吉音水利枢纽大坝面板混凝土防裂措施和裂缝处理

张永伟

新疆维吾尔自治区水利厅建设管理与质量安全中心 新疆 乌鲁木齐 830000

引言

新疆吉音水利枢纽工程位于新疆于田县克里亚河出山口500m处，是一座具有灌溉，防洪和发电等综合利用任务的水利枢纽工程。工程等别为Ⅱ等，挡水建筑物为混凝土面板堆石坝，为2级建筑物，最大坝高124.5m，坝顶高程2513.00m，坝长489m，坝顶宽10m，上游坝坡1∶1.4，下游平均坡度1∶1.64，工程设防烈度8度。

新疆吉音水利枢纽工程所处高震区，自然环境条件恶劣，具有海拔高，昼夜温差大、气候干燥、严寒、大风的特点。面板采用C25F200W12聚丙烯纤维钢筋混凝土，从顶部0.3m厚渐变至底部0.6m厚，受压区面板宽12m（29块），受拉区面板宽6m（22块）块，最大长度139m，混凝土浇筑面积约5万m2，浇筑方量2万m3。

1 面板混凝土防裂措施

面板混凝土裂缝产生的原因主要来源于结构荷载、材料性能、温度应力、基础约束和施工工艺方面等因素。

新疆吉音水利枢纽工程主要通过合理设置面板区块、结构、提高混凝土性能、减小沉降变形、弱化基础约束、加强浇筑过程控制、科学养护等全过程进行控制，来提高面板混凝土的防裂能力，减少面板裂缝的产生和发展。

施工过程主要采取的措施包括确保大坝填筑压实质量达到设计指标，并填筑1%坝高的超高量，预留沉降期不小于6个月，待大坝完成施工期沉降变形和位移后再开始面板施工。在面板下层增加低强度挤压混凝土，保持厚度足够，表面平整，避免应力集中。在挤压混凝土表面喷涂乳化沥青隔离层，避免基础约束产生拉裂缝[1]。

优化配合比设计，选择质地坚硬、清洁、级配良好，吸水率、含泥量小的骨料，降低骨料对混凝土收缩及抗拉性能的影响；选择细度适宜、自干燥能力较低的中热水泥；一级粉煤灰；使用高效减水剂降低水胶比，防止自收缩产生裂缝。

添加纤维丝较长、韧性好、适应性强的聚乙烯醇纤维，提高混凝硬化初期和中期抗拉强度，减少早期裂缝。

根据原材料含水率变化，及时调整施工配合比；控制混凝土拌合物质量，采用滑模摊铺混凝土，减少不均匀收缩产生的裂缝。

面板混凝土施工安排在4～6月，平均气温在15.5℃左右，气温相对适宜。在最后一次表面压光后，立即覆盖线毯，并洒水湿润；面板混凝土养护90天，减少温度裂缝和干缩裂缝。

2 面板混凝土裂缝处理

面板混凝土浇筑一年后，裂缝增长速率变缓趋稳定。经统计需处理的裂缝按照宽度划分为三类：其中缝宽度≤0.2mm的裂缝为I类裂缝，总长度为909.5米；0.2mm ＜裂缝宽度≤0.5mm的裂缝为II类裂缝，总长度为280米；裂缝宽度＞0.5mm的裂缝为Ⅲ类裂缝，总长度为22.5m[2]。

2.1 主要修补材料

SK手刮聚脲，其涂层与基底混凝土的粘接强度高，具有防渗、抗冲磨及抗紫外线性能。其较大的变形性可以适应混凝土的开裂，可在-45℃的低温保持柔性，能适应高寒地区的低温环境。该涂层耐老化性能好，有较长的使用寿命。本次施工采用SK手刮聚脲（防渗型）主要性能见表1[3]。

表1 SK手刮聚脲（防渗型）力学性能

裂缝灌浆采用SK-E改性环氧树脂灌浆材料，其具有黏度低、强度高、表面张力低、渗透性强、流动性好、可灌性好的特点，能够较好地吸附、渗透并扩散到混凝土的微孔中，填充并充满裂缝，与断裂的混凝土形成良好的粘接，达到修补和加固的目的[4]。

表2 SK-E改性环氧树脂灌浆材料性能指标

2.1 裂缝处理

Ⅰ类裂缝采用表面涂刮SK手刮聚脲并复合胎基布的方法进行表面封闭。首先清除裂缝表面杂物，沿裂缝两边进行打磨，总宽度为20cm，边缘部位打磨成倒三角的形式，深度约2mm；清洗打磨的混凝土表面待干燥后，涂刷界面剂；界面剂干燥后，涂刮SK柔性防渗型聚脲对裂缝进行表面封闭，涂刷宽度为20cm，涂刷厚度为2mm，中间复合15cm宽的胎基布[5]。

Ⅱ类裂缝采用内部化学灌浆后表面涂刮SK手刮聚脲并复合胎基布的方法进行处理。沿混凝土裂缝两侧打斜孔与缝面相交，孔距为20～40cm，孔径为φ14；灌浆孔钻好后，用高压气吹孔致孔内无杂物为止，清洗灌浆孔后安装上专用的灌浆嘴，并拧紧；采用高压灌浆技术灌SK-E型环氧化学浆材料，灌浆工作压力为0.6MPa，采用单孔灌浆或隔孔灌浆，待相邻灌浆嘴返浆即认为该段裂缝已灌满。直到会将当灌浆材料固化后，砸除灌浆嘴，用环氧腻子封堵灌浆孔。沿裂缝两边进行打磨，总宽度为20cm，边缘部位打磨成倒三角的形式，深度约2～3mm；清洗打磨的混凝土表面干燥后，即涂刷界面剂。界面剂指干后，涂刮SK柔性防渗型磨聚脲对裂缝进行表面封闭，涂刷厚度为3mm，中间复合15cm宽的胎基布[6]。

图1 Ⅱ类混凝土裂缝涂刷SK手刮聚脲、化学灌浆示意图

Ⅲ类裂缝采用内部化学灌浆后表面涂刮SK手刮聚脲并复合胎基布的方法进行处理，SK手刮聚脲涂刷宽度为20cm，平均厚度为4mm，复合胎基布的宽15cm。施工工艺同Ⅱ类裂缝处理工艺。

图2 手工刮涂聚脲

图3 压力灌浆饱满溢出

3 结束语

由于面板薄、大、长的自身结构，在基础变形、底部局部脱空、重力下滑等因素影响下，易产生受拉或剪切裂缝；面板混凝土在温降收缩、塑性收缩、自收缩、干燥收缩过程中会产生收缩裂缝；在外荷载作用下面板周边受拉，导致混凝土可能出现受拉裂缝。

面板混凝土产生裂缝后，很难从表象判断产生原因，只有通过科学严谨的分析判断，掌握施工过程中的薄弱环节，才能改进后期面板质量，减少裂缝出现。

对已出现的裂缝，需查清其缝宽、缝深、缝长、高程、位置，选择优质材料分类进行修补。本案采用的化学材料施工方便，材料固化后无污染，无毒性，有较好的柔性和耐久性，物理、化学性质都满足裂缝处理需要，进行裂缝修补后，面板混凝土的整体性和耐久性有效提高。

新疆吉音水利枢纽工程大坝面板混凝土拌和过程中，施工区气温24小时内温差可达20℃；每盘混凝土在低温条件下，按设计配合比用水量需减少30kg，同日内最高温条件下，按设计配合比用水量需增加30kg，才能达到浇筑要求。所以在混凝土拌制过程中，需要实时监控气温和水分蒸发情况，绘制气温－用水量曲线图，解决准确用水问题，保持拌合物的和易性和坍塌落度稳定。

工程已于2016年同年8月蓄水，最高蓄水位达到设计水位2509.12m。经过五年多的蓄水运行，大坝运行正常，工况良好。