大勐统水电站混凝土拱坝裂隙成因分析及处理

罗兴华

(福建安澜水利水电勘察设计院有限公司,福建 龙岩 364000)

大勐统水电站混凝土拱坝裂隙成因分析及处理

罗兴华

(福建安澜水利水电勘察设计院有限公司,福建 龙岩 364000)

对混凝土裂缝进行控制是一项综合技术，必须通过设计、施工、监理以及使用等方面的配合。文章主要分析水电站混凝土拱坝裂缝的成因，并在此基础上借鉴其他裂缝修补工程的成功经验，对裂缝的修补措施进行分析探讨，最后提出了水电站混凝土拱坝裂缝的几点控制措施。

水电站；混凝土拱坝；裂隙成因分析与控制；裂隙处理

0 引 言

就目前而言，我国建成的很多水电站混凝土拱坝都会出现裂隙现象，例如永德县的大勐统水电站。据调查，坝区2012年1月中旬有一个明显降温过程，特别是本月17日下冰雹、18日下雪，造成坝址区温度骤降约10℃以上。由于水库还未蓄水，经计算，当空库时气温骤降，温度应力较大，局部拉应力超标，因此造成大坝出现裂缝。根据这个工程实例，文章主要对混凝土拱坝的裂隙成因和控制进行分析及处理方案的探讨。

1 工程概况

大勐统水电站位于永德县与昌宁县交界的大勐统河干流上，坝址控制流域面积1676.2km2，属中型Ⅲ等工程，大坝为3级建筑物。坝址基岩裸露，岩性为中三叠统关岭组三段(T2gc)中厚层状灰岩、泥质灰岩夹薄层白云岩，岩层陡倾上游。大坝为双曲拱坝，坝顶高程875.0m，最大坝高57.70m，坝顶外缘弧长183.59m，采用C15细骨料混凝土砌毛块石不分缝砌筑。2013年1月21日，经检查发现大坝右岸自坝基844.5m高程至施工作业面862.5m高程上、下游面均出现垂直裂缝，估计上、下游坝体已形成通缝。经过对大坝裂隙成因进行分析和计算制定方案成功处理裂缝使大坝如期竣工并安全运行至今。

2 裂缝成因

混凝土拱坝产生裂缝的原因有很多，而且种类和形式也很多。要解决此类问题，需要对其原因进行分析，有针对性的入手进行解决。

2.1 裂缝成因分析

2.1.1 设计原因

混凝土拱坝产生裂缝的原因有设计原因，主要是因为在设计过程中结构断面突变产生应力，而产生的应力过于集中使构件产生裂缝；另外，设计时没有准确的做好构件预应力估计，导致构件出现裂缝，主要原因还是应力和偏心力过大；此外，设计时钢筋配置量少，或者配置的钢筋太粗造成的构件裂缝，比如楼板、墙板等；除此之外，设计时没有考虑到混凝土构件会产生收缩变形的情况，或者采用混凝土等级太高，用灰量过大，不利于混凝土收缩，产生裂缝[1]。

2.1.2 材料

在材料方面,①由于集料的含泥量过多,使得混凝土收缩过大。或者是集料颗粒配比不良以及不恰当级配造成混凝土收缩过大，导致裂缝产生；②骨料粒径太小，针片含量太大，混凝土用水量、用灰量多，增大了混凝土收缩量；③混凝土掺和料、外加剂选择出错，或者是掺入量不符合标准，造成混凝土收缩增大；④普通硅酸盐水泥没有矿渣硅酸盐水泥的收缩量大，而且矾土水泥和粉煤灰水泥相比搜索纸比较小，快硬性水泥的数量又比较大，可能是由于水泥品种的原因引起的裂缝；⑤由于水泥等级太高，粒径太细，造成混凝土裂缝。或者设计是混凝土的强度等级过高，混凝土的脆性又太大，造成混凝土结构开裂。

2.1.3 混凝土配合比设计

在混凝土的配合比设计方面，①主要是水泥品种或等级选择不当；②在进行混凝土配比时，水胶比过大；③单方水泥用量过多，用水量过大，使得混凝土坍落度大，泥浆体积大，混凝土收缩量增大；④在进行混凝土配比时，水灰比、含砂率选择不当，使得混凝土的和易性较差，造成混凝土发生泌水、离析现象，增大了混凝土收缩值；⑤在进行混凝土膨胀剂配比时，掺入量选择出错[2]。

2.1.4 施工及现场养护原因

在混凝土施工和养护方面，①在进行混凝土浇筑和振捣时，出现过度振捣、漏振、振捣操作不当的现象，对混凝土的均匀性和密实性产生影响，使得混凝土结构出现裂缝；②混凝土浇筑距离过高，风速太大，环境温度太高，使得混凝土的收缩量增大；③这类型工程属于大体积混凝土浇筑工程，可能没有进行第二次抹面，表面收缩产生裂缝；④在浇注过程中，用水量计算出错，混凝土保温作业不规范，使得混凝土结构内外产生温差，引发混凝土裂缝；⑤养护作业不规范，混凝土发生脱水现象，出现裂缝；⑥模板拆除操作不规范，出现拆模过早的情况，引发裂缝；⑦现场预应力张拉出现偏心、超张等情况，引发混凝土结构裂缝。

2.1.5 使用原因(外界因素)

在使用方面，①因为混凝土结构的基础不均匀，出现沉降裂缝；②负荷过大，出现裂缝；③随意拆除凿洞、承重墙等，造成混凝土裂缝；④混凝土构筑物受到腐蚀，造成裂缝；⑤轻度地震、意外火灾、意外事件等造成裂缝。

2.2 该工程裂缝成因

据调查，坝址2012年1月中旬有一个明显降温过程，特别是本月17日下冰雹、18日下雪，造成坝址区温度骤降约10℃以上。由于水库还未蓄水，经计算，当空库时气温骤降，温度应力较大，局部拉应力超标，因此大坝出现裂缝主要原因是气温骤降造成的。温度裂缝的产生一般不致影响大坝稳定，但有可能产生渗漏。为了防止混凝土拱坝重新分配之后的局部应力过于集中，造成新裂缝，需要对裂缝进行及时修补。修补的时间最好是在冬季。大坝修补后宜尽快蓄水，避免水库长期空库运行。

3 裂缝修补措施

3.1 裂缝修补

借鉴福建省连城县龙潭水库及江西省瑞金市珠坑混凝土拱坝成功的修补经验，主要采用内部补强灌浆施工技术，防止裂缝扩张，提高拱坝承载能力。以下是具体方法：

1)在大坝上游侧、大坝作业面、下游侧骑缝布设灌浆孔，孔距2.0m；

2)大坝上、下游侧钻孔深度1.5m，采用风钻钻孔，钻孔孔径均为φ42mm；

3)在坝面适当位置采用回转式钻机造孔2个，孔径φ91mm，孔深以不穿过坝体为宜；

4)灌浆材料：采用42.5R水泥，掺5%的氧化镁微膨涨剂；

5)浆液浓度：按先稀后浓的浆液比例进行灌浆，开灌比例8 ：1，视灌浆情况逐级加浓；

6)灌浆压力：采用0.3MPa灌浆压力进行灌浆；

7)灌浆顺序：先上游缝后下游缝，最后是坝面缝，自下而上逐孔施灌。

3.2 温度控制

大体积混凝土施工，最主要的是控制其里面的温度，如果里面的温度散不出来，造成温度过高，就影响了混凝土强度：控制方法通常如下：

1)分层分次浇筑，等下层混凝土终凝后，再浇筑上层混凝土；

2)在大体积混凝土里面安装降温水管，通过水管流水对混凝土里面进行降温；

3)浇筑好的混凝土用水浸泡养护；

4)在大体积混凝土上预留测温孔，以观测里面的温度，便于随时调整养护情况。

4 水电站混凝土拱坝裂缝的控制途径

4.1 设计方面

设计中的‘抗’与‘放’。在设计方面，①应做好“抗”和“放”的工作，在进行混凝土结构设计时，必须处理好这两者之间的关系，处理好混凝土结构的约束状态，使之没有变形余地，防止产生裂缝。此外，也应适当的放松混凝土结构的约束，使其能适当变形。相关设计人员应做到这两者的综合运用，从而进行方案选择和材料选择；②必须保证混凝土结构的断面在突变的情况下不会带来应力过于集中的问题。比如混凝土构造等原因引起的断面突变，所以必须做好相应的措施；③采取补偿收缩混凝土技术。大多数的混凝土结构产生裂缝都是因为混凝土收缩的原因，因此可以在混凝土中掺入适量的膨胀剂，对混凝土收缩进行补偿；④对钢筋的配置应根据设计要求进行；⑤可将混凝土强度值设计为60d龄期的混凝土强度，并减少相应的用灰量，采用其他有效的掺合料。

4.2 混凝土配比以及材料选择设计

在混凝土材料选择以及配合比设计方面，①进行混凝土等级、材料选择、水泥品种选择时，必须根据结构的实际要求，大多采用早强的水泥；②原材料选择时，尽量选择级配较高的砂、石，含泥量不宜过多；③适当采用外加剂和掺合料。外加剂可使水泥用量、水化热降低，提高混凝土性能，同时还能降低混凝土成本；④选择膨胀剂时，必须考虑到其掺入量以及品种不同时带来的影响，并提前做好试验，确定参入量；⑤原材料配比设计人员必须了解施工现场的操作水平、浇捣工艺以及构件截面等，对混凝土坍落度进行合理设计，合理调整原材料的配合比，并指导养护工作。

4.3 现场操作方面

在现场操作方面，①在进行混凝土浇捣工作时，振捣作业尽量快插慢拔，并了解混凝土坍落度，掌握好振捣作业时间，并且尽量进行二次振捣、二次抹面，避免浇筑之后的混凝土产生离析、泌水现象；②针对混凝土的养护作业，在早期养护作业中，应尽量避免混凝土收缩。可通过流水或蓄水进行养护，控制混凝土构件的湿润度，并控制好养护时间；③做好混凝土保温和降温工作，要注意的是水化热问题，应采取适当的降温措施，比如通水排热、埋设散热孔。在混凝土浇捣成型之后，可采用蓄水保温方法，在混凝土表面覆盖湿麻袋、薄膜，对混凝土进行养护，防止混凝土结构产生温度裂缝；④下雨刮风时不能进行混凝土浇灌；⑤回填土应尽量减少，以减少对裂缝的影响；⑥在夏季进行混凝土浇捣时，应进行低温养护，并降低模板温度，若有必要可食用冰块，降低原材料温度[3]。

5 结 语

对混凝土裂缝进行控制是一项综合技术，必须通过设计、施工、监理以及使用等方面的配合。文章主要分析水电站混凝土拱坝裂缝的成因，并在此基础上借鉴其他裂缝修补工程的成功经验，对裂缝的修补措施进行分析探讨，最后提出了水电站混凝土拱坝裂缝的几点控制措施。

[1]刘伟才，蔡现阳.大花水水电站大坝裂缝处理工艺与质量控制[J].水电站设计，2010(02):81-84,87.

[2]熊图耀.万家口子水电站碾压混凝土拱坝回填混凝土裂缝成因分析及处理[J].红水河，2011(05)：29-32，53.

[3]梁艺，舒仲英.基于ANSYS有限元法的鲜店拱坝坝肩裂缝处理方案研究[J].水资源与水工程学报，2016(06)：141-145，152.

1007-7596(2017)08-0133-03

2017-07-22

罗兴华(1979-)，男,福建长汀人，工程师，从事水利水电勘察设计工作。

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