碾压混凝土重力坝基础垫层混凝土裂缝浅析

王为 朱臣

（中国水利水电第八工程局有限公司，湖南 长沙 410002）

在水利建设中，碾压混凝土重力坝基础层中产生的混凝土裂缝会对重力坝结构的受力状况与稳定产生很大影响，从而导致混凝土重力坝结构耐久性的降低以及混凝土重力坝内部与钢筋锈蚀，严重的甚至会引起渗透变形，危及混凝土重力坝的结构的稳定性，给碾压混凝土重力坝经营管理带来极大的不确定性，产生安全隐患。因此，对碾压混凝土重力坝的裂缝的形成原因进行分析，探索重力坝基础垫层混凝土裂缝的防治方法，对促进混凝土重力坝的建设具有十分重要的意义。在实际工程建设中发现，造成重力坝基础垫层混凝土裂缝的原因有很多，其中主要分为荷载作用引起的裂缝和非荷载引起的裂缝两种，而非荷载引起的混凝土裂缝就是指那些由温度差异、混凝土收缩等因素引起的。

一、混凝土重力坝裂缝影响因素及危害

所谓的混凝土就是指以胶凝材料、骨料、水以及其它材料为原料，按适当比例配制而成并且经过硬化形成的复合材料。对于重力坝基础层垫中产生的因素有很多，包括水泥的影响、掺合料的影响、外加剂的影响以及纤维材料的影响等等，都会造成重力坝基础垫层混凝土的裂缝。因此，在进行碾压混凝土重力坝工程建设时尽量使用热硅酸盐水泥、优质粉煤灰以及磨细矿渣等作为材料。而对于外加剂来说要根据工程所处的环境和对混凝土的要求选着使用，其中水工大体积混凝土多使用减水剂和引气剂。此外，在混凝土中使用纤维材料，在一定程度上会因为其自身的特性，实现混凝土抗拉强度的提高以及混凝土前期裂缝收缩的限制。

混凝土重力坝基础垫层裂缝是混凝土建设中比较常见的现象，其裂缝绝大多数发生于重力坝施工阶段并且具有极大的危害性。混凝土收缩而产生的微观裂缝一旦扩散或者发展，就有可能引起重力坝的开裂、变形甚至破坏。同时，混凝土材料及配合比设计不当对混凝土抗拉强度的影响；浇筑施工中振捣不均匀或是漏振、过振等情况造成的混凝土离析、密实度差以及结构整体强度的降低等都会造成混凝土重力坝进一步开裂。这些危害将影响重力坝的顺利完工和安全使用。因此必须加强对这些重力坝基础垫层混凝土裂缝的重视。

二、混凝土重力坝裂缝形成的原因分析

笔者根据在实际工作中经验的总结可以发现，造成混凝土重力坝基础垫层裂缝形成的原因主要来自荷载作用和非荷载作用两个方面，因此通过这两个方面的分析可以对其裂缝有效预防。

1、荷载作用

碾压混凝土重力坝基础垫层的混凝土结构在使用荷载作用下，由于截面的混凝土拉应变大多是大于混凝土极限伸拉值的，所以构件在使用时一般是带缝工作的。这类裂缝与主拉应力方向几乎是垂直的，并且最先在荷载效应最大处产生。如果荷载效应相同，裂缝首先在混凝土抗拉能力最薄弱处产生。因此，在施工过程中，要合理的配筋选用混凝土粘结较好的变形钢筋，控制钢筋的应力不过高，钢筋的直径不过粗，并用钢筋不在混凝土中分布比较均匀。这样就能较好地控制正常使用条件下裂缝宽度，不致过宽。

2、非荷载作用

在碾压混凝土重力坝基础垫层中，大部分混凝土裂缝是由非荷载因素引起的，例如温度变化、混凝土收缩、基础不匀沉降等等。首先，混凝土重力坝的基础垫层会随着温度的变化而产生变形，产生热胀冷缩。当变形受到约束时，便产生了裂缝，而约束的程度越大，裂缝就越宽。 因此，在进行施工时要尽量减少水泥用量，尽量将其控制在 450kg/m2以下，并且还要合理控制水灰比例，将其控制在0.60以下。同时还要改善骨科级配以及凝土的搅拌工艺，通过掺加粉煤灰、高效减少水剂等来减少水泥用量，降低水化热，或采用“二次风冷”新工艺降低混凝土的浇筑温度等等。其次，在工程建设中，混凝土需要在空气中凝固到结硬之时，这一过程中混凝土体积要缩小，产生收缩变形，当受到约束时，就可能导致裂缝的产生。因此，要对收缩缝进行合理设置，改善水泥土性能，实现配筋率科学合理性，加强混凝土的时期养护，保证设置构造钢筋收缩裂缝健分布均匀，以此来避免发生集中的大裂缝。最后，混凝土塑性坍落引起的裂缝 。混凝土塑性坍落发生在混凝土浇筑后的头若干小时内，这时混凝土还处于塑性状态，如果混凝土出现泌水现象，在重力作用下混合料中的固体颗粒有向下沉移而水向上浮动的倾向。这种移动当受到钢筋骨架或者模板约束时，在上部就容易形成沿钢筋长度方向的裂缝。因此，要仔细选择集料的配级，做好混凝土的配合比设计，特别是要控制水灰比，采用适量的减水剂；施工时混凝土既不能漏振也不能过振，避免混凝土泌水现象的发生，防止模板沉陷，如果发生这类裂缝，可在混凝土终凝以前重新抹面压光，使裂缝闭合。

三、混凝土重力坝裂缝的维修方法

当发现碾压混凝土重力坝基础垫层产生裂缝时，是否需要对其进行修补以及如何进行修补，都要通过分析裂缝产生的原因以及结构的使用要求，结合设计和施工规范中的规定，进行具体问题具体分析来采取不同的措施。在实际工程修建中，一般情况下混凝土在未受设计荷载时产生裂缝大于0.2毫米时就应进行修补。比较常用的维修方法有表面处理法、充填法以及注入法等。

总之，碾压混凝土重力坝基础垫层的裂缝是其结构中广泛存在的一种现象。当出现裂缝时，不仅会降低水利建筑物的抗渗能力，同时还会对水利建筑物的使用功能产生影响，并且造成材料耐久性的降低，使得水利建筑物的承载能力下降。因此，必须要加强对碾压混凝土重力坝基础垫层混凝土裂缝的调查研究，通过在施工中各种有效的预防措施的采取，来预防裂缝的出现和发展，以此来保证混凝土重力坝的构件的安全与稳定。

[1]姜国辉,白石水库碾压混凝土重力坝基础垫层混凝土裂缝的原因分析【期刊论文】沈阳农业大学学报-2008

[2]朱耀台,混凝土裂缝成因与预防措施研究【期刊论文】材料科学与工程学报-2008

[3]钟进章,混凝土裂缝成因及控制措施【期刊论文】混凝土-2008