水利水电工程大体积混凝土裂缝成因与控制对策研究

宋丽萍

(北票市哈尔脑乡水利服务站，辽宁 朝阳 122100)

0 引 言

一般地，裂缝破坏水利水电工程大体积混凝土整体性，致使结构原有应力状态发生改变以及建筑物产生渗漏，混凝土出现冻融和溶蚀，并进一步加快了碳化和钢筋锈蚀速率[1-2]。所以，质量控制的关键就是裂缝防治，裂缝的形成与外界环境、自然条件、施工操作等因素密切相关，受诸多不利因素共同作用裂缝不断扩展。根据裂缝成因，可以将导致裂缝的因素划分成材料特征、施工操作、约束条件以及结构体型体量等几种，具体包括水泥水化、管理不当、外界与内部约束、气温变化、收缩变形、结构设计不合理等[3]。调查显示[4]，因施工管理、建筑材料、工程设计等其它因素引起的裂缝所占比例依次为80%、15%、5%。因此，文章从施工管理的角度探讨了混凝土裂缝的成因，通过深入分析一期通水冷却温控数据指出温控措施落实时存在的问题，并明确了裂缝形成的有关责任方。

1 工程概况

浑河干流某水电站8号坝段8-1左上游面仓位发现裂缝，仓位长18.21m×宽25.84m×高1.75m，高程处于1682.47m-1684.22m，高出基建面2.20m；等级型号C9025，控制富浆和常态混凝土塌落度4-6cm、6-9cm，主要选用揽机法和台阶法浇筑，浇筑时间16h，并以冷却通水和喷雾剂控温，完成浇筑后用保温被覆盖。受工程进度限制，浇筑完成28d后发现该仓面产生2条走向为横向与竖向的贯穿裂缝，缝长20.14m和25.02m，缝深达到170cm，缝宽约为0.1-0.2mm，裂缝贯穿全仓，分布形式呈十字形。

2 裂缝成因与控制

2.1 成因关联图

根据浇筑位置、防护措施和施工环境，通过询问作业人员和查阅分析有关资料，并结合工程实践经验全面探讨了裂缝的成因，并对裂缝成因利用关联图分析，见图1。

图1 裂缝成因关联图

2.2 裂缝成因确认表

根据裂缝成因和关联图最终确定11项末端因素，然后组织各参建单位查阅工程资料和施工技术规范，评比各项因素之间的关联程度，从而获取4项较高关联度的因素。采用A、B、C、D代表影响程度很高、高、一般、低，则混凝土裂缝成因确认表见表1，较高关联程度的末端原因对策表见表2。

表1 裂缝成因确认表

表2 裂缝控制对策表

3 通水冷却温控数据

根据设计温控技术要求和分缝分块布设原则，充分考虑浇筑边界条件及温度变化情况，应用三维有限元模拟分析温度徐变应力场与温度场，通过类比分析其他类似工程，并结合规程规范提出混凝土温控技术要求[5]。该技术的使用可以有效控制水化热，从而抑制裂缝的形成。整理统计一期通水冷却进出水温度和内部温度等相关数据，为准确识别裂缝形成的责任方提供科学依据，温控统计数据如表3。

表3 一期通水冷却温控数据 ℃

3.1 收仓后-极差控制图

实际上，温度裂缝的形成与内部水化热散发速度慢、热量多等因素直接相关，仓面与内部出现较大温差，混凝土内、外部存在约束无法自由收缩，从而导致温度应力[6]。温差越大则形成的应力就越高，也越易形成裂缝，一期温控数据见图2，基本服从N(μ，σ)分布。

(a)

3.2 通水冷却散布图

浇筑过程中，内部产生的热量可以利用预埋的冷却水管带走，这大大降低了绝热温升和峰值持续时间，内部温度与通水冷却温差见图3。

图3 内部温度变化与通水冷却温差散布图

3.3 直方图与监测频数表

工程设计给出了通水流量和水温的取值区间，通水时必须满足施工操作、工程环境等实际要求，实际上直方图与温度监测频数表能够作为通水冷却效应发挥的判定依据(见图4)，从而给出是否对通水冷却加以优化的决策。

图4 内部温度监测图

一期通水冷却对温控效果有效，在一定程度上可以减少仓面裂缝的形成。因此，可利用散布图、直方图、控制度判断温控过程质量控制效果，主要结论如下：

1)温度均值-极差控制图表明，内部温度均值在2-14d和17-28d超出控制上、下限，温度极差数据在4-25d出现明显变化而在16-25d变化规律不明显，总体处于区间的下限。所以，对于内部温度控制承包人未制定有效的温控措施或者温控不明显。

2)内部温度与通水温差散布图表明，冷却通水温差越高则混凝土内部温差越低，两者之间存在明显的负相关性；通水温差处于25-30℃区间时内部温差集中分布于5-6℃，并且具有较长的持续时间。因此，可以认为某时段的内部温控与通水冷却未表现出一般规律性，有必要调整通水温度，即温差处于25-30℃范围时承包人应采取有效的温控措施，从而减少内外温差[7-11]。

3)内部温度数据频数表显示，温控措施下处于高温区间27.95-29.05℃和29.05-30.10℃的频率较高，该时段应加强温度控制，在30.10-31.35℃区间的频率较低，表明制定相应的温控措施能够有效减少水化热；直方图表明，承包人所实施的温控措施基本达到要求。

总体而言，承包人制定的温控措施能够达到设计要求，但对于集中释放水化热的过程仍需进一步优化温度控制对策。虽然是多种不利因素综合作用造成的裂缝，但在落实温控措施上承包人还有待加强，因此对该仓混凝土仍要承担相应的责任。

4 结 论

文章全面分析了水利水电工程大体积混凝土裂缝的成因，并识别出裂缝形成的关键原因，结合工程实践经验和裂缝成因提出相应的对策，为有效防控仓面裂缝提供一定技术支持。采用质量控制手段深入分析了通水温控数据，在落实温控措施上承包人还有待加强，并得出承包人应承担一定责任的结论。