，大于设计标准0.85，大坝原型观测沉降数据显示，施工期（11个月）大坝0+280桩号最大累计沉降量21.1 cm，坝体沉降数值较小，沉降速率趋于稳定。（3）预留足够的沉降期。规范规定的面板坝沉降期宜为3～6个月，卡拉贝利大坝2016年7月23日 封 顶，2017年3月1日 开 始 混凝土面板浇筑，大坝沉降期超过7个月，满足规范要求。

3.2 采取措施弱化边墙约束、减少混凝土面板裂缝

（1）控制挤压边墙坡面平整度，减小挤压边墙对面板的约束。（2）设置2.5 mm厚度两油一砂改性沥青隔离层，强化乳化沥青涂层的隔离效果，减弱边墙对面板的约束。（3）面板钢筋安设过程采用架立钢筋固定，在混凝土浇筑时随着滑模提升及时割除，消除架立钢筋约束。

图2 大坝施工照片

表1 面板混凝土配合比

3.3 优化混凝土配合比设计，增强面板混凝土抗裂性能

（1）优化混凝土配合比设计，保证混凝土力学性能指标。试验研究有利于防裂的混凝土面板配合比设计及良好的砼性能。（2）把好原材料关，提高混凝土抗裂性能。选取质地坚硬、清洁、级配良好，吸水率、含泥量小的卡拉贝利工地天然砂石骨料，降低骨料对混凝土收缩及抗拉性能的影响。（3）添加聚乙烯醇纤维，提高面板混凝土抗裂性能。面板混凝土配合比设计中掺加适量的螺旋形聚乙烯醇纤维，增强面板混凝土早期抗裂性能。（4）严格执行施工配合比，控制混凝土拌合质量。严格执行施工配合比，定期检测、校验拌合设备，精准控制水灰比和外加剂含量，加强混凝土拌合时间控制，有效控制混凝土拌合质量。

3.4 加强浇筑过程控制，保证混凝土施工质量

（1）加强现场施工过程管控，提高混凝土拌合质量，合理安排浇筑计划，均衡施工。（2）采取适宜的施工布置方案，尽量减小混凝土拌合物运输过程坍落度损失；保持施工的连续性，提高混凝土浇筑的均质性；合理布置各分块浇筑顺序和间隔时间，降低板间约束影响。混凝土拌合站建在坝顶，缩短混凝土运输距离、改变混凝土运输方式。施工采用了在坝顶建立了HZS60型的拌合站2套，10 m3混凝土罐车水平运输，仓面采用溜槽垂直入仓，人工平仓振捣。从施工情况看，施工简单、快速、安全。（3）采用滑模摊铺混凝土，提高混凝土摊铺质量和速度。使面板混凝土摊铺均匀密实、快速进行浇筑，减少了不均匀收缩产生的裂缝。（4）加强混凝土坍落度检测，提高混凝土入仓和易性。加强混凝土坍落度检测，对出机口、入仓、仓面（3～5 cm）坍落度实时控制，及时调整，确保混凝土获得良好的和易性，提高面板混凝土实体质量。

图3 大坝施工照片

3.5 采取有效防风措施，减少不利施工影响

（1）在混凝土溜槽上安设牢靠的防风遮阳帆布，减少大风、高温时混凝土的水分散失，保证混凝土入仓的和易性。（2）结合工程实际与现场试验，选用适宜的入仓坍落度（拟采用螺旋形布料机在仓面进行二次搅拌、摊铺），人工及时收面、两次压光，混凝土终凝前采用随滑模提升的塑料布覆盖,防止混凝土初期水分损失；终凝后采用底层线毯、上层两布一膜覆盖。（3）在混凝土面板体内预埋拉锚螺栓，有效锚固养护材料，间隔选用钢筋压重，保证风季养护覆盖材料能有效固定。

3.6 科学合理的养护，减少温度裂缝的发生

（1）面板混凝土施工安排在2017年3月～5月，根据2014年至2017年项目部气象记录，该时段平均气温在13.5 ℃左右，气温适宜。（2）拌和站设置保温措施，严格控制混凝土出机口温度、入仓温度及环境温度，保证混凝土入仓温度在3～15 ℃以内；（3）面板混凝土内部安设温度探头测温，坝顶安装热水锅炉，专人监测气温、水温及混凝土内外温度，及时调整养护水温，确保面板混凝土内外温差小于20 ℃。（4）采用左右岸坝肩的2座100 m3蓄水池及10 t热水锅炉（提高低温时段养护用水温度，减少混凝土内外温差）联合供水，面板混凝土主供水管道采用布置于坝顶的DN100钢管，面板浇筑过程中采用专人配DN20移动式塑料管洒水养护，每块面板浇筑完成后，利用面板顶部及中部水平布置的2道DN20塑料花管配阀门独立提供长流水养护。（5）采用线毯、两布一膜覆盖，坝顶花管长流水养护，保证养护效果。在最后一次钢模压光完成后，立即覆盖线毯，并洒水湿润线毯；待混凝土终凝1～2 h后开始采用花管小流量的喷水对混凝土进行养护；待混凝土终凝10 h左右，加大养护水流量，在覆盖的线毯表面形成明流，使混凝土表面始终有一定深度的水流通过，微浸泡在水中，这样既可避免大风刮起线毯、保持混凝土全方位处于温润状态，还可使混凝土表面保持相对恒温，养护水温保持在14～18 ℃，消除了昼夜温差的影响。面板混凝土养护工作一直持续到大坝蓄水。

4 结论

新疆卡拉贝利水利枢纽工程自然环境极端恶劣，通过采取一系列有效措施，面板混凝土产生裂缝较少，大大降低了后期裂缝处理费用，经现场普查共计裂缝291条，横贯裂缝，宽度≥0.15 mm的裂缝，采用聚氨酯进行化学灌浆，后涂刷HK-G-2环氧底胶，再采用HK-988弹性涂料进行涂层封闭处理；宽度0.1～0.15 mm，长度≥1.0 m的裂缝，采用涂刷HK-G-2环氧底胶和HK-988弹性涂料进行涂层封闭处理。经过3年多的蓄水运行，大坝运行正常，工况良好。