宋虹兵

（新疆伊犁州水利電力勘測設(shè)計(jì)研究院 新疆伊寧 835000）

特克斯縣巴喀勒克水庫面板裂縫預(yù)防及處理措施探討

宋虹兵

（新疆伊犁州水利電力勘測設(shè)計(jì)研究院 新疆伊寧 835000）

混凝土面板是混凝土面板砂礫石壩的主要防滲體，由于面板防滲體較薄，而且位于壩體表面，面板或多或少都存在裂縫。本文就混凝土面板裂縫的產(chǎn)生原因及其控制措施，裂縫處理措施進(jìn)行分析總結(jié)，為本地區(qū)今后類似工程提供設(shè)計(jì)及施工經(jīng)驗(yàn)。

混凝土面板 防滲 裂縫 成因 預(yù)防及處理措施

1 前言

特克斯縣巴喀勒克水庫位于特克斯縣西北約15km處的巴喀勒克溝流域齊勒烏澤克鄉(xiāng)境內(nèi)。該工程壩型為砂礫石面板堆石壩，工程于2011年6月開工建設(shè)，2013年10月下閘蓄水。面板作為大壩的主要防滲體，為了有效預(yù)防面板裂縫，大壩在施工過程中采?。簢?yán)格控制壩體填筑質(zhì)量、壩體填筑料的有效分區(qū)、面板澆筑過程中分縫、后期養(yǎng)護(hù)等一系列控制措施。對已產(chǎn)生裂縫的面板提出了具體的處理措施。

2 工程概況

巴喀勒克溝水庫樞紐工程區(qū)多年年平均氣溫為5.9℃，多年平均年降水量為392.4mm。最大凍土深為133cm。巴喀勒克溝水庫樞紐工程具有灌溉、供水等功能，是巴喀勒克溝流域牧區(qū)水利工程和流域防洪的重要基礎(chǔ)性工程。水庫正常蓄水位為1597.00m，攔河壩高54.66m，水庫總庫容為467.36萬m3，死庫容58.63萬m3，興利庫容347.15萬m3，調(diào)洪庫容61.58萬m3。本工程等別為Ⅳ等?。?）型工程，其中主要建筑物級別為：大壩、放水兼導(dǎo)流洞、溢洪道為4級建筑物，次要及臨時建筑物為5級。工程區(qū)基本地震烈度為Ⅷ度，主要建筑物地震設(shè)計(jì)烈度為Ⅷ度?；炷撩姘鍓蔚拿姘逶谒畨毫Φ淖饔孟拢a(chǎn)生連續(xù)的漸變變形，接近底部和兩岸是局部受拉區(qū)，而中部是受壓區(qū)。本工程取河床部位受壓區(qū)面板寬12m（15塊），岸坡部位受拉區(qū)面板寬6m（33塊）,面板坡比1∶1.6，面板最大斜長87.75m。

3 混凝土面板裂縫原因分析

3.1 面板結(jié)構(gòu)裂縫

由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，引起面板受力變形產(chǎn)生拉應(yīng)力形成裂縫。主要表現(xiàn)為：面板與壩體填筑料變形不一致，導(dǎo)致面板受墊層料的剪切擠壓；面板與壩體沉降變形不一致，導(dǎo)致面板局部脫空而使面板受彎。

3.2 溫度應(yīng)力裂縫

由于混凝土具有熱脹冷縮的性質(zhì)，膠凝材料在水化熱過程中放出大量熱量，混凝土內(nèi)部溫度上升快，表面溫度上升慢，形成內(nèi)外溫差，結(jié)構(gòu)就會產(chǎn)生溫度變形，而結(jié)構(gòu)本身又受到各種約束，在溫度變形和約束的共同作用下，產(chǎn)生溫度應(yīng)力，當(dāng)溫度應(yīng)力超過混凝土的即時抗拉強(qiáng)度時就會產(chǎn)生裂縫。

4 混凝土面板裂縫防治措施

4.1 壩體的自然沉降控制

壩體填筑采用分層碾壓、逐層控制的方式避免壩體產(chǎn)生不均勻沉降。大壩填筑碾壓前必須作碾壓試驗(yàn)，填筑碾壓中對施工參數(shù)及壓實(shí)效果嚴(yán)格控制，結(jié)合現(xiàn)場挖坑檢測進(jìn)行雙重控制。同時安設(shè)觀測儀器進(jìn)行定期和重點(diǎn)部位沉降觀測。在混凝土面板施工前,要保證填筑壓實(shí)并經(jīng)過一定時間的自然沉降穩(wěn)定后再進(jìn)行，巴喀勒克水庫壩體填筑自2012年8月開始，2012年12月結(jié)束，面板澆筑自2013年6月開始，2013年9月結(jié)束，面板預(yù)留自然沉降期為6個月，且經(jīng)歷一個冬季凍融循環(huán)。

4.2 面板混凝土下部的墊層控制

巴喀勒克水庫在墊層填筑過程中嚴(yán)格控制墊層料的虛鋪厚度不大于40cm，碾壓遍數(shù)不小于8遍，現(xiàn)場檢測相對密度Dr≥0.85，墊層料填筑標(biāo)準(zhǔn)符合設(shè)計(jì)要求后再對壩體進(jìn)行碾壓砂漿護(hù)坡。再澆筑面板前，在砂漿墊層與面板之間噴涂3mm厚乳化瀝青來減少基礎(chǔ)約束和應(yīng)力。

4.3 壩體結(jié)構(gòu)與分區(qū)

根據(jù)本工程天然建筑材料分布情況和壩料設(shè)計(jì)成果壩體填筑分區(qū)從上游至下游分為上游蓋重區(qū)、上游鋪蓋區(qū)、墊層區(qū)、特殊墊層區(qū)、砂礫料區(qū)、利用料堆放區(qū)?？刂茀?shù)見表1。

表1 壩料分區(qū)及碾壓要求

4.4 面板的分縫

混凝土面板壩的面板在水壓力的作用下，產(chǎn)生連續(xù)的漸變變形，接近底部和兩岸是局部受拉區(qū)，而中部是受壓區(qū)。為適應(yīng)壩體的變形和滑模施工的要求，并考慮目前國內(nèi)常用的面板分縫寬度，以及本工程所處地理環(huán)境溫差較大、面板分縫寬度不宜過大等特點(diǎn)，本階段取河床部位受壓區(qū)面板寬12m（15塊），岸坡部位受拉區(qū)面板寬6m（33塊）。

4.5 面板的細(xì)部結(jié)構(gòu)

混凝土面板的厚度按照t=0.3+（0.002～0.0035）H，得t=41～49cm，對于中低壩采用等厚面板也是現(xiàn)代面板的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，一般可采用0.30～0.40m。本工程鋼筋砼面板厚度采用40cm等厚結(jié)構(gòu)。面板鋼筋目的是起限裂作用，控制溫度裂縫，抵抗可能出現(xiàn)的拉應(yīng)力，防止混凝土被擠壓破碎而剝落，混凝土面板經(jīng)受的最大拉、壓應(yīng)變遠(yuǎn)小于混凝土極限應(yīng)變值，故在混凝土面板距表面20cm處設(shè)一層鋼筋網(wǎng)，雙向布置，其豎向配筋率為0.4%，水平向配筋率為0.4%。為防止混凝土面板凍裂，在水面變動區(qū)及以上增設(shè)表層溫度筋。

4.6 混凝土材料及外加劑

壩址地區(qū)冬季漫長而嚴(yán)寒，多年平均氣溫為5.9℃，極端最高氣溫36.4℃，極端最低氣溫-27℃，冰凍期長達(dá)4個月之久，凍土深1.33m，混凝土面板防冰裂采取以下措施：

（1）采用優(yōu)質(zhì)425號普通硅酸鹽水泥水泥。

（2）采用合適的混凝土配比，摻用引氣劑等外加劑及聚丙烯纖維或聚丙烯腈纖維摻和料，以提高混凝土本身的抗裂能力，提高混凝土的施工和易性，提高抗凍、抗?jié)B及耐久性。

（3）在面板砼配合比中以等量取代水泥法摻15%粉煤灰；摻用0.02%DH9引氣劑及1%KDNOF-1減水劑，降低水灰比，使含氣量達(dá)4%～6%。

（4）采用低標(biāo)號M10砂漿作臨時保護(hù)層，使得表面連續(xù)平順，減小基礎(chǔ)約束。

4.7 混凝土生產(chǎn)、運(yùn)輸、澆筑質(zhì)量控制

（1）在混凝土生產(chǎn)過程中，嚴(yán)格按配合比執(zhí)行水泥、水、砂石、外加劑準(zhǔn)確稱量。

（2）采用砼自卸罐車輸送成品混凝土入溜槽，減少轉(zhuǎn)運(yùn)次數(shù)和時間，及時在最短的時間內(nèi)將混凝土入倉澆筑，并及時振搗，以使混凝土密實(shí)并緊貼墊層。

（3）本工程面板澆筑6-9月，特克斯6-9月平均溫度25攝氏度，又是雨季，環(huán)境溫度較適宜澆筑混凝土。

（4）采用插入式變頻振搗棒及振動板人工振搗，倉面保證鋪料連續(xù)，滑模每隔20～30min滑動一次，滑升速度1.1～1.3m/h。

4.8 面板混凝土養(yǎng)護(hù)

面板混凝土澆筑過程中，滑模提升速度控制在1.1～1.3m/h，混凝土自拉模起就開始養(yǎng)護(hù)，拉模抹面后采用麻布覆蓋，利于混凝土散熱、保溫，同時用花管灑水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)水為不間斷長流水，花管采用φ25PVC管，沿河床中間趾板向壩體頂部“T”字型布置，底部接潛水泵?；ü艹鏊卓讖?mm，孔距5cm，梅花形布置。

面板混凝土養(yǎng)護(hù)水為趾板上游一泉水，采用7.5kW,60m揚(yáng)程的潛水泵輸送至壩頂花管，花管噴出的水流霧化較大，使水溫到達(dá)混凝土表面時有所提升，減少了水溫對混凝土的影響，養(yǎng)護(hù)時間不少于100d，至下閘蓄水結(jié)束。養(yǎng)護(hù)用的麻布具有保濕和保溫的雙重功效，加之花管噴水，減少了面板因溫差應(yīng)力和濕差應(yīng)力產(chǎn)生的裂縫。

5 混凝土面板裂縫處理措施

巴喀勒克水庫面板前期施工過程中，在靠近溢洪道側(cè)的受拉區(qū)7號面板由于養(yǎng)護(hù)措施不及時，出現(xiàn)了2種類型的裂縫，其中縫寬＜0.1mmⅠ類縫6條，累計(jì)長7.2m, 0.1～0.3mmⅡ類縫4條，累計(jì)長5.7m，針對以上裂縫情況，在下閘蓄水前，均對2種類型裂縫做了處理。

5.1 Ⅰ類縫表面封閉處理

（1）用鋼絲刷或打磨機(jī)將裂縫兩側(cè)各50cm范圍內(nèi)的混凝土刷洗，清除混凝土雜物及油漬，對表面坑洼處用高標(biāo)號砂漿修平。

（2）用抹布及毛刷清理基面干燥后，先刷一層SPI-200水泥基液，寬25cm（兩側(cè)各12.5cm）；干燥后再涂刷一層液體橡膠SG305-C1，寬10cm(兩側(cè)各5cm)，厚1.0mm，固化后，貼PSI-TAPE裂縫快速修補(bǔ)帶（兩側(cè)各12.5cm），再刷一層水泥基液。

5.2 Ⅱ類縫處理

Ⅱ類縫采用“縫內(nèi)化學(xué)灌漿+表面粘貼封閉”處理方案。

（1）裂縫檢查。用高壓水沖洗混凝土表面，人工檢查，對裂縫位置、形狀、走向、縫長、縫寬及縫面是否滲水等作好記錄。

（2）縫面處理。用鋼絲刷沿縫走向清洗5cm左右范圍內(nèi)混凝土表面，清除各種雜物及油漬，清洗干凈后用干布抹掉表面的灰塵并用電吹風(fēng)吹干，用有機(jī)溶劑清洗縫面。

（3）布設(shè)注入座。注入座采用專用的LW/ HW封口膠泥和注漿嘴，沿縫走向布置2～3m/只，并在裂縫的分岔點(diǎn)增設(shè)注入座，保持注入座的貫通，注入座用環(huán)氧膩?zhàn)舆M(jìn)行固定。

（4）封閉裂縫。沿縫走向5～10mm范圍，抹2mm厚的封口膠，注入座之間裂縫用環(huán)氧膩?zhàn)舆M(jìn)行封閉。

（5）壓縮空氣試氣。封縫完成24h后進(jìn)行試氣檢查，檢查縫面的封閉情況以及灌漿嘴之間的暢通性，試氣壓力為0.2～0.3MPa。

（6）注入灌漿料。LW/HW水溶性聚氨酯灌漿材料，將注入的連接管安裝到注入座上，壓漿至規(guī)定的0.4MPa，持續(xù)3min左右，壓力表不下降為止。將注入器移至下一個灌入口，如此循環(huán)進(jìn)行，若裂縫有傾斜式走向，要從較低一端開始向上推進(jìn)，防止壓力不到而不能灌實(shí)。

（7）裂縫灌漿完畢漿液固化后，拆除注入器和注入座，用砂輪機(jī)去除封縫膩?zhàn)?，并磨平?/p>

1 汪洋,曲苓.烏魯瓦提混凝土面板堆石（砂礫石）壩設(shè)計(jì).新疆水利水電 . 1995(1)

2 吳國強(qiáng),羅玉忠.烏魯瓦提混凝土面板砂礫石壩面板裂縫處理技術(shù)探討.新疆水利,2008.5.

3 彭漢軍 .吉林臺一級水電站面板混凝土的防裂和裂后處理. 水電站設(shè)計(jì). 2007.12

10.3969/j.issn.1672-2469.2014.09.027

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1672-2469(2014)09-0090-03

宋虹兵（1983年—），男，助理工程師。