衡 陽，陳 強(qiáng)

（1.浙江省水利水電工程質(zhì)量與安全管理中心，浙江 杭州 310012；2.中國電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 311122）

1 問題的提出

面板堆石壩技術(shù)自引進(jìn)以來得到快速發(fā)展，走出一條由引進(jìn)到創(chuàng)新再到超越的發(fā)展之路[1]。面板堆石壩因造價(jià)低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安全性好，對(duì)自然條件有較強(qiáng)的適應(yīng)性，已成為目前水利工程壩型比選的首選壩型之一[2]。面板堆石壩中，混凝土面板作為堆石壩的重要防滲主體，面板裂縫是影響其運(yùn)行的重要病害，抗裂性研究始終是關(guān)鍵技術(shù)難題之一[3]。工程實(shí)踐表明，面板壩在施工及運(yùn)行過程中，在壩體變形、各種外荷載、溫度應(yīng)力、干縮應(yīng)力及運(yùn)行期水壓力等因素相互作用下，混凝土面板出現(xiàn)不同程度的裂縫問題比較普遍[4]。以某水庫面板堆石壩為研究對(duì)象，從混凝土面板施工工藝、施工環(huán)境及壩體沉降變形等綜合分析堆石壩面板裂縫產(chǎn)生的原因。

2 工程概況

某水庫面板堆石壩，壩頂高程337.00 m，最大壩高97.00 m，壩頂長度267.00 m，壩頂寬度10.00 m，壩前面板表面坡比為1：1.404。混凝土面板最大坡長156.48 m，共計(jì)35 塊面板，面板厚度由庫底60 cm 漸變至壩頂40 cm，面板寬度主要分12.0，6.0，3.0，2.0 m 等4 種。其中河床部位受壓區(qū)寬12.0 m 面板7 塊，左岸坡部位受拉區(qū)板寬6.0 m 面板12 塊，寬度12.0 m 面板3 塊，寬度3.0 m面板2 塊。右岸受拉部位寬12.0 m 面板1 塊，寬度6.0 m 面板9 塊，寬度2.0 m 面板1 塊。澆筑混凝土標(biāo)號(hào)為C30W10F100，二級(jí)配，普通硅酸鹽水泥，摻聚丙烯纖維。面板施工采用滑模工藝，從中間向兩側(cè)推進(jìn)，分2 序跳倉澆筑，I 序?yàn)槠鏀?shù)倉，II 序?yàn)榕紨?shù)倉。

3 混凝土面板裂縫分布

通過對(duì)大壩全部35 個(gè)面板結(jié)構(gòu)塊混凝土裂縫的分布、數(shù)量、縫寬和縫深等進(jìn)行調(diào)查和逐縫檢測(cè)。經(jīng)匯總統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)除1、2、3、5、7、9、11、13、15、31、33、34 及35 塊面板無裂縫外，其余22 塊面板存在不同程度的裂縫。大壩混凝土面板現(xiàn)有裂縫186 條，其中70 條為面板結(jié)構(gòu)塊水平向通長裂縫，面板各裂縫中，測(cè)得最大縫長為13.5 m，最小縫長為1.2 m；面板各裂縫中，縫寬大于0.2 mm 的裂縫共有110 條；測(cè)得的最大縫寬為0.6 mm，最大縫深為136 mm；其中24 號(hào)面板裂縫數(shù)最多達(dá)40 條，17 號(hào)面板次之，達(dá)27 條，12、18、22 號(hào)面板存在10 條貫通左右的水平通縫；大壩混凝土面板裂縫具體分布情況見圖1。從圖1可看出，研究區(qū)面板裂縫均為橫縫，從最大縫深看出，混凝土裂縫無貫穿縫，均為表面裂縫。

圖1 大壩混凝土面板裂縫分布情況圖

4 研究區(qū)面板裂縫成因分析

4.1 施工工藝影響分析

分析施工工藝對(duì)裂縫成因的影響，從面板澆筑倉面、入倉方式和澆筑順序角度進(jìn)行分析。研究區(qū)混凝土面板中M15～M25 面板寬度為12 m，M1～M14、M26～M35 面板為6 m 及以下寬度；面板通過溜槽入倉分2 序跳倉澆筑，其中12 m 塊布置2 條溜槽，6 m 塊布置1 條溜槽，總體澆筑長度較長，溜槽布置長度較長。經(jīng)統(tǒng)計(jì)得到面板澆筑倉面對(duì)應(yīng)裂縫統(tǒng)計(jì)見表1，不同高程對(duì)應(yīng)裂縫統(tǒng)計(jì)見表2，I 序和II 序面板裂縫統(tǒng)計(jì)見表3。

表1 面板澆筑倉面對(duì)應(yīng)裂縫統(tǒng)計(jì)表

表2 面板不同高程對(duì)應(yīng)裂縫統(tǒng)計(jì)表

表3 I 序和II 序面板裂縫統(tǒng)計(jì)表

由表1 可知：12 m 寬度面板與6 m 及以下寬度面板，裂縫分布占比與其面板面積占比基本接近，12 m 寬度的面板裂縫分布的密度略大，說明面板澆筑倉面的大小對(duì)裂縫產(chǎn)生略有影響，主要原因是12 m 寬度面板位于河床段，面板長度較長。由表2 可知：各高程裂縫分布數(shù)量較為平均，沒有明顯的中下部高程裂縫集中情況，高程290.00 m 以下的裂縫長度占比略有偏高，說明在施工時(shí)，長溜槽對(duì)裂縫產(chǎn)生有一定影響，雖然對(duì)溜槽進(jìn)行覆蓋，但在外界環(huán)境溫度偏高以及較強(qiáng)日照影響下，存在混凝土水分散失加大，同時(shí)長距離輸送骨料易離析影響，造成混凝土局部不均勻；此外，12 m 寬度面板的澆筑過程中，2 條溜槽協(xié)調(diào)供料的要求較高，對(duì)工人平倉振搗及時(shí)性、均一性的要求也更高，總之12 m 寬度面板受長溜槽供料會(huì)存在影響，但根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，入倉工藝不構(gòu)成面板裂縫的主要因素。

4.2 施工環(huán)境影響分析

根據(jù)研究區(qū)氣象局發(fā)布的歷史氣溫?cái)?shù)據(jù)，在混凝土面板澆筑期間溫度變化明顯，在4 月7—10日、4 月16—20 日均出現(xiàn)較明顯的較大溫差情況，最大溫差為18℃；在5 月份后，平均氣溫上升明顯，出現(xiàn)超過30℃的天氣共計(jì)14 d，最高氣溫達(dá)到37℃，出現(xiàn)在5 月4 日，當(dāng)天溫差達(dá)到17℃。根據(jù)混凝土溫控計(jì)算及參考類似工程，面板混凝土內(nèi)部最大溫度出現(xiàn)在澆筑后的1.5～3.0 d，溫度應(yīng)力破壞也一般在該時(shí)段內(nèi)發(fā)生。因此，以面板最終澆筑完成時(shí)間節(jié)點(diǎn)與裂縫數(shù)量的關(guān)聯(lián)性進(jìn)行分析，得到各時(shí)段裂縫統(tǒng)計(jì)分析見表4。由表4 可知：在5 月上旬氣溫高的時(shí)候面板所產(chǎn)生的裂縫條數(shù)及長度，都遠(yuǎn)超于其他時(shí)段，且大于其他時(shí)段產(chǎn)生的總和。

表4 各施工時(shí)段裂縫統(tǒng)計(jì)分析表

考慮到研究區(qū)工程在高溫季節(jié)施工，故提前對(duì)面板混凝土施工溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，每塊面板內(nèi)埋設(shè)1～2 個(gè)測(cè)點(diǎn)，其中19 號(hào)塊為3 個(gè)測(cè)點(diǎn)，每個(gè)測(cè)點(diǎn)有2 支溫度計(jì)，分別安裝在面板表面以下7 cm處和面板厚度中心處，埋設(shè)分布見圖2。

根據(jù)具體監(jiān)測(cè)成果對(duì)典型面板M7，M9，M11，M17，M18，M19，M20，M21，M22，M23，M24，M25 溫度情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。各典型面板溫度數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析成果見表5。

表5 各典型面板溫度數(shù)據(jù)分析表

由表5 可知，M7～M11 面板未出現(xiàn)裂縫，混凝土澆筑主要集中在4 月初，此時(shí)混凝土入倉時(shí)的環(huán)境溫度相對(duì)較低，同時(shí)后期混凝土內(nèi)部平均最高溫度相比較其他面板也較低。M17～M25 面板裂縫的條數(shù)、長度基本與混凝土最高溫度呈正相關(guān)性，可以看出，裂縫較多的II 序塊混凝土內(nèi)部最高溫度均較高。在5 月平均氣溫上升的情況下，II 序塊入倉溫度較高，且受環(huán)境溫度影響，混凝土內(nèi)部水化反應(yīng)加劇，溫升發(fā)展速度較快，在1.0 d 左右內(nèi)即可達(dá)到峰值，而此時(shí)混凝土的容許抗拉強(qiáng)度極低，極易受到溫度應(yīng)力的破壞。

5 面板裂縫成因分析

（1）本工程面板混凝土施工時(shí)間為2020 年3月22 日—5 月19 日，期間壩區(qū)最高氣溫37℃，最低氣溫7℃，氣溫變化大，日溫差大，且面板混凝土屬于典型的薄型長條板狀結(jié)構(gòu)，長、寬、厚三向尺寸相差懸殊，使得面板混凝土易產(chǎn)生裂縫，完全避免面板混凝土裂縫較為困難。

（2）從面板混凝土的施工工藝看，面板澆筑倉面的大小與入倉方式導(dǎo)致局部骨料離析和水分散失大等問題對(duì)面板裂縫的產(chǎn)生具有一定影響，但與裂縫的產(chǎn)生關(guān)聯(lián)性較小。

（3）從大壩面板裂縫分布以及特征看，裂縫主要集中在II 序塊，呈水平向分布，與II 序塊澆筑時(shí)環(huán)境溫度關(guān)聯(lián)性較為明顯，可見環(huán)境氣溫是面板裂縫產(chǎn)生的主要原因。根據(jù)溫度監(jiān)測(cè)情況看，面板混凝土內(nèi)部溫度在1.5 d 已達(dá)到峰值，3.0 d 內(nèi)產(chǎn)生溫度引起的收縮性裂縫。同時(shí)面板混凝土澆筑定在環(huán)境溫度為10℃～20℃的時(shí)段內(nèi)，將有利于裂縫的控制，面板混凝土澆筑應(yīng)盡可能避開夏季高溫時(shí)段。

6 結(jié)語

面板裂縫均為表面橫縫，無貫穿裂縫，主要集中在II 序塊面板；氣溫環(huán)境是面板裂縫產(chǎn)生的主要原因，面板裂縫的條數(shù)、長度基本與混凝土內(nèi)部最高溫度呈正相關(guān)性，且II 序塊緊跟I 序塊施工，II 序塊受I 序塊兩側(cè)約束，散熱條件較差，使得II 序塊內(nèi)部溫度進(jìn)一步提高，加劇面板裂縫的產(chǎn)生?；炷撩姘逅a(chǎn)生的裂縫與澆筑時(shí)的氣溫環(huán)境密切相關(guān)，選擇適宜的氣溫環(huán)境將有利于混凝土面板的裂縫控制。