張 運(yùn) 花， 雷 楊

(中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司, 浙江 杭州 311122)

混凝土面板裂縫成因分析及處理

張 運(yùn) 花， 雷 楊

(中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司, 浙江 杭州 311122)

某水庫(kù)面板混凝土于2014年3月5日澆筑完成，2017年3月發(fā)現(xiàn)混凝土面板表面出現(xiàn)數(shù)條順坡向裂縫。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析和有限元計(jì)算結(jié)果均表明，溫度應(yīng)力是導(dǎo)致出現(xiàn)順坡向裂縫的直接原因，同時(shí)混凝土干縮加重了面板裂縫的產(chǎn)生與發(fā)展。未來(lái)3年水庫(kù)水位仍將維持在60m高程以內(nèi)運(yùn)行，水上部分面板將經(jīng)受冬季嚴(yán)寒低溫天、晝夜溫差、冬春季寒潮襲擊，面板溫度應(yīng)力仍可能超過(guò)混凝土抗拉強(qiáng)度而產(chǎn)生裂縫。為此，除對(duì)現(xiàn)有裂縫進(jìn)行處理外，有必要對(duì)水位以上面板進(jìn)行保溫措施，避免或減少面板裂縫進(jìn)一步產(chǎn)生和發(fā)展。

混凝土面板堆石壩；面板裂縫；成因分析；處理措施

1 工程概況

某水庫(kù)工程任務(wù)以城市應(yīng)急備用和抗咸供水為主、結(jié)合防洪和改善水環(huán)境等綜合利用，并作為千島湖引水工程的重要組成部分。工程主要由混凝土面板堆石壩、泄洪兼導(dǎo)流洞、輸水隧洞、消力池等建筑物組成。

水庫(kù)大壩為混凝土面板堆石壩，壩頂高程74 m，防浪墻頂高程75.2 m，壩基趾板最低高程34 m，相應(yīng)最大壩高40 m，壩頂長(zhǎng)度230 m，寬8 m。上游側(cè)坡比為1∶1.4，下游側(cè)坡比為1∶1.6。下游坡面覆土綠化，覆土坡度為1∶4。壩體填筑材料自上游向下游依次分為墊層區(qū)(水平寬2 m)、過(guò)渡層區(qū)(水平寬3 m)、主堆石區(qū)及次堆石區(qū)。

面板厚度取為40 cm，沿高程自上而下等厚度設(shè)置。面板設(shè)垂直縫，間距為12 m，縫內(nèi)設(shè)兩道止水。面板與趾板連接處設(shè)周邊縫，縫內(nèi)設(shè)銅片及SR兩道止水。面板混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C25，抗?jié)B標(biāo)號(hào)為W8，抗凍標(biāo)號(hào)為F100。面板中部單層雙向配筋。在周邊縫及垂直縫側(cè)面設(shè)置抗擠壓鋼筋(細(xì)鋼筋)，以提高面板邊緣的抗擠壓能力，防止面板邊緣局部擠壓破壞。

2 裂縫的產(chǎn)生及檢測(cè)成果

面板混凝土于2014年3月5日澆筑完成，2014年4月5日對(duì)面板表面檢查，發(fā)現(xiàn)混凝土表面出現(xiàn)裂縫，經(jīng)檢測(cè)均為表面裂縫，未見(jiàn)貫穿性裂縫。2017年3月6日現(xiàn)場(chǎng)巡視檢查發(fā)現(xiàn)混凝土面板表面出現(xiàn)數(shù)條順坡向裂縫。4月10日～4月30日對(duì)面板發(fā)育的裂縫的深度和寬度進(jìn)行聲波檢測(cè)，并對(duì)混凝土進(jìn)行取芯，了解混凝土與擠壓邊墻接觸情況。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)條件，累計(jì)布置55處檢測(cè)斷面，量測(cè)裂縫寬度、深度等，并在7號(hào)、9號(hào)、11號(hào)、14號(hào)、16號(hào)面板鉆孔取芯，每個(gè)面板鉆取3個(gè)芯樣，共15個(gè)芯樣。檢測(cè)成果如下：

(1)水庫(kù)面板共21塊，1號(hào)～6號(hào)、8號(hào)、10號(hào)、18號(hào)、20號(hào)、21號(hào)，共11面板本次檢查未發(fā)育裂縫；其他10塊面板共發(fā)育裂縫30條，7號(hào)、9號(hào)、11號(hào)、12號(hào)、13號(hào)、14號(hào)、15號(hào)、16號(hào)、17號(hào)，9塊面板發(fā)育12條順坡向裂縫，其中12號(hào)、14號(hào)各發(fā)育2條順坡向裂縫；水平向裂縫18條。順坡向裂縫長(zhǎng)度范圍為7.7～27 m，水平向水平向裂縫長(zhǎng)度范圍為2.2～12.6 m。順坡向裂縫寬度為0.09～0.6 mm，各測(cè)點(diǎn)深度為7～40 cm，深度范圍為9～40 cm；6條水平向裂縫寬度為0.16～0.37 mm，深度為13～18 cm。

(2)順坡向裂縫位置多發(fā)育于面板中間部位，13#面板一條順坡向裂縫延伸到現(xiàn)水面(現(xiàn)水面高程57.7 m)以下，其余順坡向裂縫延伸到現(xiàn)水面高程60 m附近漸滅。

(3)各條順坡向裂縫縫寬、深度由高高程向低高程逐漸變窄、變淺；除15號(hào)面板順坡向裂縫未貫穿外，其余各面板順坡向裂縫均有貫穿。

(4)7#面板ZK7-2和11號(hào)面板ZK11-2鉆孔中混凝土面板和擠壓邊墻存在脫空，分析認(rèn)為主要原因?yàn)槊姘寤炷辆植空駬v不密實(shí)所致，與面板變形、壩體變形無(wú)關(guān)；其余鉆孔混凝土面板和擠壓邊墻接觸良好，既未膠結(jié)，也未見(jiàn)明顯脫空。

面板總體面貌見(jiàn)圖1，面板裂縫總體情況見(jiàn)圖2。

3 面板裂縫成因分析

一般認(rèn)為，根據(jù)面板產(chǎn)生裂縫的原因不同可將面板裂縫分為結(jié)構(gòu)性裂縫和非結(jié)構(gòu)性裂縫兩類。

圖1 面板總體面貌

圖2 面板布置示意圖

根據(jù)對(duì)實(shí)測(cè)資料(氣溫、庫(kù)水位、大壩各監(jiān)測(cè)儀器伴測(cè)溫度、大壩變形、面板應(yīng)力應(yīng)變)及非正常工況下大壩應(yīng)力應(yīng)變計(jì)算成果進(jìn)行分析，綜合結(jié)構(gòu)應(yīng)力和溫度應(yīng)力、混凝土干縮應(yīng)力對(duì)面板裂縫的影響，裂縫成因總結(jié)如下：自2014年4月面板澆筑至今，水庫(kù)未能正常蓄水，60 m高程以上面板一直暴露在自然環(huán)境中，在某次寒潮來(lái)襲或者冬季持續(xù)低溫的天氣條件下，受到的溫度拉應(yīng)力超過(guò)了抗拉強(qiáng)度，溫度應(yīng)力最大值為壩軸線方向且發(fā)生在單塊面板中間，所以最先在每塊面板中間位置產(chǎn)生了順坡向裂縫；另外，60 m高程以上面板一直處于水上，表面水分蒸發(fā)快于內(nèi)部，表面發(fā)生干縮變形，表面收縮應(yīng)力加重了面板裂縫產(chǎn)生與發(fā)展。

綜上所述，水庫(kù)河床部位面板出現(xiàn)的順坡向裂縫的產(chǎn)生與結(jié)構(gòu)受力無(wú)直接關(guān)系；溫度應(yīng)力是導(dǎo)致面板產(chǎn)生裂縫的直接原因，混凝土干縮加重了裂縫的產(chǎn)生與發(fā)展。

4 面板裂縫處理

4.1 裂縫分類

(1)Ⅰ類裂縫(淺層裂縫)：縫寬δ≤0.2 mm且不貫穿；

(2)Ⅱ類裂縫：縫寬0.2 mm<δ≤0.5 mm裂縫且不貫穿，或縫寬δ≤0.2 mm且為貫穿縫；

(3)Ⅲ類裂縫：縫寬δ≥0.5 mm裂縫，或縫寬δ≥0.2 mm且為貫穿縫。

針對(duì)水庫(kù)混凝土面板裂縫發(fā)育現(xiàn)狀，為確保面板補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)能與原壩體面板、趾板防滲系統(tǒng)形成安全、可靠、封閉的防滲體系，滿足大壩正常運(yùn)行的原則，同時(shí)方便施工以確保工期，根據(jù)“多道設(shè)防、復(fù)合防水、堵防結(jié)合、綜合治理”的原則，考慮到SR塑性填料+ SR防滲保護(hù)蓋片方案，保證率高、施工也較簡(jiǎn)便，因此推薦SR塑性填料+ SR防滲保護(hù)蓋片方案作為本次針對(duì)Ⅱ類、Ⅲ類裂縫處理方案。

4.2 處理方法

直接采用裂縫表面遮蓋封閉處理措施，SR塑性填料貼在裂縫表面，塑性填料縫頂用防滲保護(hù)蓋片密封防滲保護(hù)蓋片。

4.3 處理措施

打磨清理縫面→刷底膠→SR材料找平→SR防滲保護(hù)蓋片粘貼→表面錨固。

4.4 處理主要步驟

(1) 清理縫面：對(duì)裂縫的表面進(jìn)行打磨清理，清理寬度為裂縫兩側(cè)各10cm，將局部不平整的混凝土表面打磨平整，要求清理后表面無(wú)浮塵、無(wú)雜質(zhì)；

(2) 刷底膠：在干凈干燥的縫槽上均勻刷涂第一道SR底膠，底膠涂刷寬度應(yīng)至固定角鋼處；底膠干燥后(1小時(shí)以上)，刷第二道SR底膠；待底膠表干(約0.5小時(shí))，即可進(jìn)行SR施工；若底膠過(guò)分干燥時(shí)(不粘手)，需要重新補(bǔ)刷底膠；

(3) SR材料找平：待SR底膠表干后，將SR材料搓成小條并撳捏成厚10 mm左右薄餅狀，在混凝土接縫面上，從縫中間向兩邊撳貼5 mm～10 mm厚SR材料找平層到SR蓋片寬度，然后堆填出設(shè)計(jì)規(guī)定的SR材料形狀，并使表面平滑；

(4) SR防滲保護(hù)蓋片粘貼：逐漸展開SR防滲保護(hù)蓋片，沿裂縫將SR防滲保護(hù)蓋片粘貼在SR材料找平層上，用力從蓋片中部向兩邊趕盡空氣，使蓋片與基面粘貼密實(shí)。對(duì)于需搭接的部位，必須再用SR材料做找平層，而且搭接長(zhǎng)度要大于5 cm，搭接部位先刷SR底膠，再進(jìn)行搭接粘貼；

(5) 錨固：SR防滲保護(hù)蓋片需用角鋼錨固在縫兩側(cè)混凝土上。

6 結(jié) 論

(1)壩體、周邊縫與垂直縫變形量值均較小，在正常范圍內(nèi)；現(xiàn)場(chǎng)檢查大壩各部位未發(fā)現(xiàn)異常；面板混凝土取芯檢測(cè)表明，混凝土面板和擠壓邊墻接觸良好，既未膠結(jié)，也未見(jiàn)明顯脫空；面板可自由伸縮，受下部擠壓邊墻約束不明顯；壩址河床寬闊、兩岸岸坡較緩，河床部位面板一般受兩側(cè)岸坡部位面板擠壓，呈受壓狀態(tài)；對(duì)于本工程河床部位面板出現(xiàn)的順坡向裂縫，從結(jié)構(gòu)受力角度分析，無(wú)明顯結(jié)構(gòu)受力條件，因此，本次面板出現(xiàn)的順坡向裂縫的產(chǎn)生與結(jié)構(gòu)受力無(wú)明顯關(guān)系。

(2)監(jiān)測(cè)成果反映水上部分面板溫度變幅明顯大于水下部分，水上部分面板應(yīng)力以拉應(yīng)力為主，水下部分以壓應(yīng)力為主；裂縫檢測(cè)表明，順坡向裂縫主要發(fā)育于水上部分面板，裂縫基本延伸至水面附近尖滅；溫度應(yīng)力估算表明，溫差在12 ℃時(shí)可產(chǎn)生4.43 MPa的拉應(yīng)力，面板即可能產(chǎn)生裂縫，壩址溫差在12 ℃以上的天氣時(shí)有發(fā)生。自2014年4月面板混凝土澆筑完成后，水庫(kù)一直未能正常蓄水，60.00 m高程以上面板一直暴露在自然環(huán)境之中，受環(huán)境溫度影響顯著，溫度變幅大，運(yùn)行工況差，溫度應(yīng)力是導(dǎo)致出現(xiàn)順坡向裂縫的直接原因；另外混凝土干縮加重了面板裂縫的產(chǎn)生與發(fā)展。

(3)大壩滲流量未見(jiàn)增大趨勢(shì)，目前滲流量約在1.23 L/s，量值較??；壩基滲壓各測(cè)點(diǎn)測(cè)值穩(wěn)定，未見(jiàn)異常；大壩變形正常；現(xiàn)場(chǎng)檢查壩頂、上下游壩坡均未發(fā)現(xiàn)異常。因此，目前面板出現(xiàn)的順坡向裂縫，尚不影響大壩安全。

7 建 議

其一，未來(lái)3年水庫(kù)水位仍將維持在60 m高程以內(nèi)運(yùn)行，水上部分面板將經(jīng)受冬季嚴(yán)寒低溫天、晝夜溫差、冬春季寒潮襲擊，面板溫度應(yīng)力仍可能超過(guò)混凝土抗拉強(qiáng)度而產(chǎn)生裂縫。為此，除對(duì)現(xiàn)有裂縫進(jìn)行處理外，有必要對(duì)水位以上面板進(jìn)行保溫措施，避免或減少面板裂縫進(jìn)一步產(chǎn)生和發(fā)展。其二，在水庫(kù)正常蓄水前，水庫(kù)放空，對(duì)混凝土面板進(jìn)行全面檢查，對(duì)發(fā)現(xiàn)的裂縫等問(wèn)題再作處理。其三，增加裂縫開度監(jiān)測(cè)。其四，完善日常巡視檢查工作，定期對(duì)大壩面板、壩頂、下游壩坡等部位開展巡視檢查。

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P343.3；TV642；TV698.2+31

B

1001-2184(2017)06-0100-03

2017-12-01

張運(yùn)花(1984-)，女，山東菏澤人，畢業(yè)于大連理工大學(xué)水工結(jié)構(gòu)工程專業(yè)，工程師，中國(guó)電建華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司從事工程設(shè)計(jì)工作；

雷 楊(1984-)，女，四川巴中人，畢業(yè)于河海大學(xué)水文與水資源專業(yè)，工程師，中國(guó)電建華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司從事工程管理.

卓政昌)