舒 鐵，李國(guó)棟，曹 剛

（遼寧省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,遼寧 沈陽(yáng) 110006）

1 混凝土裂縫

三灣水利樞紐工程位于遼寧省丹東市愛(ài)河干流下游，主要以承擔(dān)丹東市城市供水為主，兼顧發(fā)電。三灣水利樞紐工程規(guī)模為大（2）型，水庫(kù)總庫(kù)容1.54億m3，主要包括擋水壩段、取水壩段、泄洪閘、電站廠房和取水泵站等建筑物。工程于2009年初開(kāi)工建設(shè)，預(yù)計(jì)2012年底竣工。

2009年汛期后，發(fā)現(xiàn)泄洪閘和擋水壩段出現(xiàn)混凝土裂縫。每孔泄洪閘、壩段由下部溢流堰和上部閘墩組成，溢流堰為開(kāi)敞式平頂堰，上、下游方向長(zhǎng)30.5 m，平行壩軸線(xiàn)方向?qū)?8.6 m，溢流堰體最小厚度為2.8 m，已澆筑混凝土厚度2.0 m。每個(gè)擋水壩段平行壩軸線(xiàn)方向長(zhǎng)16.0 m，上、下游方向底寬約15.0 m，最大壩高約25.0 m，已澆筑混凝土厚度10.0 m。其中13號(hào)、14號(hào)泄洪閘、壩段溢流堰體澆筑層水平面中部出現(xiàn)垂直壩軸線(xiàn)方向的貫穿性裂縫，縫長(zhǎng)約30.5 m，縫深約1.0 m，縫寬小于1.0 mm。15～20號(hào)泄洪閘、壩段堰體距上游面約10.0 m處，澆筑層水平面各出現(xiàn)一條平行壩軸線(xiàn)方向的局部表面裂縫，裂縫長(zhǎng)度約9.0 m，縫深約0.1 m，縫寬小于1.0 mm。28～30號(hào)擋水壩段各出現(xiàn)1～2條豎向、垂直壩軸線(xiàn)方向裂縫，裂縫均位于壩段上游面，縫長(zhǎng)約4.0 m，縫深為1.0 m，縫寬小于1.0 mm。

2 裂縫成因分析

混凝土裂縫成因復(fù)雜，多種因素相互影響，對(duì)工程裂縫，從混凝土原材料、倉(cāng)面澆筑質(zhì)量、地基條件和溫度應(yīng)力等方面進(jìn)行了分析。

1）原材料及施工質(zhì)量。采用PO42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，未摻加粉煤灰和抗裂劑，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部水化熱溫升過(guò)高?；炷翝仓^(guò)程中以振搗代平倉(cāng)，漏振；分段澆筑時(shí)，接頭部位漏振；混凝土表面局部存在蜂窩、麻面，裂縫部位混凝土芯樣存在骨料分離、膠結(jié)不良、氣泡等，影響了混凝土質(zhì)量，增加了混凝土開(kāi)裂的可能性。

2）地基條件。13號(hào)、14號(hào)泄洪閘、壩段地基處于強(qiáng)風(fēng)化囊區(qū)，強(qiáng)風(fēng)化巖軟化后易引起壩基不均勻變形。基礎(chǔ)高低起伏很大及巖石有尖角，易引起應(yīng)力集中。壩基開(kāi)挖后，淺表層巖體可能出現(xiàn)卸荷松弛現(xiàn)象，建基面附近的不均勻殘余變形對(duì)混凝土澆筑層產(chǎn)生頂托作用，混凝土開(kāi)裂與卸荷松弛變形有一定關(guān)系。壩段基礎(chǔ)進(jìn)行了加密、加深固結(jié)灌漿處理，固結(jié)灌漿漿液對(duì)淺表基巖中水平裂隙產(chǎn)生壓力充填作用，相對(duì)抬升巖面，沿片巖條帶產(chǎn)生垂直向上的不均勻頂托力，在混凝土表面產(chǎn)生附加拉應(yīng)力，固結(jié)灌漿是混凝土裂縫產(chǎn)生的誘發(fā)因素。其它壩段建基面以弱風(fēng)化花崗巖為主，地基條件較好，裂縫多為局部表面裂縫，所以13號(hào)、14號(hào)泄洪閘、壩段的貫穿性裂縫和不良地基條件有很大關(guān)系。

3）溫度作用?；炷恋臏囟茸兓?，引起混凝土體積變形，如變形受到地基或內(nèi)部約束便產(chǎn)生溫度應(yīng)力。當(dāng)溫度應(yīng)力為拉應(yīng)力并超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，就產(chǎn)生裂縫。澆筑層內(nèi)部的溫度應(yīng)力主要受水化熱溫升控制，表面溫度應(yīng)力主要受內(nèi)外溫差控制，當(dāng)表面被上層混凝土覆蓋后，受之影響，拉應(yīng)力迅速降低，并轉(zhuǎn)化為壓應(yīng)力。

該工程出現(xiàn)裂縫的壩段澆筑時(shí)間在春、夏季，白天氣溫較高、晝夜溫差大，施工過(guò)程中未采取有效措施降低澆筑溫度、減少混凝土水化熱溫升，混凝土內(nèi)部溫度過(guò)高。澆筑后拆模時(shí)間過(guò)早，混凝土表面未進(jìn)行保護(hù)，汛期停工沒(méi)有繼續(xù)向上澆筑新混凝土。泄洪閘溢流堰體初期澆筑層厚度為2 m，薄層混凝土受基巖約束也較大。所以由內(nèi)外溫差和基礎(chǔ)溫差共同作用引起的溫度拉應(yīng)力，是導(dǎo)致混凝土裂縫的主要原因。

3 裂縫處理方案

貫穿性裂縫破壞結(jié)構(gòu)的整體性和穩(wěn)定性，造成漏水和滲透侵蝕破壞，危害性嚴(yán)重。上游壩面表面裂縫也會(huì)加劇滲漏，處于基礎(chǔ)或老混凝土約束范圍內(nèi)的表面裂縫，在內(nèi)部混凝土降溫過(guò)程中，可能發(fā)展為貫穿性裂縫。處理裂縫的方法，應(yīng)根據(jù)裂縫深度、部位、將來(lái)的受力條件及當(dāng)時(shí)的施工條件來(lái)選定，本工程采用如下裂縫處理方案：

1）表面裂縫。對(duì)于15～20號(hào)泄洪閘、壩段溢流堰體的平行壩軸線(xiàn)方向裂縫，延裂縫方向鑿斷面為上寬下窄的梯形槽，上口寬10 cm，底部應(yīng)有一定的寬度，避免出現(xiàn)新的應(yīng)力集中點(diǎn)，槽深不小于縫深，縫上扣直徑20 cm半圓鋼管。在裂縫上方鋪設(shè)兩層限裂鋼筋網(wǎng)，下層鋼筋距混凝土面15 cm，層間距20 cm，主筋為Ф25的鋼筋，水平間距15 cm，垂直裂縫布置，鋼筋長(zhǎng)度4.0 m（以裂縫為中心，縫兩側(cè)各2.0 m）；分布筋為Ф14的鋼筋，間距20 cm，鋼筋網(wǎng)需超過(guò)裂縫端部（裂縫發(fā)展方向一端）1.5 m。

對(duì)于28～30號(hào)擋水壩段垂直壩軸線(xiàn)方向的頂面裂縫（壩體上游面劈頭縫），不鑿槽扣管，直接在裂縫上方鋪設(shè)兩層限裂鋼筋網(wǎng)。對(duì)于其它上游表面裂縫處理方法，首先作表面清理，用高壓水槍進(jìn)行沖洗；然后用水充分浸透基層混凝土，不得用酸洗；最后涂刷防水材料，裂縫兩側(cè)各0.25 m、縫兩端各延伸0.5 m的范圍，涂刷HK-962增厚環(huán)氧涂料。

2）貫穿性裂縫。對(duì)于13號(hào)、14號(hào)泄洪閘、壩段溢流堰體的垂直壩軸線(xiàn)方向裂縫，采用化學(xué)灌漿處理。灌漿材料選用水溶性聚氨脂（LW，HW兩種），該材料具有良好的親水性，遇水能均勻地分散乳化，進(jìn)而凝膠固化。LW固結(jié)體為水脹性的彈性體，適應(yīng)變形能力強(qiáng)、可遇水膨脹，具有彈性止水和以水止水雙重功能；HW漿液可灌性好、強(qiáng)度高、對(duì)潮濕面的粘結(jié)力強(qiáng)；補(bǔ)強(qiáng)加固以HW為主，防水堵漏以L(fǎng)W為主?？紤]到凝膠的固結(jié)體需具有一定的自脹性和強(qiáng)度，采用漿液重量配比為L(zhǎng)W∶HW=4∶1。

化學(xué)灌漿采用斜向鉆孔方法，鉆孔間距為40～100 cm，具體尺寸可視現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際滲漏情況調(diào)整。使用電錘等鉆孔工具沿裂縫兩側(cè)進(jìn)行鉆孔，鉆頭直徑為14 mm，孔位距裂縫13～15 cm，鉆孔角度在450～600之間，鉆孔穿透裂縫，一般超過(guò)10～20 cm。鉆孔完成后采用0.2 MPa高壓水清理表面裂縫，完畢將沖洗槍頭與灌漿嘴連好，采用高壓水灌注，孔內(nèi)達(dá)到飽和狀態(tài)。進(jìn)行化學(xué)灌漿時(shí)，漿液溫度的確定應(yīng)有利于延長(zhǎng)其凝結(jié)時(shí)間、降低漿液粘度，并不得高于20℃。灌漿壓力對(duì)縫寬大于0.5 mm的較寬裂縫，采用0.5 MPa，縫寬小于0.5 mm細(xì)裂縫，宜采用較大壓力高壓灌漿（壓力不大于1.0 MPa）。灌漿壓力應(yīng)逐級(jí)升級(jí)至設(shè)計(jì)壓力值。灌漿順序按“由里及表，自下而上，由一端至另一端”的原則有序進(jìn)行，以單孔或多孔并灌的進(jìn)漿方式進(jìn)行，灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)為孔內(nèi)不吸漿后結(jié)束。化學(xué)灌漿結(jié)束7 d后，采用壓水試驗(yàn)的方法進(jìn)行灌漿質(zhì)量檢查，壓水檢查壓力0.2 MPa，合格標(biāo)準(zhǔn)為透水率不大于0.01 L/（min·m·m）。化學(xué)灌漿應(yīng)在固結(jié)及帷幕灌漿完成后進(jìn)行，化學(xué)灌漿完成后仍延裂縫鋪設(shè)兩層限裂鋼筋網(wǎng)。

4 裂縫預(yù)防措施

今后施工期間，為防止和減少混凝土裂縫的發(fā)生，需從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、原材料選用和施工溫度控制等方面采取措施。

1）結(jié)構(gòu)方面。泄洪閘、壩段溢流堰下游側(cè)堰體厚度較薄，而堰體長(zhǎng)度較大，承受外部荷載、基礎(chǔ)約束和溫度作用等，是裂縫易發(fā)生部位。為限制堰面混凝土裂縫，在下游側(cè)堰面垂直壩軸線(xiàn)方向布置3層限裂鋼筋，主筋為Ф25的鋼筋，鋼筋長(zhǎng)度12 m，水平間距15 cm，層間距30 cm，分布筋為Ф20的鋼筋，間距可適當(dāng)放寬。另外，在堰體中間部位預(yù)留1.5 m寬槽，上下游側(cè)的混凝土分別進(jìn)行澆筑，待兩側(cè)混凝土溫度穩(wěn)定后，再采用微膨脹混凝土進(jìn)行回填，同時(shí)將兩側(cè)預(yù)留的鋼筋焊接在一起。

2）材料方面。合理選擇原材料，優(yōu)化混凝土配合比，可使混凝土具有較高的抗裂能力。

①泄洪閘、堰體選用水化熱較低的PHM42.5級(jí)中熱硅酸鹽水泥，降低混凝土的水化熱溫升。

②混凝土配合比采用三級(jí)配，最大骨料粒徑為80 mm，可有效降低混凝土的絕熱溫升。

③摻加粉煤灰可以降低水泥用量，從而有效降低水化熱的峰值溫度，推遲水化熱溫峰的出現(xiàn)時(shí)間。

④摻用抗裂（膨脹）劑不僅能補(bǔ)償混凝土的收縮，而且能降低10%～15%左右的水化熱，更重要的是能降低混凝土的綜合溫差，使混凝土內(nèi)部溫度與環(huán)境溫度控制在25℃以?xún)?nèi)，避免混凝土由于溫差過(guò)大而產(chǎn)生裂縫。泄洪閘、堰體混凝土中添加具有后期膨脹補(bǔ)償作用的抗裂劑，具體摻量經(jīng)配合比試驗(yàn)后擇優(yōu)確定，收縮混凝土技術(shù)指標(biāo)要求：水中14 d限制膨脹率不小于1.5×10-4；空氣中28 d限制干縮率不大于3.0×10-4。

3）溫控方面。施工過(guò)程中合理進(jìn)行溫度控制，可有效減少由溫度作用產(chǎn)生的混凝土裂縫。

①壩體約束區(qū)及上部混凝土的最高允許澆筑溫度。泄洪閘、壩段基礎(chǔ)允許溫差取為23～26℃，基礎(chǔ)區(qū)的穩(wěn)定溫度取為壩址區(qū)多年平均氣溫8℃，最高允許澆筑溫度為基礎(chǔ)溫差和該部位穩(wěn)定溫度之和，即最高允許溫度為31～34℃。

②上下層溫差：根據(jù)規(guī)范的建議及其它工程經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合該工程的具體情況，確定上下層溫差不得大于17℃。

③越冬混凝土表面保溫。內(nèi)外溫差是引起混凝土表面裂縫的主要原因，必須對(duì)越冬混凝土進(jìn)行表面保溫防護(hù)。保溫材料選用聚苯乙烯泡沫塑料板，材料厚度按照《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄F.3公式計(jì)算，約為50 mm。根據(jù)計(jì)算結(jié)果看，所需保溫材料較薄，但根據(jù)遼寧省已建的幾座混凝土壩的施工經(jīng)驗(yàn)看，按照計(jì)算結(jié)果所采用的保溫材料厚度不能完全滿(mǎn)足抗裂要求，所以，為確保大壩的越冬安全，參照其他工程經(jīng)驗(yàn)，保溫材料厚度取為100 mm。

④澆注層厚及層間間歇。在基礎(chǔ)約束區(qū)部位泄洪閘、壩段控制澆筑層厚不超過(guò)1.5 m，其它部位不超過(guò)2.0 m，夏季泄洪閘、壩段應(yīng)不超過(guò)1.0 m，其它部位不超過(guò)1.5 m；層間間歇控制在7 d以上，約束區(qū)以上部位可適當(dāng)放寬。

⑤相鄰壩塊的高差及澆筑間隔。施工過(guò)程中各壩塊應(yīng)均勻上升，相鄰壩塊的高差不宜超過(guò)10 m，以減少混凝土側(cè)面暴露時(shí)間，相鄰壩塊澆筑時(shí)間的間隔宜小于30 d。

⑥降低混凝土的澆筑溫度，壩體內(nèi)埋設(shè)冷卻水管通水冷卻，在新澆混凝土達(dá)到終凝后，對(duì)整個(gè)倉(cāng)面進(jìn)行薄層流水養(yǎng)生。

［1］中華人民共和國(guó)水利部，SL319-2005混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京：中國(guó)水利水電出版社，2005.

［2］朱伯芳.大體積混凝土溫度應(yīng)力與溫度控制［M］.北京：中國(guó)電力出版社，1999.

［3］向弘.小灣拱壩澆筑初期裂縫分析［C］.昆明：水電國(guó)際研討會(huì)論文集，2006.

［4］張玉美.對(duì)閘墩裂縫原因及修補(bǔ)防裂措施的探討［J］.水利水電技術(shù)，1989.