翟 政，王立成，李躍強(qiáng)

（中水北方勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司，天津 300222）

1 工程概況

SETH 工程位于新疆阿勒泰地區(qū)青河縣烏倫古河上游河段，是烏倫古河流域規(guī)劃確定的唯一具有多年調(diào)節(jié)能力的水庫。攔河壩為碾壓混凝土重力壩，最大壩高75.5 m，壩頂高程1 032.0 m。工程所在地多年平均氣溫3.6 ℃，極端最高氣溫40.9 ℃，極端最低氣溫-42.0 ℃。多年平均蒸發(fā)量為1 571.8 mm；最大年蒸發(fā)量為2 073.5 mm（1965 年），最小年蒸發(fā)量為1 247.7 mm（1987 年）；夏半年4—9 月水面蒸發(fā)量為1 312.9 mm，占年蒸發(fā)量的83.5%，冬半年10—3 月水面蒸發(fā)量為258.9 mm，占年蒸發(fā)量的16.5%?；诋?dāng)?shù)貧夂蛱攸c，大壩在施工過程中應(yīng)特別關(guān)注混凝土的保溫保濕養(yǎng)護(hù)，以防止產(chǎn)生裂縫。

2 施工期溫控預(yù)防措施

每年4—10 月為碾壓混凝土壩主要建設(shè)期，而在冬季停止混凝土澆筑。這種間歇式的澆筑方式和嚴(yán)酷的天氣條件，在碾壓混凝土壩內(nèi)部產(chǎn)生了特殊的溫度應(yīng)力時空分布規(guī)律，提高了溫控和抗裂的難度。根據(jù)溫控仿真計算成果、壩體施工進(jìn)度安排及壩址區(qū)氣候條件，采用如下溫控措施。

在滿足混凝土設(shè)計強(qiáng)度前提下，優(yōu)化混凝土配合比，以減少發(fā)熱量，從而降低混凝土的絕熱溫升。

混凝土施工期一般在每年的4—10 月，冬季停止施工。為節(jié)省溫控費用，需合理安排施工進(jìn)度。施工面積較大的混凝土盡量安排在一天的低溫時段施工，在高溫季節(jié)澆筑混凝土?xí)r采取以下措施降低混凝土溫升：①混凝土骨料約占每方混凝土比重的90%，其溫控對于降低混凝土的出機(jī)口溫度至關(guān)重要?？稍诠橇蠄隽隙秧斏洗钤O(shè)涼棚，擋住直射陽光，減少陽光直射引起的骨料溫升。②增加堆料高度，各料場應(yīng)盡量多儲備骨料以加大成品堆料高度，要求堆料有適當(dāng)?shù)母叨?。建立制冷場，使用在儲料倉內(nèi)風(fēng)冷粗骨料的方法，有效降低混凝土澆筑溫度。③對散裝水泥、粉煤灰使用儲存罐儲存，水泥、粉煤灰罐表面涂刷白色漆并用白色帆布外包，以反射陽光，降低儲存罐的吸熱率。在自卸汽車混凝土運輸過程中采取加蓋保溫措施，由專人負(fù)責(zé)保溫設(shè)施覆蓋，并減少運轉(zhuǎn)次數(shù)。加強(qiáng)混凝土運輸?shù)氖┕そM織與管理，加快混凝土入倉及覆蓋速度，縮短混凝土暴露時間。④在混凝土內(nèi)埋設(shè)冷卻水管，在上覆混凝土澆筑3 d后，開始通水進(jìn)行冷卻降溫，連續(xù)通水20 d為1 個時段。盡量避開中午陽光直射的施工時段，利用早晚和夜間低溫時段澆筑混凝土。提高混凝土入倉強(qiáng)度，及時攤鋪及時碾壓及時保溫，并盡量縮短上下層結(jié)合間隔時間。

對于溫度較高超過規(guī)范約束區(qū)容許溫差要求，在該區(qū)域應(yīng)采取如預(yù)冷混凝土骨料、對碾壓混凝土進(jìn)行倉面噴霧及加強(qiáng)保溫等其他溫控措施將最高溫度控制在允許范圍內(nèi)。

大壩越冬保護(hù)措施如下：碾壓混凝土由于大量摻加粉煤灰，水化熱散發(fā)延遲，且通倉澆筑，層面短間歇，散熱不多，造成壩體達(dá)到穩(wěn)定溫度常需數(shù)十年之久。在漫長的降溫過程中遇到冬季長間歇混凝土停澆，會造成混凝土內(nèi)外溫差過大，其上下游面會出現(xiàn)較大的拉應(yīng)力。本工程施工期為每年4—10 月，11 月進(jìn)入停工期，此時混凝土澆筑齡期短、強(qiáng)度低，而內(nèi)部水化熱溫升導(dǎo)致壩體內(nèi)外溫差很大[1]。壩體上游、下游面采取噴涂10、8 cm 厚聚氨酯泡沫作為永久保溫措施[2]。2018 年11 月—2019 年3 月，在壩面高程984.5 m 鋪設(shè)5 層2 cm 厚聚氨酯泡沫作為臨時保溫措施，具體做法如下：首先在越冬層面上鋪設(shè)防水彩條布，在其上噴涂厚2 cm 的聚氨酯泡沫；待聚氨酯泡沫成形硬化后，在其上鋪設(shè)1 層防水彩條布，再噴涂2 cm 厚的聚氨酯泡沫，重復(fù)上述步驟，直至鋪設(shè)5 層為止。2019 年11 月—2020 年3 月，在壩面高程1 023.5 m 鋪設(shè)5 層2 cm 厚聚氨酯泡沫作為臨時保溫措施。上游面配置溫度鋼筋。

3 施工期裂縫

在施工過程中，受自然條件、原材料、施工條件等因素影響，壩體個別壩段可能會出現(xiàn)不同程度的裂縫[3]。在施工期采取一系列溫控措施之后，仍發(fā)現(xiàn)部分壩段出現(xiàn)裂縫。

在施工備倉過程中發(fā)現(xiàn)4#—6#壩段、高程984.5 m倉面有12 條裂縫，在6#壩段越冬層面高程978.50 m、樁號0+90.00—0+108.00 存在水平裂縫，縫寬0.1～0.3 mm，展開深度從目前取芯及壩內(nèi)廊道觀察來看，約為10～13 m。

各部位裂縫可分為以下3 種：①上、下游壩面的劈頭縫；②強(qiáng)約束區(qū)（越冬層面）上部新澆混凝土的縱向裂縫；③越冬層面（或相鄰）上、下游側(cè)的水平縫開裂。

4 裂縫成因分析

4.1 劈頭縫與強(qiáng)約束區(qū)上部新澆混凝土的縱向裂縫成因

水泥水化熱使壩體溫度上升。根據(jù)現(xiàn)場觀測，開裂部位基本為變態(tài)混凝土區(qū)及富膠凝混凝土區(qū)，上述兩區(qū)每方混凝土水泥用量分別比碾壓混凝土高出約60～70 kg，造成該部混凝土絕熱溫升為26～27、24～25 ℃。而短間歇連續(xù)升程的通倉澆筑施工使壩體溫度升高，散熱速度放緩，溫控控制不到位。

本工程越冬期長（11月—翌年3月），氣溫低，持續(xù)時間長，雖經(jīng)越冬期的壩體上、下游側(cè)及倉面保溫，混凝土表面溫度仍較低，內(nèi)部溫度較高，使其與上層新澆混凝土產(chǎn)生較大的溫差。據(jù)監(jiān)測，壩內(nèi)混凝土最高溫度為45 ℃，而下層越冬層面的混凝土溫度為20 ℃，上、下層溫差達(dá)到25 ℃，超過溫控要求允許值，導(dǎo)致下層老混凝土對上層新澆混凝土的約束強(qiáng)烈，從而產(chǎn)生裂縫。

混凝土模板拆除時正趕上低溫時段，混凝土內(nèi)外溫差過大，產(chǎn)生裂縫。

人工砂石骨料中石粉含量為21.3%，接近上限22%，且石粉中微粒含量（粒徑≤0.007 5 mm）超標(biāo)約4%，致使混凝土中微粒含量超標(biāo)，加大了混凝土的收縮，收縮應(yīng)力增大最終導(dǎo)致了裂縫的產(chǎn)生。

人工砂石骨料中接近針片狀的大石較多且有部分超徑大石，使混凝土中砂漿包裹不充分，混凝土的抗裂性能降低，在各種應(yīng)力作用下，導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生。

9#壩段下樁號0+013.00—0+025.00 范圍在高程983.0 m 設(shè)置了入倉卸料通道，四周垂直布置，造成局部應(yīng)力集中，引起裂縫。

4.2 水平裂縫成因

水平方向裂縫形成除上述縱向裂縫成因外，還可能有以下原因。

越冬混凝土彈模、強(qiáng)度、極限拉伸值等都與上層新澆混凝土差別較大，在溫度荷載作用下，二者難以產(chǎn)生變形協(xié)調(diào)，導(dǎo)致沿越冬層面水平開裂[4]。

越冬層面上，經(jīng)沖毛處理后，澆筑時鋪1.0～1.5 cm厚的水泥漿或水泥砂漿，后澆筑上層混凝土。①澆筑時，工序銜接上有問題，再加上日照強(qiáng)、風(fēng)大，漿鋪好后很快失水泛白，再攤鋪上層混凝土?xí)r，影響層間結(jié)合質(zhì)量。②施工時漿泛白、失水，再進(jìn)行補(bǔ)水時，補(bǔ)充水分過多，造成漿液中灰漿變稀、流失，影響層間結(jié)合質(zhì)量。

越冬層面溫度低，而上部混凝土內(nèi)部最高溫度很高，形成了較大的上、下層溫差以及內(nèi)外溫差，由于上述兩種溫差作用，在越冬面上、下游附近產(chǎn)生較大的豎向拉應(yīng)力，這是造成水平縫的主要原因。

綜上所述，內(nèi)、外溫差產(chǎn)生的拉應(yīng)力大于層間結(jié)合抗拉強(qiáng)度，故形成水平裂縫。

5 裂縫處理措施

5.1 上部新澆混凝土縱向裂縫及上、下游壩面劈頭縫處理措施

在裂縫端頭采用風(fēng)鉆鉆應(yīng)力釋放孔，孔深至越冬層面。鉆孔直徑≥5 cm，防止裂縫向壩內(nèi)發(fā)展。

在距上游壩面0.5 m 裂縫處垂直套打3 個直徑100 mm 孔，孔深入越冬層200～500 mm，孔內(nèi)灌注環(huán)氧砂漿。

沿裂縫走向開“V”形槽，槽中心線與裂縫中心線重合，槽深3 cm，槽頂寬度6 cm，槽內(nèi)清理干凈后，用聚氨酯砂漿填槽并抹平。在“V”形槽中心線兩側(cè)平行裂縫呈梅花狀鉆注漿孔，然后進(jìn)行灌漿，化學(xué)灌漿材料根據(jù)補(bǔ)強(qiáng)加固及防滲要求選用相應(yīng)的灌漿材料，灌漿方法可參照《水工建筑物化學(xué)灌漿施工規(guī)范》（DLT 5406-2010）執(zhí)行。

灌漿完成后，在裂縫上出露位置倒扣半圓鋼管，管內(nèi)填瀝青砂漿，半圓鋼管直徑≥150 mm，壁厚≥3 mm；半圓鋼管上部布置φ28三級鋼、間距200 mm的鋼筋網(wǎng)片，覆蓋裂縫，網(wǎng)片寬度4.5 m，具體布置如圖1—2所示。

圖1 裂縫處理剖面示意

圖2 裂縫處理平面示意

5.2 越冬層面水平縫處理措施

首先探測裂縫展開深度，若裂縫深度＜5 m，則只需要采用環(huán)氧樹脂灌漿處理即可，具體布置如圖3所示。在裂縫上部傾斜打入灌漿孔，穿過裂縫40 cm，孔排距3.0 m，并在縫外端部位做封閉處理，然后進(jìn)行灌漿處理。

圖3 越冬層面小于5 m水平縫處理剖面示意

若探測裂縫展開深度≥5 m，首先采用環(huán)氧樹脂灌漿處理，灌漿處理完成后，在裂縫展開范圍內(nèi)布設(shè)鋼管灌注樁，間排距3 m×3 m，孔內(nèi)埋設(shè)標(biāo)準(zhǔn)鋼軌，并用高強(qiáng)度砂漿灌注鉆孔，具體布置如圖4所示。

圖4 越冬層面大于5 m水平裂縫抗剪樁處理平面示意

5.3 越冬層面水平縫預(yù)防措施

在越冬層面上游側(cè)埋設(shè)2 道銅止水，布設(shè)位置與大壩永久橫縫銅止水相對應(yīng)，并與壩體永久橫縫銅止水搭接形成整體。

下游面處理誘導(dǎo)縫末端豎直布置一半圓鋼管，開口朝向下游，鋼管內(nèi)填瀝青油麻，做間距200 mm鋼筋網(wǎng)，采用φ28三級鋼，詳細(xì)布置如圖5所示。

圖5 后期越冬層面處理剖面示意

6 結(jié)論

通過及時裂縫處理，能夠消除裂縫產(chǎn)生的不利影響。裂縫處理完成后，對裂縫處理部位鉆芯取樣檢查，結(jié)果表明裂縫處理能夠達(dá)到預(yù)想效果。

通過對壩體裂縫產(chǎn)生原因的分析可知，大壩基礎(chǔ)強(qiáng)約束區(qū)及上游面防滲區(qū)對混凝土溫控要求極高，容易產(chǎn)生溫度裂縫，影響壩體安全，施工中應(yīng)采取切實可行的溫控措施[5]，控制混凝土內(nèi)外溫差及強(qiáng)約束區(qū)基礎(chǔ)容許溫差達(dá)到設(shè)計及相關(guān)規(guī)范要求，防止混凝土形成嚴(yán)重溫度裂縫，從而保證混凝土澆筑質(zhì)量及工程安全。