對(duì)水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程修編的兩點(diǎn)建議：以李家峽大壩混凝土室內(nèi)試驗(yàn)與現(xiàn)場(chǎng)混凝土裂縫對(duì)比為例

陳詩(shī)錦

（中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，陜西西安 710054）

李家峽水電站是黃河上游大型梯級(jí)水電站之一，裝機(jī) 2000MW，雙曲薄拱壩壩高 155m，壩頂長(zhǎng)438.417m，壩頂高程2185m，共分20個(gè)壩段，現(xiàn)澆混凝土，不分縫，通倉(cāng)澆筑，總混凝土工程量 260萬(wàn)m3，其中大壩混凝土124萬(wàn)m3。大壩混凝土共分七區(qū)，各區(qū)混凝土標(biāo)號(hào)要求如表1所示。

表1 李家峽壩體混凝土標(biāo)號(hào)分區(qū)

為滿足初步設(shè)計(jì)要求，1983年西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院科研所承擔(dān)李家峽大壩混凝土室內(nèi)試驗(yàn)任務(wù)，嚴(yán)格按照《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》規(guī)定，進(jìn)行了混凝土原材料試驗(yàn)，混凝土配合比試驗(yàn)，混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)，混凝土變形試驗(yàn)，混凝土熱力學(xué)試驗(yàn)等。

試驗(yàn)首先在壩址附近直崗拉卡拉料場(chǎng)拉運(yùn)砂石骨料，并購(gòu)買甘肅永登水泥廠 525#中熱硅酸水泥，西寧橋頭電廠粉煤灰、比選了硅粉、外加劑及氧化鎂等，進(jìn)行原材料特性試驗(yàn)，通過(guò)交叉試驗(yàn)，在滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度、抗?jié)B、抗凍、抗酸及抗裂等指標(biāo)要求下，推薦各分區(qū)混凝土配合比，再測(cè)定各推薦混凝土的力學(xué)特性、變形特性、熱力學(xué)特性，為初步設(shè)計(jì)提供了相應(yīng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。所推薦的各分區(qū)混凝土配合比如表2所示。

表2 李家峽大壩主要混凝土配合比

1993年李家峽工程開工，施工單位根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)粗細(xì)骨料、外購(gòu)材料等狀況，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)溫控及實(shí)際工程進(jìn)度等，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，微調(diào)混凝土配合比。1998年完成大壩混凝土澆筑。檢查發(fā)現(xiàn)大壩及基礎(chǔ)廊道等部位混凝土有裂縫、蜂窩、麻面、狗洞、錯(cuò)臺(tái)等施工缺陷。其中裂縫絕大部分發(fā)生于 1996年底水庫(kù)下閘蓄水前，尤以 1994年冬季為多，多集中于9#～13#壩段，共發(fā)現(xiàn)各類裂縫157條，其中倉(cāng)面縫128條，立面縫29條，平均每萬(wàn)方混凝土1.5條。立面縫深度小于3.0m，寬度小于0.5mm，76.4%的倉(cāng)面縫未貫通壩塊，屬表面裂縫。2000年檢查，發(fā)現(xiàn)裂縫有所發(fā)展，數(shù)量增加至194條，其中上游壩面12條，廊道部位36條，立面縫41條，倉(cāng)面縫105條。

在這些裂縫中引人關(guān)注的是1994年10月發(fā)現(xiàn)11#～13#壩段裂縫，當(dāng)時(shí)氣溫驟降15℃，在倉(cāng)面清理過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，2062～2066.7m高程倉(cāng)面有一條基本平行壩軸線的裂縫，該裂縫位于壩塊厚度 1/2～1/3部位，裂縫基本直立，貫穿3個(gè)壩段，總長(zhǎng)約48m，最大縫寬 3mm，深 6.5～11.5m，貫通幾個(gè)倉(cāng)面。分析認(rèn)為該裂縫距建基面約 30m，不屬于基礎(chǔ)不均沉陷和強(qiáng)約束范圍的裂縫，產(chǎn)生的原因是當(dāng)時(shí)混凝土內(nèi)部溫度為32℃，寒流侵襲，壩表面溫度降低較快，內(nèi)部溫度梯度較大，引起溫度裂縫。

根據(jù)上述結(jié)論筆者查閱相關(guān)資料認(rèn)為：直崗拉卡料場(chǎng)骨料以青灰色變質(zhì)砂巖為主，軟弱顆粒含量超標(biāo)，實(shí)際 90天齡期混凝土抗拉強(qiáng)度僅2.29MPa，低于設(shè)計(jì)要求 3.0MPa，不得不增加水泥用量，使每立方混凝土中膠凝材料實(shí)際用量從設(shè)計(jì)180kg/m3提高到200kg/m3，增大了水化熱，也易促成壩體開裂。

圖1 李家峽11#～13#壩段裂縫位置圖

鑒于該裂縫貫通三個(gè)壩段，最大深度 11.5m，將嚴(yán)重影響大壩整體性。為此在該裂縫兩測(cè)鑿梯形槽，槽內(nèi)鋪設(shè)三層騎縫鋼筋，預(yù)埋灌漿管，澆筑混凝土，待壓重達(dá) 8～10m后進(jìn)行裂縫化學(xué)灌漿，處理后經(jīng)過(guò) 22個(gè)月觀測(cè)，監(jiān)測(cè)成果表明該裂縫再未發(fā)展，裂縫已經(jīng)閉合，大壩的整體性得到了保證。同時(shí)施工單位還對(duì)其他混凝工質(zhì)量缺陷和裂縫進(jìn)行了相應(yīng)處理，處理效果良好。

現(xiàn)場(chǎng)混凝土裂縫本屬施工問(wèn)題，與試驗(yàn)成果關(guān)系不大。作為初步設(shè)計(jì)階段的混凝土試驗(yàn)，主要任是：按規(guī)程規(guī)定，進(jìn)行混凝土原材料試驗(yàn)，混凝土配合比試驗(yàn)；推薦滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度、抗?jié)B、抗凍、抗裂等要求的主要配合比，并測(cè)定其相應(yīng)力學(xué)、熱力學(xué)、變形指標(biāo)，供設(shè)計(jì)使用。

然而通過(guò)這一事件反思，我們看到試驗(yàn)骨料取樣的代表性，以及室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)大型破碎、篩分系統(tǒng)的差異。工地實(shí)際使用骨料與室內(nèi)試驗(yàn)使用骨料間往往會(huì)出現(xiàn)較大差距，再加上室內(nèi)試驗(yàn)雖然提供了在標(biāo)準(zhǔn)條件下的混凝土基本熱力學(xué)特性，但無(wú)法反映青藏高原實(shí)際懸殊的溫差、寒潮襲擊、強(qiáng)烈輻射、干燥等氣候特點(diǎn)，更難反映實(shí)際施工中進(jìn)度、養(yǎng)護(hù)、溫控等狀況。因而室內(nèi)試驗(yàn)成果雖滿足了初步設(shè)計(jì)要求，但與實(shí)際施工卻存在著一定差距，較難防止出現(xiàn)相應(yīng)的質(zhì)量缺陷。

針對(duì)李家峽工程室內(nèi)試驗(yàn)與實(shí)際工地條件的差距，以及由此而出現(xiàn)的質(zhì)量缺陷，對(duì)水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程修訂提出下述兩點(diǎn)建議。

（1）現(xiàn)場(chǎng)機(jī)口取樣試驗(yàn)，雖能反映原材料的變化，但若為滿足強(qiáng)度要求而調(diào)整混凝土配合比且水泥用量變化超過(guò)5%后，宜補(bǔ)充相應(yīng)混凝土熱力學(xué)特性試驗(yàn)，相應(yīng)調(diào)整溫控措施。

（2）混凝土養(yǎng)護(hù)期氣溫變化，特別是寒潮襲擊是大壩混凝土產(chǎn)生裂縫主要原因之一，鑒于當(dāng)前溫控及防寒潮襲擊研究現(xiàn)狀，是否可適當(dāng)開展混凝土抗擊寒潮襲擊室內(nèi)試驗(yàn)研究工作，根據(jù)當(dāng)?shù)貧鉁貤l件，施工狀況，探索不同齡期混凝土抗寒潮的能力，優(yōu)選抗裂性能優(yōu)良的混凝土配合比，并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)溫控和防裂措施提出建議。

[1]水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程DL/T5150,2001

[2]李家峽水電站混凝土試驗(yàn)報(bào)告.西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院科研所.1985

[3]黃河李家峽水電站竣工安全鑒定報(bào)告.中國(guó)水電顧問(wèn)有限公司.2001,12

[4]錢寧,薜振江.李家峽水電站主壩混凝土裂縫及缺陷處理.西北水電.2000,4

[5]王再芳等.李家峽水電站混凝土裂縫分析及處理.國(guó)內(nèi)外水利水電工程混凝土裂縫及其防治技術(shù)研究.黃河水利出版社,2005