论小湾水电站施工中混凝土裂缝预防与控制

张邓刚

(深圳市龙华区政府投资工程项目前期工作办公室，广东 深圳 518000)

随着我国对清洁能源的越来越重视，西南地区的水资源不断开发利用，大型水利水电工程开始大规模的建设。水利水电混凝土工程具有大跨度、大体积、高流量、大流量和工程质量要求高等工作特点。然而，混凝土裂缝问题[1]是混凝土大坝在建设施工过程中难以解决的问题之一。混凝土裂缝的预防和控制技术在混凝土大坝施工组织设计与实施中占有重要地位。本文结合云南小湾水电站工程，探讨了混凝土施工中裂缝成因和防治措施，为以后相关水利工程建设提供参考。

1 工程概况

小湾水电站[2]位于澜沧江中下游河段，设计等级为一级建筑物。小湾水电站拱坝类型为抛物线双曲拱坝并且厚度随着高度变化而变化，坝顶距地面1245.00m，拱坝混凝土体积870万m3，最大坝块厚度90m，浇筑仓面为2200m3。拱坝混凝土工程具有施工工程量大、坝体厚度大、浇筑仓面大等特征。通过对施工中小湾水电站大坝监测数据调查，发现部分坝段出现了形状不一的裂缝。

2 水工混凝土裂缝的成因

水电站坝体具有大截面和大体积的特点。大坝受结构的材料特性，拉压应力，环境因素和施工方法等因素的影响，混凝土大坝在施工中会产生裂缝。混凝土结构中的裂缝可分为微观裂缝和宏观裂缝[3]，混凝土结构的开裂过程就是微观裂缝扩展形成宏观裂缝。水工混凝土结构在施工中产生的混凝土裂缝的原因主要由以下几种[1，4- 5]。

2.1 收缩裂缝

在混凝土硬化过程中受到外界环境的影响，结构表面水分挥发速度相对结构里面水分挥发速度较快，导致混凝土表面和内部的变形水平不一致。结构内部变形与结构表面变形不一致，导致结构表面产生较大的拉力，导致裂缝产生。一般在混凝土结构养护周期结束后两周产生收缩裂缝。

2.2 塑性收缩裂缝

混凝土的硬化周期相对较长，并且在硬化过程中强度较低。当施工环境比较干热或者有大风的气候，结构表面水分蒸发较快，结构表面变形过快导致裂缝产生。塑性收缩裂缝主要特征为分布不均匀且不连续，两端的裂纹大多呈拉长状态。

2.3 沉陷裂缝

在水利工程中，结构下方地基土层分布不均匀，在施工中由于各种因素会引起不均匀沉降，这种不均匀沉降会使没有完全硬化的混凝土结构出现裂缝。除此之外，不合理的模板工程设计也会造成沉陷裂缝。沉陷裂缝一般表现为贯穿性裂缝，其宽度主要不均匀且受沉降差的影响。

2.4 温度裂缝

水工混凝土结构施工过程中，主要有高流量，大体积，大排量的工作特性。混凝土硬化过程中，水合效应会产生水化热，对于坝体这种大体积结构，会聚集大量的水化热。由于施工过程较快，水化热不能快速消散，而结构表面温度相对较低，结构内部和外部温度梯度较大，结构受热膨胀容易形成裂缝。此外由于分层浇筑，上下接触面温差较大，结构表面也会产生裂缝。

3 小湾拱坝混凝土裂缝的成因

通过对现场监测资料调研，小湾拱坝施工中混凝土裂缝主要以温度裂缝为主。混凝土浇筑后经过一期冷却，结构内部水化热没有及时得到消散，混凝土内部温度大幅上升，回升温度可达到10℃，从而导致二期冷却中温度降低幅度过大；大坝浇筑块体厚，而浇筑高度低，温度梯度不合理；浇筑过程中要求分批浇筑，形成不同的封拱温度，在浇筑界面上产生较大的温度差。施工工程中，混凝土没有完全硬化，强度较低，以上因素使得结构表面拉应力大于混凝土强度，导致混凝土裂缝产生。

4 裂缝控制的处理措施

施工过程中裂缝的出现会引起大坝结构的整体性和刚度降低，因此必须根据裂缝的成因以及工程具体情况及时对裂缝进行预防和控制[1- 2，4- 8]。裂缝预防和控制的主要措施主要有：表面修复方法、正确的施工管理、注浆封堵法、优化设计。通过对小湾拱坝混凝土裂缝成因分析，工程中采取以下技术控制和预防裂缝。

4.1 混凝土的优化设计

对混凝土配合比进行优化设计达到减少内部水化热残余的目的。在混凝土配合比设计中选用适当的减水剂并掺入粉煤灰；通过对施工前对原材料的试拌，在保证混凝土和易性和流动性情况下，适当减少水泥用量，并将水胶比控制在规范允许的范围内。原材料中粗骨料为二级配，骨料最大粒径控制在150mm以内，砂料细度模数大于2.4，含泥量小于1%。

4.2 混凝土内部的温度控制。

在混凝土结构里面埋设电耦式温度计，监测混凝土浇筑以及养护过程中的温度变化。并采用两层农用薄膜覆盖在上方铺设两层草袋的做法对混凝土表面进行保温，通过这种蓄热保温的方法使混凝土内外温差控制在18℃以内。对于大坝接缝处，将坝体温度控制在13～17℃，并保证灌浆温度坝体温度低1～3℃。

4.3 混凝土通水冷却

对有一期冷却、二期冷却要求的部位以及施工缝两侧坝体埋设冷却水管，冷却水管采用内径28mm的高密聚乙烯HDPE塑料管材。混凝土内部冷却水管中水流的流动带走水化热，从而降低温升范围和内外温差。冷却期间，结构内部温度与冷却水之间的温差不超过25℃，并控制坝体降温速度每天不超过1℃。根据实测数据，合理控制一期冷却和二期冷却间期以及合理的水流持续时间，从而获得良好的温度控制效果。

4.4 混凝土的表面养护和保护

在混凝土养护期间采用连续湿养护法从而保证结构表面湿润；对于分段浇筑的部位，养护到新混凝土浇筑。对于采用部分硅粉混凝土浇筑的结构，在结构表面覆盖的湿透草袋，保证混凝土表面处于湿养护状态21d以上；如遇干燥气候条件，延长至28d。对坝体上下游面及孔洞部位整年贴补厚度为30～50mm的聚苯乙烯泡沫塑料板。

4.5 严格的施工管理

对混凝土施工工序和施工进度优化，防止荷载过大造成混凝土产生过大的沉降。在施工中做到：尽量缩短固结灌浆时间；对于无法避开4～9月高温季节施工的情况，采取强化温控措施，严格执行各环节的温控措施。对承重模板拆除时，严格进行安全技术交底，经过技术人员的计算确保安全后方可进行拆模。在施工过程中，加强对混凝土振捣并采用二次振捣的方法消除混凝土内部孔隙，并采用二次抹压收光的方法减少混凝土表面裂缝。

5 结语

水利工程中混凝土裂缝的预防和控制是混凝土工程施工质量控制的关键，建设过程中应对不同成因的裂缝及时采取正确的措施，以提高混凝土工程的质量。大型混凝土结构施工中，温度应力是造成混凝土开裂的主要原因，选择适时合理的温度控制方案可以产生良好的防裂效果。大量工程经验表明，通过对混凝土结构表面采用保温措施和结构内部采用冷水管冷却的方式相结合的方法是防止这种裂缝产生的高效措施。水工结构混凝土裂缝的预防和控制主要在“设计-施工-管理”的过程中从结构设计、混凝土原材料的选取、新技术的使用、施工工艺与管理等方面进行综合考虑，并通过工程实践的积累和工程档案的研究，不断开发和创新水工混凝土裂缝的防治技术。

[1] 马永法. 水工混凝土结构裂缝成因分析及其危害性评价[D]. 扬州大学, 2013.

[2] 易魁, 陈豪, 赵志勇, 等. 小湾水电站工程安全分析与决策支持系统研究与构建[J]. 水力发电, 2017(03): 123- 127.

[3] 李雪红. 重大水工混凝土结构裂缝演变规律及转异诊断方法研究[D]. 河海大学, 2003.

[4] 陈阁琳. 混凝土结构裂缝的产生及控制措施[J]. 建筑, 2016(19): 72- 74.

[5] 苏慧敏. 水利工程中混凝土结构裂缝治理技术研究[J]. 中国水能及电气化, 2015(09): 16- 19.

[6] 仝鑫. 基于超长现浇混凝土结构的裂缝与控制[J]. 中国新技术新产品, 2016(17): 116- 117.

[7] 潘永灿. 建筑工程中混凝土结构裂缝的预防与控制[J]. 住宅与房地产, 2017(03): 187.

[8] 陈美奇. 水利工程中混凝土结构裂缝处理方法及预防措施[J]. 河南水利与南水北调, 2016(01): 69- 71.