岩基上大体积钢筋混凝土的防裂措施

党文文，薛成攀，付振国

（1.山东省水利工程局有限公司，山东 济南 250013；2.青岛瑞源工程集团有限公司，山东 青岛 266555）

在山区水库工程中，溢洪道底板混凝土不但厚度大，并且都浇筑在岩基斜坡上，形成岩基上的大体积混凝土。由于其受力条件严苛，必须采取措施防止混凝土裂缝，才能提高其使用寿命。下面以金兰水库溢洪道底板混凝土（厚度1.0 m，岩基坡度1∶3） 施工为例阐述岩基上大体积钢筋混凝土的防裂措施。

1 大体积混凝土开裂的原因

由于大体积混凝土硬化过程中大量水化热的存在，在升温阶段，新混凝土的体积膨胀，因受到基础的约束产生受压的温度应力，但此时混凝土龄期短，抵抗压应力值很低，易产生开裂；而在降温阶段，新混凝土的体积产生收缩，因受到基础的约束产生温度拉应力，当此拉应力值超过混凝土的抗拉强度时，或受拉变形超过其极限拉伸能力时，也会产生开裂。即大体积混凝土的开裂，主要是由约束、干缩、温差所产生的应力的造成的。预防混凝土开裂，一方面要提高混凝土自身的强度和抵抗变形的能力；另一方面应在设计、施工中采取措施，控制施工温度变化、改善约束条件等，预防裂缝产生。

2 预防大体积混凝土开裂设计措施

2.1 设置锚杆，加强混凝土在斜坡上的稳定性

由于混凝土具有一定的流动性，溢洪道底板混凝土在斜坡上浇筑时容易下滑，因此设置一定数量的锚杆并与钢筋笼固定，减轻混凝土的滑动，防止混凝土产生裂缝。

在锚杆设置时，应根据斜坡坡度、混凝土厚度、混凝土分块大小、分层等因素确定。本工程设计采用Φ25 mm 锚筋，垂直坡面插入岩石深度0.5 m，分布间距2.5 m×2.5 m。注意锚杆布置不能过密，防止对钢筋混凝土产生过大的约束。

2.2 设置排水沟，引出岩基上的渗水

由于岩基存在裂隙及破碎带，在水库蓄水一定高程时就可能产生渗水，如果不及时排出，产生一定压力，就会影响上部混凝土的稳定，甚至引起引起混凝土裂缝，因此有必要设置排水沟及排水管及时将渗水引到底板表面。

根据混凝土施工分块设置，每道施工缝下设置100 mm×100 mm 的排水沟，纵横方向相互连通，渗水点密集的地方适当加密；下部水平段横向每米设置一根Φ50 mm 的竖向排水管，将渗流引到混凝土底板表面，排除渗水对混凝土的破坏。

2.3 设置碎石缓冲层，减少岩基对混凝土的约束

混凝土温度变形受到约束是混凝土产生裂缝的主要原因之一，在岩基上浇筑混凝土设置缓冲层、减小岩基对新混凝土的约束非常必要，同时也有利于岩基渗水的集中与引出。本工程在岩基面的处理基本平整基础上设置200 mm 厚20～40 mm 的卵石垫层。

2.4 优化配合比，增强变形能力

1）水泥，采用矿渣硅酸盐水泥，粉煤灰硅酸盐水泥，中、低热硅酸盐水泥等，水泥中铝酸三钙的含量不宜大于8%，80μm 方孔筛余不应大于1%。

2）骨料。粗骨料，宜选用粒径较大的粗骨料，其含泥量不应大于0.7%；细骨料，宜选用中粗砂，其含泥量不应大于3%。

3） 矿物掺合料。大体积混凝土宜掺加粉煤灰、粒化高炉矿渣粉等矿物掺合料，减少水泥用量降低水化热；同时也能提高混凝土的工作性、耐久性和强度。粒化高炉矿渣粉的比表面积宜为400～450 m2/kg；掺加粉煤灰时应选用I 级或II 级粉煤灰。本工程掺加I 级粉煤灰。

4）外加剂，宜掺加引气剂和缓凝型高效减水剂。其中减水剂，能改善混凝土的和易性，降低泌水性，相同流动性时可显著减少混凝土的拌合用水，降低水灰比及水化热峰值，有利于裂缝控制。

5） 大体积混凝土配合比设计宜采用较小的砂率和塌落度。本工程（C25W6F50）采用C25 钢筋混凝土，防渗等级W6、抗冻等级F5，连续级配；砂率37%，塌落度100～120 mm；掺加20%粉煤灰等量取代水泥；同时掺加聚丙烯纤维，增强混凝土的抗裂能力等。

6）设置后浇带。防止结构不均匀沉降或面积过大温度变化超差引起混凝土收缩开裂。本工程在新浇混凝土与原闸底板之间设置1 000 mm 宽的后浇带，钢筋连续，浇筑时间滞后20 d。

3 优化施工工艺，预防裂缝产生

3.1 合理进行温度控制

1）控制出机口温度，保证混凝土浇筑温度在5～30 ℃。热天采取加冰冷却拌合水，尽量选择较低气温时段浇筑混凝土，降低骨料、水泥温度；在混凝土运输工具上覆盖麻袋，并经常喷洒冷水降温等措施。冷天施工时，出机口温度宜采用料场覆盖和拌合水加热等措施进行控制。

2）控制混凝土内部最高温度，保证混凝土内部最高温度不高于70 ℃。主要措施包括降低浇筑温度；准确控制缓凝剂掺入量，延缓混凝土的凝结时间；分层、分块浇筑；在混凝土内部预埋冷却水管等。本工程施工中，主要采取温控措施，分块浇筑，控制每一混凝土块的分层厚度，及浇筑速度，加强混凝土内部散热。

3）控制混凝土表面温度，保证混凝土内表温差不大于25 ℃。可采用混凝土表面保温或降温的方法，使混凝土内外温差降低。常用的保温材料有棉毡、草袋、湿砂、锯末等。本工程冷天施工，气温较低时，采用铺棉毡覆盖塑料布保温；中午气温较高时，撤掉塑料布洒水湿润棉毡降温。

4）控制混凝土的降温速率不大于2 ℃/d。特别是冬季，要加强保温，防止降温速度过快，引起混凝土内表温差过大导致开裂；同时，延长散热时间，使约束产生的拉应力小于混凝土的抗拉强度，防止贯穿裂缝的产生。

3.2 采取二次振捣技术

在施工中，加强振捣，严防漏振，也不过振。浇筑到顶部时，严格掌握时间进行二次振捣，消除顶部浮浆，干缩裂缝和龟缩。大量的施工实践表明，二次振捣能有效消除混凝土水平钢筋下部的水分及空隙等，从而提高钢筋与混凝土之间的凝聚力，避免由于混凝土沉降而产生裂缝，及降低混凝土内微裂的现象，提高混凝土的密实度及抗压强度。

3.3 严格执行混凝土的养护制度

混凝土浇筑完成后应及时养护，养护时间不宜少于14 d。养护宜采取覆盖、洒水、蓄水、喷雾和涂养护剂等措施。日平均气温低于5 ℃时，不宜在混凝土面上直接洒水养护。本工程在温度较低时采用覆盖棉毡洒水保湿在覆盖塑料布保温养护，天热时采用塑料管扎眼喷水养护。

4 裂缝检查与处理

本工程3 000 多平方混凝土面，养护一周后对混凝土块进行裂缝检查，大多数未发现可见裂缝；只在中间位置不同板块上发现三道，2～3 m 长度不等的深层裂缝（取芯检查）。待全部浇筑完成28 d后，对裂缝进行了环氧树脂灌浆处理，质量合格。

综上所述，虽然混凝土的物理力学性质决定了大体积混凝土温度裂缝是不可以避免的，但是掌握混凝土裂缝的产生原因，进行合理的结构设计和施工措施，可以有效地预防混凝土开裂。本工程严格按上述设计、施工措施施工，辅助温度检测措施，较好地控制了混凝土的裂缝问题。