重慶魚欄咀水庫(kù)溢洪道導(dǎo)墻混凝土裂縫成因與預(yù)防措施

魏 玲

(中國(guó)水利水電第五工程局有限公司，成都 610225)

重慶魚欄咀水庫(kù)溢洪道導(dǎo)墻混凝土裂縫成因與預(yù)防措施

魏 玲

(中國(guó)水利水電第五工程局有限公司，成都 610225)

對(duì)魚欄咀水庫(kù)溢洪道左導(dǎo)墻混凝土初期施工時(shí)所產(chǎn)生的裂縫成因進(jìn)行分析，提出了防止混凝土產(chǎn)生裂縫的預(yù)防措施，在后續(xù)施工中取得了較好效果。

大體積混凝土;裂縫;成因;內(nèi)部溫度過高;處理;預(yù)防

1 工程概述

魚欄咀水庫(kù)位于重慶市綦江縣通惠河上游的三角鎮(zhèn)古柏村，壩址距三角鎮(zhèn)5 km，距綦江縣城16 km。工程開發(fā)任務(wù)以農(nóng)田灌溉為主，兼有農(nóng)村人畜飲水、場(chǎng)鎮(zhèn)供水和城鎮(zhèn)供水等綜合利用任務(wù)。魚欄咀水利工程屬Ⅲ等中型工程，擋水壩為鋼筋混凝土面板堆石壩，最大壩高69.6 m，水庫(kù)正常蓄水庫(kù)容2 387萬(wàn)m3，水庫(kù)樞紐工程包括攔河壩、溢洪道、取水塔和取水遂洞，主要建筑物攔河壩、溢洪道等級(jí)為3級(jí)。

溢洪道為開敞式，布置于右壩頭，中心線與壩軸線夾角58.420°，由進(jìn)水渠、閘室、泄槽和下游消能設(shè)施4個(gè)部分組成。溢洪道進(jìn)口平面見圖1，斷面結(jié)構(gòu)見圖2，進(jìn)水渠兩邊為重力式混凝土導(dǎo)墻，左導(dǎo)墻共5段，右導(dǎo)墻共6段，每段導(dǎo)墻長(zhǎng)15 m，屬少筋大體積混凝土，設(shè)計(jì)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C25。

圖1 溢洪道進(jìn)口平面布置圖

2 溢洪道導(dǎo)墻混凝土原材料及施工配合比

2.1 混凝土原材料

水泥：采用重慶科華建材有限公司生產(chǎn)的P.O42.5水泥。

粉煤灰：采用重慶華能珞璜電廠生產(chǎn)的Ⅱ級(jí)粉煤灰。

圖2 溢洪道進(jìn)口橫斷面圖

細(xì)骨料：采用灰?guī)r軋制的人工砂，細(xì)度模數(shù)為2.5～2.9。粗骨料：采用灰?guī)r軋制的人工碎石，二級(jí)配。

外加劑：采用江西新余市仙女湖建材有限公司生產(chǎn)的JH-1型抗裂減水劑和DH-9型引氣劑。

所有混凝土原材料均經(jīng)檢驗(yàn)合格后方用于配合比試驗(yàn)及混凝土澆筑。

2.2 混凝土施工配合比

經(jīng)過試驗(yàn)室進(jìn)行配合比試驗(yàn)，確定溢洪道導(dǎo)墻C25混凝土施工配合比見表1。

表1 溢洪道導(dǎo)墻混凝土施工配合比表 kg/m3

3 混凝土裂縫情況及成因分析

3.1 施工情況

溢洪道導(dǎo)墻混凝土于2007-02開始澆筑，先澆筑左導(dǎo)墻。采用混凝土拌和站攪拌混凝土料，拌和站可拌骨料最大粒徑為60 mm，每盤拌制1 m3，自卸汽車運(yùn)輸混凝土至現(xiàn)場(chǎng)，自升式塔式起重機(jī)吊運(yùn)入倉(cāng)，導(dǎo)墻混凝土每層澆筑厚度1.5～2.0 m。混凝土表面養(yǎng)護(hù)采用麻袋覆蓋，人工連續(xù)灑水保持混凝土表面濕潤(rùn)。

其中第2層、第3層的澆筑時(shí)間為2007-03-11—2007-04-25，當(dāng)時(shí)的環(huán)境溫度11～33℃。

3.2 混凝土裂縫情況

溢洪道左導(dǎo)墻樁號(hào)為(溢)0-000.000 m～(溢)0-075.000 m，在澆筑過程中發(fā)現(xiàn)(溢)0-015 m～(溢)0-030 m段第3層混凝土表面有3條裂縫(開倉(cāng)澆筑時(shí)間為2007-04-19，最高氣溫 33℃)，(溢)0-045 m ～(溢)0-060 m段第2層混凝土有2條裂縫(開倉(cāng)澆筑時(shí)間為2007-03-27，最高氣溫31℃)，共計(jì)5條裂縫，呈不規(guī)則分布，左導(dǎo)墻混凝土裂縫情況見表2，裂縫分布見圖3。

表2 溢洪道左導(dǎo)墻混凝土裂縫情況表

圖3 左導(dǎo)墻混凝土裂縫平面示意圖

3.3 混凝土裂縫成因分析

經(jīng)過分析，認(rèn)為該裂縫是由于混凝土在硬化過程中，內(nèi)部溫度過高，從而使混凝土內(nèi)部溫度梯度過大，在混凝土冷縮過程中內(nèi)外混凝土收縮不能同步而產(chǎn)生一個(gè)自身拉應(yīng)力，受到底層已澆筑混凝土的約束而產(chǎn)生約束拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力大于混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)就產(chǎn)生了裂縫。

而造成混凝土內(nèi)部溫度過高的原因主要有：

1)氣溫：產(chǎn)生裂縫的兩個(gè)倉(cāng)在澆筑時(shí)白天氣溫均較高，最高氣溫達(dá)到了33℃，混凝土拌和物最高澆筑溫度達(dá)到了28℃，從而導(dǎo)致混凝土初始溫度就偏高。

2)水泥水化熱：由于水泥在與水產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)過程中產(chǎn)生大量熱量，使混凝土內(nèi)部溫度過高。

3)混凝土體積大：由于混凝土體積大，內(nèi)部熱量不容易散發(fā)出來而致使混凝土內(nèi)部溫度過高。

4)混凝土澆筑施工分層與時(shí)間間隔：施工分層越厚越不易散熱，上、下層時(shí)間間隔越短越不易散熱。

4 左導(dǎo)墻混凝土裂縫處理

為保證混凝土的整體性和安全性，經(jīng)參建各方開會(huì)研究決定對(duì)這5條裂縫全部進(jìn)行化學(xué)灌漿處理。裂縫化學(xué)灌漿處理于2007-05-12開始施工，2007-5-20結(jié)束，歷時(shí)9 d。經(jīng)處理后這兩倉(cāng)混凝土單元工程經(jīng)有關(guān)方進(jìn)行檢查驗(yàn)收后，質(zhì)量等級(jí)均評(píng)定為合格。裂縫化學(xué)灌漿處理施工程序及施工方法如下：

4.1 清理縫面

除去裂縫表面覆蓋物，用壓力水將表面沖洗干凈。

4.2 鑿“V”型槽

由人工沿裂縫鑿出寬、深均為15 cm的“V”型槽，槽底保持貫穿裂縫。

4.3鉆孔

鉆孔分兩類：“V”型槽底部騎縫孔，作為排氣孔，采用手風(fēng)鉆沿“V”型槽底部造孔，孔徑40 mm，孔深30 cm，孔距45 cm，并保持孔口和孔底均貫穿裂縫。“V”型槽兩側(cè)側(cè)孔，作為灌漿孔，沿裂縫兩側(cè)50 cm距離，布置兩排側(cè)孔，孔距2 m，兩排側(cè)孔呈梅花型布置，孔徑40 mm，側(cè)孔與混凝土表面夾角為67°～71°，向混凝土裂縫面鉆進(jìn)，孔深為穿過裂縫面25 cm左右。

4.4 埋紫銅管及封堵

在鉆孔中均埋入孔徑8 mm的紫銅管，紫銅管距孔底約10 cm，孔口外露20 cm，在孔內(nèi)紫銅管周圍填入細(xì)碎石。在“V”型槽面及側(cè)孔周邊先涂刷環(huán)氧基液，再用環(huán)氧砂漿進(jìn)行封堵。

4.5灌漿

對(duì)紫銅管進(jìn)行壓氣檢查合格后，即進(jìn)行化學(xué)灌漿，灌漿壓力控制在0.2～0.4 MPa。化學(xué)灌漿順序是先灌裂縫兩側(cè)側(cè)孔，最后灌裂縫騎縫孔。

灌裂縫兩側(cè)側(cè)孔從裂縫同一側(cè)一端向另一端進(jìn)行，當(dāng)灌漿至下一孔出漿時(shí)，在0.4 MPa壓力下持續(xù)穩(wěn)壓5 min結(jié)束該孔，進(jìn)行下一孔灌漿。灌裂縫兩側(cè)側(cè)孔時(shí)若騎縫孔出漿時(shí)，即對(duì)騎縫孔進(jìn)行封孔，若不出漿則按灌裂縫兩側(cè)側(cè)孔的方法和順序進(jìn)行灌漿。本次灌漿采用的灌漿材料是杭州國(guó)電水利電力工程有限公司大壩安全工程公司生產(chǎn)的“電光牌”HK-KG-10快固化低黏度化學(xué)灌漿材料。

4.6 壓漿檢查

灌漿結(jié)束2 d后，按裂縫兩側(cè)側(cè)孔總數(shù)的10%布置檢查孔(斜孔)，進(jìn)行壓漿檢查，灌漿壓力0.2～0.4 MPa，灌漿材料和鉆孔埋管方法均與灌裂縫兩側(cè)側(cè)孔相同，壓漿檢查標(biāo)準(zhǔn)為在0.4 MPa壓力下持續(xù)穩(wěn)壓15 min不再吸漿為合格。

5 防止導(dǎo)墻混凝土裂縫的措施及效果

針對(duì)上述裂縫產(chǎn)生的原因，在溢洪道導(dǎo)墻后續(xù)施工中采取了以下措施：

5.1 調(diào)整混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)

經(jīng)設(shè)計(jì)方計(jì)算同意后，將溢洪道導(dǎo)墻混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)由C25調(diào)整到C20，從而降低了混凝土水泥用量，減少了混凝土水化熱。

5.2 優(yōu)化混凝土施工配合比

經(jīng)過試驗(yàn)室的大量試驗(yàn)，最后優(yōu)選出了C20的施工配合比，見表3。表3中每方混凝土水泥用量比表1中減少了49 kg，減幅為19.1%。

表3 溢洪道導(dǎo)墻混凝土施工配合比表(C20) kg/m3

5.3 在混凝土中埋入塊石

經(jīng)設(shè)計(jì)同意后，在混凝土澆筑時(shí)埋入塊石，塊石為新鮮干凈且堅(jiān)固的灰?guī)r，粒徑20～40 cm。埋入塊石與混凝土的體積比為0.2∶0.8，從而降低了混凝土的總發(fā)熱量，埋石混凝土水泥用量為166 kg/m3，比表1中減少了90 kg/m3，減幅為35.2%。

5.4 避免高溫天氣施工

根據(jù)天氣預(yù)報(bào)，最高氣溫在32℃以上的天氣即不安排混凝土施工。

5.5 混凝土施工分層與層間間隔時(shí)間控制

混凝土澆筑施工分層控制在每層1.5 m厚;因裂縫大多數(shù)在收倉(cāng)后5～7 d出現(xiàn)，因此每層收倉(cāng)散熱養(yǎng)護(hù)7 d后，經(jīng)檢查無(wú)裂縫才能澆筑下一層。

由于采用了以上防止混凝土裂縫的措施，在后來的溢洪道導(dǎo)墻施工中，起到了較好的預(yù)防效果。如今混凝土導(dǎo)墻已全部澆筑完畢，再未發(fā)現(xiàn)一條類似的裂縫。

6 大體積混凝土裂縫的預(yù)防措施

通過對(duì)溢洪道導(dǎo)墻混凝土防止裂縫的經(jīng)驗(yàn)，查閱了一些相關(guān)資料，筆者總結(jié)后認(rèn)為防止大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的關(guān)鍵還是要以預(yù)防為主，具體歸納起來預(yù)防措施主要有以下7點(diǎn)：

1)在設(shè)計(jì)階段，在保證結(jié)構(gòu)質(zhì)量和安全的前提下，盡可能采用低標(biāo)號(hào)的混凝土，也可考慮在混凝土中埋入部份塊石。

2)在施工組織安排上，盡量避免在高溫季節(jié)施工，并選擇合理的施工分層厚度和層間間隔時(shí)間。層間間隔時(shí)間必須保證，從而保證散熱充分。

3)混凝土所用原材料，水泥盡量采用低熱微膨脹水泥，技術(shù)指標(biāo)要符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的要求。在拌和條件允許時(shí)粗骨料盡量選用大粒徑級(jí)配。所有混凝土原材料要檢驗(yàn)合格后才能使用，對(duì)預(yù)防混凝土裂縫的產(chǎn)生有很重要作用。

4)混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)，盡量摻用粉煤灰、摻用高效減水劑和引氣劑，可減少混凝土水泥用量，降低水化熱。另外還可以提高混凝土和易性，降低混凝土經(jīng)濟(jì)成本。

5)混凝土拌和時(shí)要嚴(yán)格按施工配合比配料，特別要嚴(yán)格控制水灰比。混凝土純拌和時(shí)間必須達(dá)到規(guī)定時(shí)間。

6)混凝土澆筑時(shí)要保證澆筑的連續(xù)性、均勻性，必須振搗密實(shí)。

7)混凝土的養(yǎng)護(hù)也須高度重視，混凝土表面持續(xù)的保溫、保濕對(duì)防止裂縫至關(guān)重要。

7 結(jié)語(yǔ)

由于水電工程的特點(diǎn)，水工建筑物有很多大體積混凝土，而在大體積混凝土施工時(shí)，常會(huì)產(chǎn)生一些裂縫。如果從設(shè)計(jì)、施工、養(yǎng)護(hù)等階段對(duì)防止裂縫均高度重視，做到精心設(shè)計(jì)、精心施工、加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，大體積混凝土裂縫是可以防止的。

［1］葉一中.淺談混凝土裂縫成因及預(yù)防措施［J］.中國(guó)建設(shè)信息，2008(14)：48-49.

［2］王貴明.混凝土裂縫的成因及其預(yù)防措施［J］.建材技術(shù)及應(yīng)用，2004(3)：61-62.

TV651.1

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1007-7596(2011)06-0043-03

2011-06-16

魏玲(1977-)，女，四川仁壽人，工程師，主要從事水電施工技術(shù)工作。