玉石水库混凝土坝上游面竖向裂缝原因与处理

张 殳，王成山

（辽宁省水利水电勘测设计研究院，辽宁沈阳110006）

玉石水库混凝土坝上游面竖向裂缝原因与处理

张 殳，王成山

（辽宁省水利水电勘测设计研究院，辽宁沈阳110006）

本文分析了玉石水库混凝土重力坝上游面竖向裂缝产生的原因，介绍了裂缝处理措施，提出北方寒冷地区混凝土重力坝表面竖向裂缝的预防措施。对于类似工程有一定的借鉴意义。

混凝土重力坝；大坝上游面竖向裂缝；处理措施

1 概述

玉石水库位于辽宁省营口市境内，总库容8852万m3，为中型水库。玉石水库大坝为碾压混凝土重力坝，最大坝高50.20m。全坝共分15个坝段。

6#溢流坝段长为24.00m，建基面高程为155.00m，坝底宽39.50m，堰顶高程为196.00m，最大坝高41.00m。大坝断面采用“金包银”型式，即外部和基础采用常态混凝土，内部采用碾压混凝土。上游常态混凝土防渗层3.0m，下游保护层和基础垫层常态混凝土2.0m。

玉石水库大坝混凝土浇筑于1999年5月20日开盘，首先对6#、7#坝段153.00m高程建基面以下用C 3混凝土进行补坑、填平，5月30日进行153.00～154.00m高程B 1混凝土浇筑，6月6日浇筑154.00～155.00m的混凝土，6月14日达到156.00m高程，6月24日达到157.00m高程后停止浇筑。然后进行基础固结灌浆。于8月8日开始继续升程，进行碾压混凝土施工。在碾压混凝土施工时，将原设计的坝体上、下游面A2富胶材碾压混凝土改为B2常态混凝土。A2混凝土与B2混凝土配合比对比见表1。至11月7日，6#坝段混凝土升程到169.00m高程后停止浇筑，进行保温防护越冬。169.00m高程以上混凝土从2000年3月27日开始浇筑，至2000年8月24日，浇筑高程达到190.00m。

2 裂缝分布情况

6#坝段上游面竖向裂缝位于大坝迎水面，裂缝下自基岩面155m高程上至169m高程混凝土越冬停浇面，高14m。左距5#坝段15m，右距7#坝段9m。裂缝在169m高程平面上向坝内延伸3.9m。裂缝在位于坝体下部的灌浆廊道上游壁出露。

3 裂缝成因分析

3.1 浇筑温度高，内表温差大，坝段过长，引起较大的温度应力

原设计混凝土允许浇筑温度，基础约束区为15℃（高程155～163m，H≤8m），上部为18℃（高程163m以上，H＞8m）。实际基础约束区内（高程155～163m）平均浇筑温度为9.75～22.5℃，最高浇筑温度为27℃。上部（高程163～169m）平均浇筑温度为9.5～17℃，最高浇筑温度为19℃。由于6#坝段未设内部温度计，无内部温度观测记录。借鉴9#坝段坝体内部温度观测结果，混凝土最高温度达到34℃。借鉴3#坝段侧立面T3-立温度计观测记录，6#坝段上游面保温板内混凝土表面温度，一月份最低温度达到0℃左右。

（1）水化热温升及坝体温度计算

采用有限差分法计算混凝土内部水化热温升，混凝土升程过程按坝体混凝土实际升程过程。计算结果基础盖板内（高程155～157m）水化热温升为13.3℃，基础约束区内（高程157～163m）水化热温升为10.5℃，上部（高程163～169m）水化热温升为9℃，与浇筑温度值进行迭加后得出混凝土内最高温度见表2。

表1 A2与B2混凝土配合比

表2 混凝土内最高温度

因6#坝段未埋设温度计，借鉴9#坝段坝体内部温度计实测结果。以温度计T6、T7结果最具代表性，表明坝体内部温度达到30℃，计算结果与实测结果基本吻合。

（2）混凝土表面温度应力计算

外界温度年变化在6#坝段上游混凝土表面引起的温度应力计算公式为：

式中：α—混凝土线胀系数（1/℃），取10×10-5；

T0—混凝土内表温差（℃），取30；

KP—混凝土松弛系数，取0.65；μ—混凝土泊松比，取0.167；

C—系数，与坝段长度有关，取0.64；

σ—混凝土表面应力（MP a）；

Eh—混凝土弹性模量（M P a），取2.55×104。将数值代入上述公式中：得上游混凝土表面水平拉应力σ=3.82MP a。

混凝土允许拉应力计算公式为：

式中：〔σ〕—混凝土表面允许拉应力（MP a）；

ε—混凝土极限拉伸值，取1.0×10-4；

Kf—安全系数，取1.5。

将数值代入上述公式中，得混凝土允许拉应力〔σ〕=1.5 MP a

由于混凝土浇筑温度高，内表温差大，坝段过长，在混凝土表面引起较大的温度拉应力，超过混凝土抗裂能力，这是6#坝段上游面劈头裂缝产生的最主要原因。

靠近基岩部位是混凝土外部约束最大的部位，靠近基岩部位混凝土双向散热，向外散发热量快，混凝土降温较快，易引起较大的外部约束，该部位在内部约束与外部约束共同作用下，进一步加大温度应力，从而导致混凝土的开裂。大多数混凝土坝侧立面越冬裂缝与此类似，其共同特点是裂缝从下部开始，下部宽而上部窄，多数裂缝没有达到顶面即已尖灭。

3.2 上游防渗层改变混凝土品种，对上游面混凝土拉应力的影响

大坝上游3m厚防渗层混凝土由原设计的二级配碾压混凝土改为三级配常态混凝土，水泥用量由144kg增加到184kg，增加了40kg。粉煤灰掺量由36kg增加到46kg，增加了10kg。由于胶凝材料的增加，导致混凝土发热量增加和温升的加大，坝体混凝土温度有所提高，加大了上游坝面温度应力，不利于上游坝面混凝土的防裂。

3.3 岩石地质条件的影响

F 2断层沿上下游方向斜向横穿6#坝段，断层破碎带宽2.9～5.5m，影响带宽超过10m。受断层影响，岩体风化程度、完整性及岩体强度变化较大，工程地质条件相对较差。由于断层破碎的影响，该坝段基础开挖成台阶状，台阶高差2m。台阶在上游面出露点距6#坝段左侧横缝9m，台阶在下游面出露点位于6#坝段右侧横缝处。这种台阶状的建基面，使得基础部位坝体混凝土应力状态进一步恶化。

4 裂缝处理措施

在169m高程平面裂缝位置，布置4层φ 20@ 200的限裂钢筋，并自169m高程起将上部坝体分成两个12m长的坝段。

在垂直方向上的处理范围如前所述，在上游坝面和廊道内向裂缝内灌注L W、H W双组分水溶性聚氨酯。沿裂缝开凿出深8c m，口宽8c m的V形槽，内嵌SR 3型塑性止水材料，表面用宽度为50c m的SR防渗保护盖片粘贴保护。施工时先用水、钢丝刷冲刷缝槽及边缘到扁钢压条的宽度，去除杂物，凉干或烘干。然后刷两道SR底胶，待底胶表干后，在缝槽内及两侧各25c m的范围内用SR 3型塑性止水材料嵌缝及找平，达到设计规定的SR 3材料形状，并使表面光滑。然后撕去SR防渗保护盖片上的防粘保护纸，将SR防渗保护盖片粘贴到SR 3材料上。在SR防渗保护盖片的起止段及搭接段两侧用膨胀螺栓及扁钢锚固，并用SR 3材料对粘好的SR防渗保护盖片边缘进行封边。

这种处理方法有如下优点：⑴防渗效果较好。因为这种处理方法相当于三重防渗，在缝内化灌止水，在缝面做了两道止水，一道是塑性材料嵌缝止水，一道是SR防渗保护盖片止水，较以往的只采用一道嵌缝止水的处理方法更加安全可靠。如果施工质量控制的很好，完全可以保证工程安全。⑵工程造价较低。⑶工期较短，施工简单。这种处理方法存在如下缺点：施工质量要求很高，施工过程不易控制，而且无论哪一道工序出现问题都会严重影响工程质量。如果控制不好，会影响工程安全，且以后很难补救。

经上述方法处理后，在169m高程处未见裂缝再向上发展，廊道内渗水也完全消失。证明裂缝处理效果明显。

5 结语

（1）由于混凝土浇筑温度高，内表温差大，坝段过长，在混凝土表面引起较大的温度拉应力，超过混凝土抗裂能力，这是6#坝段上游面竖向裂缝产生的最主要原因。

T V 698.2+31

B

1672-2469（2015）06-0080-03

10.3969/j.i s s n.1672-2469.2015.06.028

张 殳（1966年—），男，高级工程师。