鄭沖泉，成小東

（1.云南水投牛欄江滇池補(bǔ)水工程有限公司，云南 昆明 650051；2.云南建工水利水電建設(shè)有限公司，云南 昆明 650041）

德澤水庫(kù)面板裂縫控制初探

鄭沖泉1，成小東2

（1.云南水投牛欄江滇池補(bǔ)水工程有限公司，云南 昆明 650051；2.云南建工水利水電建設(shè)有限公司，云南 昆明 650041）

混凝土面板與其他混凝土結(jié)構(gòu)一樣，在硬化過(guò)程和硬化后都會(huì)因混凝土干縮、溫度變化及地基沉降等產(chǎn)生不同程度的裂縫，高面板壩面板裂縫的控制尤為重要，關(guān)系到地面防滲系統(tǒng)的成敗及大壩的安危。文章通過(guò)對(duì)德澤水庫(kù)面板裂縫控制進(jìn)行探討，以期對(duì)同類工程有所借鑒。

德澤水庫(kù)；面板裂縫；初探

1 工程概況

德澤水庫(kù)大壩為面板堆石壩，壩頂高程 1796.30 m，最大壩高 142m，壩頂長(zhǎng) 386.9m，頂寬 12.0 m。大壩上游壩坡坡比 1∶1.4，下游坡采用上緩下陡布置，1796.3～1766.3m 壩坡為 1∶1.6；1766.3～1713.3 m 壩坡為 1∶1.5；1713.3m 以下壩坡均為 1∶1.45，并在 1766.3m 和 1713.3m 高程處 分 別 設(shè) 3m寬?cǎi)R道。大壩地震設(shè)計(jì)烈度為 9°。

混凝土面板總面積 54716m2，單塊最大長(zhǎng) 235 m。面板設(shè)縱縫分塊，河床段每塊寬 12m，共 17 塊，兩岸邊塊寬 8m，共 24 塊。分兩期施工，一期面板澆筑至 1725m，二期面板澆筑至 1793.5m。

2 裂縫產(chǎn)生原因

混凝土面板與其他混凝土結(jié)構(gòu)一樣，在硬化過(guò)程和硬化后都會(huì)因混凝土干縮、溫度變化及地基沉降等產(chǎn)生不同程度的裂縫。而混凝土面板的結(jié)構(gòu)型式、邊界條件等比其他混凝土結(jié)構(gòu)存在有較大的差異，這種差異使面板裂縫受混凝土干縮、溫度變化及地基沉降的影響更大。

由于混凝土面板本身及外在環(huán)境的復(fù)雜性，這兩種裂縫的存在成為面板固有的特性，對(duì)面板危害很大，同時(shí)危及大壩安全，應(yīng)針對(duì)不同的裂縫成因，采取相應(yīng)的技術(shù)措施，力求最大限度地減少或避免裂縫發(fā)生。

3 裂縫防控措施

3.1 精心設(shè)計(jì)

混凝土面板是面板壩防滲的主體結(jié)構(gòu)，位于壩體的上游表面，根據(jù)應(yīng)力應(yīng)變分析表明，面板大部分區(qū)域?yàn)槭軌簠^(qū)，受拉區(qū)分布在周邊縫處和面板頂部較小區(qū)域。面板厚度頂部采用 0.3m，河床底部厚 0.8m，中間按直線變化。

為限制裂縫的發(fā)生或擴(kuò)展，設(shè)計(jì)采取以下措施：

1）根據(jù)壩址地形地貌及地質(zhì)條件，合理分縫分塊，改善面板的應(yīng)力狀態(tài)，將面板垂直分成41塊。受拉區(qū)面板寬 8m，其余部位面板寬 12m。為避免面板間縫由于硬接觸使得面板混凝土受擠壓破壞的現(xiàn)象，在縫間填充 5mm 的高密緩沖隔板。

面板單塊最大長(zhǎng)度 235m，為改善面板的應(yīng)力應(yīng)變條件，在一期面板頂部 1725m 處設(shè)一條水平施工縫，澆筑二期面板混凝土之前，施工縫的縫面經(jīng)鑿毛處理，清理干凈，縫面用水濕潤(rùn)，鋪一薄層高強(qiáng)度砂漿，面板鋼筋穿過(guò)縫面。

因擠壓邊墻后堆石體的沉降變形，已澆筑面板與擠壓邊墻表層間或多或少均存在脫空現(xiàn)象，為減小面板的變形開裂，在一、二面板頂部均采用采用低標(biāo)號(hào)、低壓縮性的水泥、粉煤灰。水泥∶粉煤灰=1∶4，灌注密實(shí)，2 期共灌注水泥 46.2t，粉煤灰184.8t。

2）面板混凝土的抗拉強(qiáng)度及極限拉伸值的大小對(duì)面板抗裂性能影響較大，而混凝土強(qiáng)度等級(jí)的高低與抗拉強(qiáng)度及極限拉伸值呈正比例關(guān)系。因此，面板混凝土抗壓強(qiáng)度等級(jí)為 C30，極限拉伸不小于 1×10-4。

3）面板近縫部位全面設(shè)置加強(qiáng)筋，在靠周邊縫、垂直縫范圍及面板分期施工縫附近布置雙層鋼筋，以抵抗這些部位可能產(chǎn)生的不均勻變形；根據(jù)審查意見(jiàn)，1B 料頂高程 1700m 以上表層設(shè)溫度限裂筋。

4）將面板下伏的支撐面擠壓邊墻與垂直縫對(duì)應(yīng)部位切槽、擠壓邊墻表面噴涂乳化瀝青、割斷面板鋼筋架立筋等措施減弱擠壓邊墻對(duì)面板的約束。

3.2 原材料優(yōu)選

1）水泥

參照國(guó)內(nèi)外已建面板壩的成功經(jīng)驗(yàn)及配合比試驗(yàn)，采用云南省宣威宇恒水泥有限公司生產(chǎn)的P.O42.5 級(jí)中熱普通硅酸鹽水泥，即 3d 水化熱219J/g，7d 水化熱 285J/g。為保證水泥性能的穩(wěn)定性，根據(jù)每期用量，對(duì)生產(chǎn)廠家提出中熱及少批次指標(biāo)，適當(dāng)提前專窯集中生產(chǎn)專庫(kù)儲(chǔ)存，每庫(kù)不少于 2500t，專門供面板使用。

2）粉煤灰

采用云南省宣威共創(chuàng)實(shí)業(yè)粉煤灰公司生產(chǎn)的Ⅰ級(jí)F類粉煤灰。優(yōu)質(zhì)粉煤灰中含有大量微珠顆粒，摻入混凝土中能減少水泥的需水量，能降低混凝土的彈性模量，降低水化熱，提高混凝土后期極限拉伸值。

該工程摻加 20%的優(yōu)質(zhì)Ⅰ級(jí) F 類粉煤灰以替代部分水泥，既節(jié)約了水泥，又提高了面板的抗?jié)B性，從而提高了抗裂性能。

3）粗細(xì)骨料

為減少面板混凝土因溫度和干縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力，提高其抗裂性，采用熱膨脹系數(shù)小的灰?guī)r生產(chǎn)骨料，使因溫度變化而引起的拉應(yīng)力和拉應(yīng)變盡量的小。

為降低石粉含量，砂全部采用水洗砂，細(xì)度模數(shù) FM=2.5～3.0。粗骨料采用二級(jí)配，小石∶中石= 45∶55，以提高混凝土的抗分離能力。

4）外加劑

采用云南山峰工貿(mào)有限公司生產(chǎn)的 SFK 引氣劑和 SFG 緩凝減水劑，根據(jù) GB8076-2008 標(biāo)準(zhǔn)，外加劑所檢項(xiàng)目符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求，均具備提高混凝土工作性的功能。

5）聚丙烯纖維

混凝土中摻適量的纖維，能很好地抑制混凝土早期塑性收縮，有一定的阻裂、增韌能力。由于混凝土中微裂縫的存在是其本身固有的一種物理性質(zhì)，宏觀裂縫是微觀裂縫擴(kuò)展的結(jié)果，摻用聚丙烯纖維是從源頭控制微觀裂縫的生成。

在一二期面板混凝土中均采用江蘇射陽(yáng)絲鼎纖維制造有限公司生產(chǎn)的聚丙烯纖維（單絲型），該纖維彈性模量較大，便于和混凝土協(xié)調(diào)變形。根據(jù)有關(guān)試驗(yàn)表明：0.9kg/m3是一個(gè)比較合適的摻量。

3.3 配合比優(yōu)化

通過(guò)大量配合比試驗(yàn)及借鑒其它工程成功經(jīng)驗(yàn)，面板混凝土采用中熱水泥、Ⅰ級(jí) F 類粉煤灰、高性能減水劑和引氣劑、混摻聚丙烯纖維。

根據(jù)混凝土性能試驗(yàn)結(jié)果，并參考其他工程資料，推薦 C30配合比為每立方米混凝土中各種材料用量：水膠比 0.40,20%粉煤灰摻量 66kg，砂率 37%，聚丙烯纖維摻量 0.9kg ，水 132kg，水泥264kg，砂 717kg，小石 549kg，中石 672kg，引氣劑 0.066kg，高效減水劑 2kg。

施工過(guò)程中加強(qiáng)骨料的跟蹤檢測(cè)，及時(shí)掌握骨料的變化情況，對(duì)施工配合比用量進(jìn)行調(diào)整，使調(diào)整后的材料用量符合配合比設(shè)計(jì)用量，同時(shí)重點(diǎn)控制細(xì)骨料的表面含水率及骨料的超遜徑含量調(diào)整。

3.4 施工措施

1）優(yōu)化施工程序，采用“壩體變形時(shí)空預(yù)沉降控制法”和“反抬法”控制壩體后期變形，從施工工藝上減小面板出現(xiàn)結(jié)構(gòu)裂縫的可能。

2）合理選擇面板澆筑時(shí)機(jī)，2 期面板均選擇在少雨和氣溫相對(duì)適宜的 3～4 月，氣溫相對(duì)較高的5～6 月采取骨料遮陽(yáng)及拌合用水加冰等措施降低不利天氣的影響。

3）設(shè)置壩體填筑與對(duì)應(yīng)部位面板澆筑超高值，盡量減輕大壩上升對(duì)已澆面板的影響，經(jīng)論證和借鑒其他工程經(jīng)驗(yàn)，一期面板澆筑頂高程 1725m與填筑高程 1745m 相差 20m，這樣可避免面板頂部與堆石體之間的不協(xié)調(diào)變形，改善面板的受力條件，避免或減少面板脫空與裂縫產(chǎn)生。

4）設(shè)置預(yù)沉降期，每期面板澆筑前，澆筑部位的壩體均有不少于3個(gè)月的預(yù)沉降期，以降低附加沉降對(duì)面板的影響。

4 面板混凝土質(zhì)量控制

1）原材料配料準(zhǔn)確與否是面板裂縫控制的又一重要環(huán)節(jié)，為此，所有拌合站都安裝了經(jīng)質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局率定的自動(dòng)稱量系統(tǒng)，保證原材料稱量準(zhǔn)確。

2）加強(qiáng)面板混凝土拌合的均勻性，以保證其面板有較高的延伸性，以提高抗裂性能。為保證纖維分布均勻，同時(shí)也能提高拌和效率，拌和系統(tǒng)所用攪拌設(shè)備為強(qiáng)制式拌和機(jī)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，夜晚和溫度相對(duì)低時(shí)，坍落度 3～5cm 時(shí)，強(qiáng)制拌和 150s，白天和溫度相對(duì)高時(shí)，坍落度 5～7cm 時(shí)，強(qiáng)制拌和 120s，混凝土均能拌和均勻。

3）為保證混凝土在運(yùn)送過(guò)程中不致發(fā)生分離、漏漿、嚴(yán)重泌水或過(guò)多降低坍落度，盡量減少轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)間，以便生產(chǎn)的混凝土在最短的時(shí)間內(nèi)入倉(cāng)澆筑。二期面板澆筑時(shí)，總結(jié)一期經(jīng)驗(yàn)，在右岸壩頭建拌合站，運(yùn)距小于 400m，同時(shí)用小型農(nóng)用車運(yùn)送，可以盡量降低坍落度，使其保持在 3～5cm 間，保證了混凝土的質(zhì)量。

入倉(cāng)混凝土及時(shí)振搗，以使混凝土密實(shí)并緊貼擠壓邊墻。鋪料間隙時(shí)間符合要求，無(wú)初凝現(xiàn)象，以免造成施工冷縫而留下產(chǎn)生裂縫隱患。

4）面板的養(yǎng)護(hù)，特別是面板的早期養(yǎng)護(hù)，對(duì)防止面板裂縫尤為重要。養(yǎng)護(hù)好的混凝土面板，除強(qiáng)度增長(zhǎng)較快外，還可降低因干縮產(chǎn)生裂縫的程度。

為防止面板裂縫，面板自拉模起就應(yīng)加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)和保護(hù)。拉模抹面處理后覆蓋土工布并灑水養(yǎng)護(hù)，面板澆筑期可在土工布上灑水養(yǎng)護(hù)，面板澆筑結(jié)束可采用灑水花管進(jìn)行自流養(yǎng)護(hù)，時(shí)間不少于3個(gè)月或養(yǎng)護(hù)至水庫(kù)蓄水。

5 面板裂縫檢查情況及處理

面板澆筑完畢后，對(duì)所有面板進(jìn)行了全面調(diào)查，一期面板 1725m 以下，裂縫寬度在 0.25～0.34 mm 之間，二期面板 1725～1793.5m，裂縫寬度在0.30～0.46mm 之間，主要分布在 MB14～MB34上，無(wú)貫穿性裂縫。

根據(jù)裂縫寬度和是否貫穿，采用“內(nèi)填外堵、多層設(shè)防、復(fù)合防水”多重措施相結(jié)合的修補(bǔ)方案。

裂縫處理要求主要是防滲堵漏和補(bǔ)強(qiáng)加固。防滲堵漏要求縫內(nèi)化灌后，充填密實(shí)，充填物有較高的抗?jié)B性和抗老化性能，能阻止外來(lái)水汽碳化混凝土和銹蝕鋼筋，滿足結(jié)構(gòu)耐久性和安全運(yùn)行。補(bǔ)強(qiáng)加固要求縫面漿液固化后，與兩側(cè)混凝土有較高的粘結(jié)強(qiáng)度，最終恢復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)的整體性。

所有面板出現(xiàn)的裂縫，在蓄水前均按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行了處理。

6 結(jié)語(yǔ)

1）混凝土原材料是影響混凝土抗裂性能的內(nèi)在因素，主要包括水泥品種、膠凝材料用量、摻合料種類及摻量、外加劑及骨料品種等，而養(yǎng)護(hù)制度及環(huán)境條件是影響混凝土抗裂性能的外在因素。

2）通過(guò)選擇配合比、外加劑、合適的施工期，及時(shí)養(yǎng)護(hù)等綜合措施，可減少面板溫度裂縫。

3）面板結(jié)構(gòu)裂縫主要是由大壩變形過(guò)大、沉降不均勻等原因引起的，解決辦法只能通過(guò)提高大壩堆石干密度、把好填筑碾壓質(zhì)量關(guān)、預(yù)留足夠的沉降期等措施來(lái)控制。

［1］楊啟貴，劉寧，孫役，熊澤斌.水布埡面板堆石壩筑壩技術(shù)［R］，北京：中國(guó)水利水電出版社，2010.

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