玛热勒苏水库面板裂缝统计及成因分析

陈晓佳

(塔城地区水利水电勘察设计院，新疆 塔城 834700)

修大坝，建水库，不但可以起到防洪、抗旱的作用，还可以用于灌溉、发电等，是人类利用和改造自然的重要措施。在我国，水库是重要的基础设施，也是防洪工程重要的组成部分[1]，在国民经济中发挥重要作用。它的安全问题不容忽视，一旦溃坝，不仅影响水电站的效益，还会对大坝下游人们生命财产带来严重危害，主要表现有裂缝和渗漏两个方面[2-5]。本文主要讨论玛热勒苏水库面板裂缝问题，分析裂缝产生的原因并针对性的提出治理措施。

1 工程介绍

玛热勒苏(MRLS)水库位于额敏河支流—马拉苏河出山口处，由大坝、放水隧洞、导流冲砂隧洞、溢洪洞四部分组成，总库容为3.23×107m3，主要工程任务是以工业、城镇生活供水和灌溉为主，兼顾防洪、发电等综合利用，是一座属Ⅲ等中型水库。

MRLS水库坝型为面板砂砾石坝，坝顶设计高程808.90 m，坝顶宽8.0 m，坝顶全长250 m。混凝土面板是大坝防渗体结构，设置在垫层的上游面，面板与垫层之间设置挤压边墙(挤压边墙梯形、顶宽10 cm、高40 cm，上游边坡1∶1.595，下游边坡8∶1)，并在挤压边墙表面喷涂乳化沥青，挤压边墙主要作用是平整上游坝坡便于砼面板浇筑，在垫层碾压时起到模板作用，同时在坝体临时断面度汛时能起到较好的挡水度汛作用。

2 材料与方法

2.1 砼面板厚度与设计指标

设计结合面板的施工要求、结构要求、耐久性要求考虑，砼面板厚度沿不同高程采用渐变厚度结构。根据《混凝土面板堆石坝设计规范》(SL 228-2013)面板厚度的计算公式为：

t=0.30+(0.002～0.0035)H

式中：t为面板厚度，m；H为计算断面至面板顶部的垂直距离，m。H采用正常蓄水位至计算断面的垂直距离，初步选定以高差30 m为一个计算单元，计算结果见表1。经计算并结合已建工程施工经验，面板采用40 cm～60 cm渐变厚度。

2.2 面板的配筋及指标

面板的配筋设计为单层双向钢筋，每向配筋率为0.4%，钢筋布置在面板厚度的中央。砼面板的设计强度指标为C30、抗渗标号为W10，抗冻等级根据坝址区所处的气候条件及水库运行水位变化采用F300。

2.3 面板分块与分缝

砼面板的分缝有水平缝、垂直缝和周边缝。它们有不同的修复方法，同时还要考虑当地的地质、气候等因素。

由于该项目属于严寒地区，设计中对砼面板表层进行防护处理，根据目前水利工程中砼防护措施和材料的发展，本工程采用高分子防水防护涂料对砼面板进行防护处理。

3 结果与分析

3.1 大坝裂缝统计

本工程大坝混凝土面板共分为32块，其中6 m宽面板左右岸各10块、中部12 m宽面板10块、与趾板结合部特殊块有2块，面板顶部厚度为0.4 m，渐变至面板底部，底部最大厚度为0.6 m。面板采用与趾板同标号C30F300W10混凝土浇筑，混凝土配合比采用二级配。面板顶部高程为806.7 m，河床段面板底部高程为732.55 m，最大高差为74.15 m，最大斜长为139.9 m。面板混凝土于2017年6月27日开始浇筑，至2017年9月20日完成所有面板砼浇筑，在所有面板砼浇筑完成后对大坝面板裂缝进行全面检查(裂缝分布、条数、长度、宽度、深度及是否贯穿等)。经对面板裂缝全面检查共发现混凝土裂缝96条(缝宽小于0.2 mm的43条，缝宽大于0.2 mm的53条)，其中缝宽大于0.2 mm的裂缝总长度460.3 m，缝宽0.2 mm～0.46 mm，均为非贯穿性裂缝，主要分布于面板中间部位。

2017年9月对面板裂缝进行检查完成后，施工方计划对面板裂缝及时进行处理，但是经过参建各方沟通后认为在2017年处理面板裂缝由于其发育还不稳定，建议经过一个冬休期冻融后再进行处理，于是在2017年没有对面板裂缝进行处理，面板处于自然停摆状态。

2018年7月20日，本工程进行了复工。由于面板长时间的停放，在复工前，对面板重新进行了一次全面的裂缝调查，经调查发现，与2017年9月调查结果相比，其裂缝条数、长度等均有较大变化，裂缝条数由2017年96条增加为296条，裂缝总长度由2017年794.8 m增加到目前2593.5 m，其中缝宽大于等于0.2 mm的裂缝总长度2169.5 m，缝宽小于0.2 mm的424 m，经观察裂缝均为非贯穿性裂缝，主要分布于面板中间部位。经分析，面板裂缝产生较大变化主要原因在2017年9月调查时其裂缝未完全发育稳定，砼变形还处于不稳定状态，现经过近11个月时间的摆放，砼裂缝开展已基本完成，造成裂缝变化较大。

几座已建成水库面板裂缝调查见表2。按照每平方千米裂缝长度统计情况看：最大的为下天吉二期181.33 m，最小的为温泉水库9.39 m，MRLS水库为96.06 m处于中等水平；按照每平方千米裂缝条数统计情况看：最大的为卡浪古尔29.5条，最小的为积石峡2.03条，MRLS水库为10.96条处于中等水平。按照每千平米裂缝长度统计情况看：最大的为下天吉二期181.33 m，最小的为温泉水库9.39 m，MRLS水库为96.06 m处于中等水平；按照每平方千米裂缝条数统计情况看：最大的为卡浪古尔29.5条，最小的为积石峡2.03条，MRLS水库为10.96条处于中等水平。

表2 几座混凝土面板裂缝统计

3.2 大坝裂缝成因分析

对本工程砼面板产生裂缝进行分析，在面板浇筑过程中施工方在原材料的选定、配合比设计、混凝土拌和、运输、浇筑、养护等各个阶段进行了有效地控制，但仍然出现面板裂缝。针对面板裂缝，从施工记录、气象资料和同类工程资料综合分析，本工程面板产生裂缝主要原因为天气气温过高以及混凝土水化热。

(1)气温温度过高。由于新疆特殊的施工环境(11月～3月为冬休期，6月～8月为高温天气)，面板混凝土浇筑周期为3个月左右，故本工程面板浇筑无法避开高温天气。根据施工记录显示，在6月～8月施工现场最高温度为42℃(高于35℃有45天)，同时工程建设当地气候干燥(极易将未终凝混凝土中的水分蒸发)、昼夜温差较大都容易使面板产生裂缝。从裂缝调查结果来看，左右岸6 m宽面板裂缝明显比中部12 m宽面板要少，而中部面板浇筑为7月～8月最高温阶段，左右岸则在9月初进行浇筑，气温已下降至约25℃。

(2)水化热。通过现场对面板内埋设温度传感器进行混凝土内部温度观测情况看，混凝土内部温度一般在24 h～27 h之间达到最高值(高达45℃)，而环境温度一般在15℃～42℃之间，混凝土内部与周围环境存在较大温差。由于水泥水化热引起的混凝土内外温度差过大，产生温度应力，一旦温度应力大于混凝土的抗拉强度，就会产生裂缝。

4 处理措施

经过面板浇筑完成后一个冬季冻融循环，目前面板裂缝的开展已基本处于稳定，需及时开展对面板裂缝进行处理，对于面板裂缝的处理，在咨询了一些新疆类似工程的处理方法以及结合《水工建筑物化学灌浆施工规范》(DL/T 5406-2010)的相关规定，根据裂缝的宽度和是否贯穿采取措施进行处理，处理基本原则有两个。裂缝处理示意图见图1。

图1 裂缝处理示意图

(1)缝宽小于等于0.2 mm：进行表面封闭处理，即面板表面涂刷1.2 mm厚的聚脲进行封闭。

(2)缝宽大于0.2 mm或是贯穿性裂缝：采用化灌水溶性聚氨酯进行处理。

5 结语

本文以玛热勒苏水库为依托，对该水库面板裂缝数量、长度等参数进行统计与分析，并根据分析结果探讨裂缝成因及处理措施。分析结果表明，面板产生的裂缝主要由天气温度过高和混凝土水化热两方面原因引起的。统计结果表明，玛热勒苏水库32块大坝混凝土面板中共发现96条裂缝，均为非贯穿性裂缝，主要分布于面板中间部位。在该库区已建成的水库中，玛热勒苏水库每平方千米裂缝长度处于中等水平。