堆石坝面板裂缝成因及防控措施

（贵州省水利投资（集团）有限责任公司）

堆石坝面板裂缝成因及防控措施

□丰启顺

（贵州省水利投资（集团）有限责任公司）

混凝土面板堆石坝坝型对地质、地形适应性强，设计结构简单、填筑速度快，工程造价低，近年来在贵州省水利水电工程中应用越来越广泛，此种坝型在同期新开工的水利项目中比例高达68%左右。但面板堆石坝施工中，混凝土面板裂缝一直都是难以解决的施工技术难题，或多或少均存在不同程度的面板裂缝。文章侧重从混凝土面板裂缝产生原因进行分析，根据裂缝产生原因提出相应的预防和控制措施，以尽量避免裂缝的产生。

面板堆石坝；面板裂缝；成因分析；防控措施

1 混凝土面板裂缝产生的原因及分类

1.1 外因产生的结构性裂缝

由于混凝土面板为混凝土薄壁结构，在外力作用下会出现变形或产生裂缝，常被称为结构型裂缝。其主要形成原因是由于堆石坝面板支撑体在自重和施工期反向水压力等外力作用下出现不均匀的沉降与位移，导致面板和垫层之间脱空，改变了面板受力条件而发生裂缝。

通过大量的工程实践经验，总结得出结构性裂缝具有一些特点，主要是分布在周边缝附近平行于趾板的弯曲性裂缝，主要原因是该部位处于岸坡接触带，由岸坡较结实的原基岩逐步过渡到新填筑会变形的堆石体，产生不同的垫层料变形影响而产生。另外一部分裂缝出现在河床段坝体顶部呈水平状的裂缝，主要是因为坝体基础和堆石区材料填筑碾压及自然沉降缓慢变化，碾压质量不均衡产生不均匀沉降，受降雨影响或岸坡地下水渗透影响程度不同等产生的裂缝。

1.2 内因产生的非结构性裂缝

混凝土面板收缩变形引起的开裂，面板混凝土由于自身和环境的变化等因素要产生收缩变形，当面板收缩变形受到内、外约束的限制时，在面板内产生拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时就会产生裂缝。这种裂缝的产生不仅与收缩变形大小有关，而且与约束的强弱有关，主要有高龄期水化热温降阶段混凝土收缩而引起的干缩裂缝；面板混凝土由于厚度较小，暴露面大，对环境温度变化比较敏感。混凝土本身释放出大量的水化热，引起混凝土膨胀，混凝土内部与外界温差过大而引起的温差裂缝，如：季节温差、昼夜温差；混凝土浇筑完毕水分过早蒸发而导致的收缩裂缝，这类裂缝多呈水平分布，且裂缝间距大小不一。

2 混凝土面板裂缝预防和控制措施

2.1 堆石体填筑质量控制

堆石体填筑碾压施工中，应认真分析大坝填筑施工特点，有针对性地对容易出现混凝土面板裂缝的施工部位进行严格的质量控制，控制填筑层厚、碾压遍数、洒水量和碾压密实度。填筑时应尽量采取全断面的平起填筑上升方式，从而避免先后施工出现填筑料不均匀沉降的效果。大坝填筑碾压前，需要进行碾压试验，严格控制施工参数与压实指标。针对施工的重点区域，需要埋设大坝观测仪器进行定期观测沉降。大坝填筑到坝顶后，需要经过一定时间的自然沉降后再进行面板浇筑，沉降时间一般不得少于3个月，同时还需分析大坝沉降观测数据达到收敛条件。

2.2 垫层料质量控制

垫层是直接和面板混凝土接触并支撑面板填筑区，垫层区的沉降、脱空及挤压边墙强度高低，直接影响和约束到面板。面板混凝土收缩变形受到约束形成拉应力，拉应力过大就会形成裂缝。因此需在面板混凝土下部的垫层进行低强度、低弹模的面层防护措施，如：碾压砂浆护坡、喷乳化沥青、挤压边墙等来减少基础约束和应力；减少或在浇筑混凝土时割除掉面板架立钢筋；避免出现局部的凸凹不平或护坡表面粗糙造成面板柔性降低而降低其抗拉能力。

2.3 科学合理选配原材料

2.3.1 外加剂的选择

一般情况下，需要在面板混凝土中掺入引气剂与减水剂，从而提升混凝土的和易性和抗裂性。这种条件下，不同品牌的外加剂在面板混凝土的抗裂性能有较大差别。在混凝土施工之前，要结合设计、施工的特点，选取合理的外加剂类型，进行配合比试验，从中选取合适的外加剂。

2.3.2 水泥的选择

面板混凝土应选取水化热较低、干缩性能较小，且不掺入或少量掺入矿渣的普通硅酸盐水泥。分局掺入活性材料的多少，还可以选取硅酸盐水泥。通过高标号选用的水泥少于低标号，对混凝土的干缩性有较好的效果。

2.3.3 掺加优质粉煤灰

优质分粉煤灰中含有较多微珠颗粒，这种材料掺入到混凝土中，能够降低水泥的需水量，提高混凝土面板的抗渗性能，减少干缩效果。通过研究的不断深入，以及粉煤灰收集工艺的提升，目前混凝土面板堆石坝工程需要掺入15%～30%的优质粉煤灰以替代部分水泥的例子，混凝土面板浇筑后均取得较好防裂效果。

2.3.4 骨料的选择

为减少面板混凝土因温度和干缩产生的拉应力，提高其抗裂性，应尽量采用热膨胀系数小的母岩生产的人工骨料或天然骨料，使因温度变化而引起的拉应力和拉应变尽量的小。关于砂的粗细程度，规范规定细度模数在2.50～2.80的砂为宜，若选材困难或成本较高，导致砂的细度模数无法满足这一条件时，应通过试验论证可行后才能使用。

2.4 混凝土生产和运输质量控制

生产混凝土必须要有先进的混凝土拌合设备，配置精确的称量仪器设备，保证混凝土拌合时水泥、粉煤灰、外加剂等掺量的准确度，才能保证混凝土和易性、坍落度等指标满足浇筑工艺的需要。运输距离不得太远，运输道路要平坦，以最少的运转次数、最短的时间从搅拌地点运至浇筑地点，保证运输时间不应超过混凝土的初凝时间。

2.5 混凝土滑膜提升速度

在混凝土浇筑过程中，严格控制滑模提升速度，其速度与混凝土的和易性、坍落度、水泥凝结时间、气温等有非常密切的关系。滑模提升速度因综合考虑这些因素，选择一个最佳的提升速率；提升时应平稳、均衡上升，提升速度与浇筑强度、脱模时间相适应，不能过快或过慢，一般控制在1.50～2.50 m/h。太快可能出现流淌和鼓包，太慢可能引起混凝土表面拉裂，也会造成模体与混凝土的损伤。

2.6 面板浇筑的温控及养护措施

天气和气温对面板混凝土浇筑影响很大，气温较高时浇筑混凝土温度较高，混凝土初凝和终凝时间短，硬化快强度上升快，施工速度也快，但混凝土表面的水分会迅速蒸发，表面覆盖和洒水养护不及时易出现裂缝。为了有效降低裂缝产生，混凝土浇筑终凝后，应及时采取有效的温控和保湿等养护措施控制施工温度，最佳温度在22℃左右，湿度应控制在70%以上。通过有效的养护，能够增加混凝土强度，降低干缩混凝土效果，防止出现裂缝。当养护湿度在70%时，湿度为90%的混凝土干缩性小。

2.7 采取措施控制坝体内水压力

混凝土面板浇筑完成自然形成防水帷幕后，一般都要经历雨季和汛期，一旦坝体两岸坡及下游地下水高于上游面水位对面板产生向上游的推力，水压力达到一定程度，产生的推力会使趾板周边缝、面板缝击穿，甚至将抬升、折断、错位、脱空等。所以设计上一定要设置反压排水管，保证蓄水前排水通畅，严格控制上、下游水位差达到平衡。

3 天门河水库混凝土面板坝的裂缝和变形处理实例

2007年1月该工程恢复施工前，对已浇筑成的9块混凝土面板裂缝及脱空检查发现面板裂缝共计73条，缝长0.50～15 m不等，其中＞0.20 mm的21条（高程▽963.50 m以上8条），＜0.20 mm的52条。其中高程▽963.50 m以下约1 m范围内有平行于坝轴线的横向裂缝，缝宽0.50～7 mm、缝长0.50～15 m，且为贯穿性裂缝。面板裂缝分布见图1。

图1 天门河水库大坝面板裂缝平面图

3.1 面板裂缝和变形的处理

3.1.1 ＜0.20 mm的裂缝处理

裂缝表面清理后，用角向磨光机对裂缝两侧各10 cm范围进行打磨，除去表面的浮尘和杂质后，刮涂2道PUA涂料进行处理。

3.1.2 ＞0.20 mm的裂缝处理

裂缝表面清理后，用角向磨光机对裂缝两侧各10 cm范围进行打磨，除去表面的浮尘和杂质后，用HK—61低粘度环氧粘帖灌浆合，灌浆合间距为20～50 cm。再用环氧涂料刷涂整条缝面两遍，以封闭裂缝表面。待封缝材料达到一定强度后，自下而上灌注HK—G环氧灌浆液，灌浆压力控制在0.30～0.50 MPa，直到不再有浆液灌入，屏浆5 min后停止灌浆。

3.2 处理效果

面板和趾板混凝土裂缝处理完成后，遭遇了30 a一遇的洪峰。在洪水过后，对大坝进行全面检查，混凝土面板和趾板都完好无损。坝内埋设的观测仪器显示，大坝一切正常，观测数据都在正常范围。

4 总结

混凝土面板浇筑质量受较多因素和环节的影响易产生裂缝，目前也无相应的施工技术措施或手段来彻底解决此问题。为尽量避免和减少混凝土面板裂缝产生，减少裂缝处理带来的麻烦及对工程质量影响，还需从面板混凝土自身的薄壁结构受力特性、混凝土使用的原材料、施工工艺、混凝土温度控制、大坝沉降特点等各方面进行广泛的探索和研究；同时要不断总结混凝土面板裂缝产生和处理的经验教训，寻找到最佳的解决办法。

［1］何朝阳，吕胜勇.混凝土面板堆石坝面板裂缝成因及处理对策［J］.黑龙江科技信息，2009（1）.

［2］翁国华.混凝土面板堆石坝面板裂缝成因与防治措施［J］.水利科技与经济，2009（2）.

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1673-8853（2017）04-0047-02

2017-2-8

编辑：刘青

丰启顺（1976.8-），男，高级工程师，主要从事水利工程项目建设管理、质量安全监督、质量检测等。