混凝土面板堆石坝的面板裂缝防治技术要点

陈小亮

（甘肃省水利水电工程局有限责任公司，甘肃兰州730030）

在20世纪60年代我国就已经开始应用混凝土面板堆石坝，该建设方案具有抗震性好、稳定性强、节约材料、施工便捷、成本可控等优势，在我国水利工程领域应用十分广泛。随着水利工程事业不断发展，更多的混凝土面板堆石坝建设成功，但都会面临一个问题——裂缝，裂缝问题严重影响了坝体的质量和运行安全，并且至今没有解决面板裂缝的措施。面板裂缝宽度小于0.2 mm时，通过修复裂缝不会影响坝体正常运行，但从长远来看，依然会影响到坝体的耐久性、稳定性。所以，想要更好地解决面板裂缝问题，就必须提高面板整体的抗裂性，减少或避免面板裂缝出现概率。

1 工程概况

新疆吉音水利枢纽工程混凝土面板堆石坝工程，坝顶高程2 513 m，坝顶宽度10 m，坝长489 m，最大坝高124.5 m，混凝土面板采用了C25F200W12聚丙烯纤维混凝土。坝顶上游侧设置“L”形C25钢筋砼防浪墙，防浪墙顶高程2 514.2 m。整个工程的面板混凝土浇筑方量为21 909.5 m3，从下到上逐渐增加面板厚度，最薄处为30 cm，最厚处为60 cm。该工程的混凝土面板较薄、分布面积大，为了避免混凝土面板产生裂缝，主要在坝体填筑完成、沉降后再进行面板混凝土浇筑。面板混凝土施工采取一次性浇筑完成，主面板和起始三角块同时浇筑，采用2套滑膜同时跳仓浇筑，在面板表止水“V”槽中嵌入GB填料，安装GB盖板用扁铁螺栓固定。

2 混凝土面板堆石坝的面板裂缝类型与产生原因

造成混凝土面板裂缝的原因有很多，大体上可以分为非结构性裂缝（收缩裂缝）、结构性裂缝（变形、沉降裂缝）。

2.1 非结构性裂缝

2.1.1 温度裂缝 混凝土面板浇筑完成后会受到温度影响产生热胀冷缩，外部、内部应力不足以及变形约束，导致混凝土内部产生了拉应力，一旦拉应力超过了抗裂性就会产生裂缝。此类裂缝会受到温差、约束条件影响。在春秋季节施工，由于昼夜温差大，导致混凝土内外产生温度阶梯，内部各个部分温差不同造成收缩程度不同，从而产生裂缝。如果环境温度过低，会造成结构变形，受到两侧约束、面板和垫层摩擦阻力等影响产生裂缝[1]。

2.1.2 干缩裂缝 混凝土凝固时，混合料中的水分逐渐蒸发，降低了混凝土体积，出现失水干缩问题。在混凝土凝固期间，其内部结构逐渐收缩，受到面板和垫层、内部配筋等摩擦阻力影响，从而产生裂缝。

2.2 结构性裂缝

面板受到水压力影响，导致坝基部位产生微量位移以及不均匀沉降等问题，造成坝体面板背部架空，加上水体的巨大压力与荷载作用，从而造成结构性裂缝。

3 混凝土面板堆石坝的面板裂缝防治技术要点

3.1 非结构性裂缝防治措施

3.1.1 减少温度收缩应力 降低混凝土的水化热，本工程采用了“天山”热硅酸盐水泥，发热量较低，并加入25%的粉煤灰和缓凝剂。全面加强混凝土表面的保湿保温养护工作，浇筑完成后使用无纺布覆盖混凝土表层，之后用土工膜覆盖保温，在表面初凝后立刻洒水养护，养护时间为90 d以上。

3.1.2 减少化学收缩 化学收缩是由水泥水化作用产生的表面失水干燥，从而减少混凝土体积，主要受到水泥、矿物掺合料品种、水胶比影响。大量颗粒矿物和低水胶比矿物掺和增加了水泥自收缩系数，工程施工中采用了含3.5%～5.0%MgO的中热水泥，让混凝土本身带有微膨胀性，从而降低并补偿了混凝土自收缩[2]。

3.1.3 减少塑性收缩 由于混凝土表面水分蒸发大会增加裂缝发生概率，混凝土抗裂性无法达到收缩应力，从而产生表面裂缝。为了能够让混凝土表面水分快速蒸发，可以在4—6月份浇筑面板混凝土，施工完毕后覆盖无纺布保湿，初凝后采用土工膜保温，减少表面水分蒸发量，缓解塑性收缩问题。

3.1.4 减少碳化收缩 由于水泥中的氢氧化钙和空气中二氧化碳作用生成碳化钙，此过程会导致表面收缩。可以在施工中采用较低的水灰比，提升混凝土材料的致密性，减少混凝土的碳化程度。

3.1.5 控制干燥收缩 干燥收缩同样是因为混凝土表面水分蒸发过快造成的。在混凝土初凝后，要及时洒水保湿，避免混凝土表面过于干燥或与自收缩叠加，减少混凝土的收缩裂缝量，施工中可以加入一定量的聚丙烯纤维，从而减缓塑性收缩、干燥收缩。

3.2 结构性裂缝防治措施

3.2.1 不均匀沉降防控 如果面板堆石坝填筑质量不达标，会增加不均匀变形概率造成面板裂缝。要严格控制碾压参数，确保最终质量。本工程在施工中进行了多次碾压试验和生产性试验，垫层料铺料厚度为40 cm，使用20 t托碾碾压，碾压6遍；堆石料铺筑厚度为0.8 m，使用20 t托碾碾压，加入水之后碾压8遍（不加水碾压10遍）。砂砾铺设厚度为0.8 m，采用22 t自行碾碾压8遍。在完成碾压之后使用试坑灌砂的方法检测碾压质量，在验收合格之后进入下一道工序[3]。

坝体沉降会造成严重的脱空变形、结构裂缝情况，为了减少此类问题的发生，需要在面板混凝土浇筑完成之后进行坝体容易沉降部位的加固工作。在面板施工前，坝体应具备3个月以上的预沉降期。吉音面板堆石坝工程坝体填筑完成之后在坝顶部位设置了34个监测点，观测坝体的沉降情况，计算沉降速率，经过4个月的观察，面板顶部坝体沉降速率低于5 mm，可以开始面板混凝土施工工作。

3.2.2 结构变形裂缝防控

3.2.2.1 改善面板结构。根据整个面板的受力情况，合理对面板混凝土分缝处理，提前设置好垂直缝，左右岸把肩部位两侧设置张拉缝。本工程左岸设置了11条张拉缝、右岸设置了17条张拉缝，垂直缝间距控制在6 m左右。其余部位设置压性缝，间距为16 m。3.2.2.2优化工艺。本工程采用了综合防护措施确保工程质量。首先，对坝体填筑分区、填筑程序进行规划，选择细致、杂质含量小的天然沙砾料填筑，避免因为材料问题增加裂缝生成率。其次，大坝上游面采用C5混凝土挤压式边墙护坡，将挤压边墙面板垂直缝部位凿断，成为一个独立体，可以减少挤压边墙对面板的作用力。坡面喷射乳化沥青，采用“二砂二油”方法。提前割断架立筋，之后再浇筑面板混凝土，降低面板底部接触面约束力。再次，由于止水铜片中的焊点数量较多，焊接质量难以控制，在施工中采用了超长止水铜片整体连续滚压成型机，实现止水片的连续加工作业。橡胶盖板搭接接缝采用复合胎基布SK手刮聚脲涂层封闭[4]。最后，使用高性能混凝土，确保混凝土整体的性能，确保仓面混凝土的浇筑质量和强度。

4 结束语

综上所述，面板混凝土裂缝问题是堆石坝施工、养护、使用中需要重点关注的问题。因此，必须要全面分析裂缝产生原因，并针对性采取有效的防治措施，改善传统施工工艺，结合工程特点加强工艺优化工作，可有效减少或避免面板混凝土裂缝产生。