水库堆石坝混凝土面板防裂优化设计周子杰

水库堆石坝混凝土面板防裂优化设计周子杰

周子杰

广东经纬工程咨询设计有限公司510000

摘要：水库工程挡水建筑物为混凝土面板堆石坝，面板堆石坝有很多优点，但混凝土面板在施工期、蓄水前及蓄水后容易产生裂缝。为了防止面板裂缝的产生，针对混凝土面板堆石坝面板出现裂缝的原因进行分析，在水库工程设计中进行防治措施的探讨，并将防治措施运用到施工中以减少裂缝的产生，以提高水库工程施工建设质量。

关键词：水库；混凝土面板堆石坝；防止；裂缝

引言：堆石坝因其就地取材，填筑工艺相对简单，质量容易控制等特点，经济性较好，而在水利工程中大量推广应用。堆石坝在我国发展相当迅速，目前向高坝的方向发展趋势更加明显，已建成了数座百米级以上高面板堆石坝。在面板堆石坝技术设计迅速发展的同时，多座已建工程面板均发现不同程度的裂缝，对工程质量和投资产生了一定的影响。

一、混凝土面板出现的主要裂缝类型分析

（1）结构裂缝

结构裂缝成因主要是由于堆石坝面板支撑体在外力作用下，产生沉降或水平位移，导致面板和垫层之间出现脱空，改变了面板的受荷情况而发生裂缝，属面板在外力作用下产生的裂缝。这是面板本身的问题，因为面板混凝土比较薄，无法承载过重的载荷，所以当面板混凝土结构受到很大的压力时，就会出现明显的变形问题而导致出现裂缝。结构裂缝的控制主要从控制或消除外力影响或减小位移量的发生等方面进行，如控制堆石体的填筑碾压质量，对混凝土面板的基础进行脱空检查并对脱空区进行处理等。

（2）干缩裂缝

混凝土面板干缩裂缝主要是由失水引起的，混凝土凝结过程中，多余的拌和用水量将逐渐脱离开，使混凝土发生失水干缩，引起体积变化，当干缩变形或体积变化受到约束时，导致出现的裂缝。干缩裂缝的控制主要从改善混凝土的配合比、加强保湿养护等方面进行，如优化混凝土配合比设计，使用高性能减水材料等，在养护方面加强履盖，安排定期洒水等。

（3）温度裂缝

面板混凝土在凝结过程中产生水化热，导致面板表面和内部出现的温度差，尤其是低温环境中，内外温差导致出现内部温度应力，从而导致混凝土面板发生裂缝。温度裂缝的控制难度比较大，需要在面板混凝土施工过程中，全面控制面板混凝土的温度差。

除上述主要裂缝类型外，更多的裂缝属于多种因素共同作用而产生的，因其产生的原因复杂，故需从设计、施工的各环节加强综合控制。

二、混凝土面板的设计

(1)面板厚度

水库坝高60m属中低坝面板，厚度采用0.4m等厚。

(2)面板混凝土

主坝混凝土面板设计指标为C25W8F100，二级配混凝土，混凝土砂石骨料采用石料场花岗岩人工轧制而成，混凝土中掺入Ⅱ级粉煤灰20%，每立方混凝土掺入0．6kg格雷斯聚丙烯纤维，并掺加优质高效减水剂和引气剂。

(3)面板分块

面板分缝分块主要从改善面板受力状态、方便施工的目的出发，面板宽度分别为6m和12m两种，共计28块。板间设置垂直缝，面板与防浪墙间设置水平缝。垂直缝共27条，其中两岸张性缝20条，河床段压性缝7条，长度共计1699．8m。

（4）面板混凝土施工

混凝土面板总面积19500m2，混凝土总方量7800m3，根据工程施工进度安排，混凝土面板分2期施工:一期面板施工高程1465～1495m，共9块，面积7125m2，混凝土方量2850m3，施工时间2007年11月25日—2008年1月1日;二期面板施工高程1495～1525m，共19块，面积12250m2，混凝土方量4950m3，施工时间2008年6月29日—2008年8月15日，面板施工中采用一套自制无轨滑模进行面板混凝土浇筑。

（5）混凝土面板裂缝的分类及成因面板混凝土裂缝从成因主要分为温度裂缝、干缩裂缝、结构裂缝。温度裂缝是由于水泥水化热作用或外界温度影响，特别是气温骤降，形成混凝土内外温差过大，致使混凝土产生裂缝。干缩裂缝是由于外界和温度条件影响混凝土面板因失去过多水分而产生收缩裂缝;混凝土干缩通常是一个渐进的过程，可能要延续3个月甚至1年以上。虽然混凝土的徐变可以使其松弛并延缓开裂，但后期有温度应力和干缩叠加，对混凝土裂缝产生严重威胁。所以尽量减少混凝土的干缩仍然是十分必要的。另外，新浇混凝土尚未终凝，由于表面蒸发过快失水引起混凝土塑性收缩而产生浅表细微裂缝，也应采取措施预防和及时处理。结构裂缝主要是由于面板长而薄的特点、外荷载或坝体、坝基的不均匀变形而引起，需要采取一系列结构和施工措施研究解决。

三、水库工程设计中的防裂措施

（1）设计中指出工程施工时坝体填筑不宜在两岸及上下游分区填筑，填筑速度应均衡上升；（2）设计中提出面板建基面应平整，不应存在过大起伏差、局部深坑或尖角；（3）合理选用筑坝材料。主堆石区是面板坝的主体，是承受水荷载及其它荷载的主要支撑体，其岩石的性质、碾压的效果，都要有严格的要求，一般要求低压缩性即高密度，高抗压剪强度，施工期及运行期均不产生空隙水压力，为减少坝体的位移和周边缝的三向变位，要求有高的压缩模量，故该部分材料选用弱风化到新鲜基岩料，要求有良好的级配，以保证碾压密度和较高的摩擦角，材料最大粒径800mm，设计孔隙率≤20%，小于5mm的颗粒含量不超过20%，小于0.075mm颗粒含量不宜超过5%，设计干密度≥21.20kn/m3。下游堆石区处于坝体次要部位，位于坝轴线下游，由于下游坝坡为1：1.4，为保证碾压密度和较高的摩擦角，故该部分采用选用中风化至新鲜基岩，材料最大粒径800mm，设计孔隙率≤21%，小于5mm的颗粒含量为5%～20%，设计干密度≥20.90kn/m3；（4）提高堆石体压实密度。面板应变与堆石体变形特性密切相关，而与面板自身厚度关系不大。提高堆石体压实密度，减小其变形，是降低面板变形应变直至产生裂缝的重要措施；（5）运用监测仪器监测施工期坝体的水平位移、沉降位移，根据观测数据判断其变形是否在设计允许范围内判断坝体填筑质量，观察控制坝体沉降，最终防止面板产生裂缝；（6）采用喷射混凝土作为垫层料的固坡保护，并将其28d抗压强度控制在5MPa左右；（7）采用挤压边墙技术。水库工程设计采用挤压混凝土边墙技术，因混凝土挤压边墙强度低、弹性模量小，有一定的透水性，能更好地适应坝前垫层区的变形，有效防止坝面脱空，防止面板产生不均匀受力直至产生裂缝的有效方法；（8）预留一定时间的大坝沉降期。水库工程大坝沉降期为2016年6月至8月底，沉降期为3个月，以减小堆石徐变对面板产生裂缝的影响；（9）水库工程设计面板压性缝顶部的V形切口深度不宜大于5cm；（10）在大坝混凝土中掺加聚丙烯腈。水库大坝混凝土面板设计中掺加聚丙烯纤维可以有效提高混凝土的极限拉伸值，使混凝土具有较高的拉压比，降低弹性模量，从而增强其适应变形的能力，并在混凝土初裂以后，提高混凝土的断裂韧度，使混凝土具备一定的止裂能力；（11）掺加轻烧氧化镁。水库大坝混凝土面板设计中掺加轻烧氧化镁可以有效补偿混凝土收缩，减少混凝土干缩变形和线膨胀系数，从而使混凝土具有不裂或少裂的特性。（12）水库大坝面板混凝土选用VF-II防裂剂、BLY引气剂、NMR高效减水剂复合掺用。（13）设计中提出面板混凝土浇筑后应及时采取保温措施，收仓3d后，可采用流水养护。

结束语：

混凝土面板堆石坝本身具有很多优势，我国在运用混凝土面板堆石坝施工技术的过程中积累了一定的经验，甚至在一些特殊的技术上取得了重大的突破。混凝土面板堆石坝因其具有充分利用当地材料、投资少、施工快速方便等优点，发展速度较快，随着混凝土面板堆石坝设计的进步，在混凝土面板堆石坝施工过程中，新工艺、新方法得到推广和运用。

参考文献

[1]梁海良.水利工程混凝土渗漏的原因分析和防治措施2014.6

[2]张晓萌.水利水电工程造价，2013.9

[3]郭明强.水库大坝混凝土浇筑温度的控制2011.2