鏡泊湖水庫大壩表面裂縫的成因分析

馬景勝

(牡丹江市水務科學研究院，黑龍江牡丹江 157000)

1 工程概況

鏡泊湖水庫位于黑龍江省牡丹江市境內的松花江支流牡丹江中上游河段，距牡丹江市約110 km。水庫控制流域面積11 820 km2，占牡丹江流域的31%，多年平均流量31.38×108m3，多年平均入庫流量100 m3/s，2006年11月始對鏡泊湖水庫進行了除險加固。

工程建設的主要項目為:混凝土擋水壩加高加固(186 m);混凝土溢流壩加固(1 532 m);混凝土蓋板土石混合溢流壩加固(1 035 m);在擋水壩段新建泄水閘;壩體固結灌漿和帷幕灌漿。

到2008年7月，擋水壩工程、泄水閘工程、混凝土溢流壩工程、土石混合溢流壩工程及基礎灌漿工程等主體工程已全部完成，完成總工程量20.26萬 m3，其 中 土 石 方 15.73萬 m3，混 凝 土4.53萬m3，帷幕灌漿11 900 m，固結灌漿進尺5 000 m。擋水壩、溢流壩混凝土澆筑時間在2007年6—7月，施工期間和工程完工后，擋水壩、溢流壩段局部出現不同程度裂縫。

2 裂縫檢查及成因分析

根據裂縫成因普遍規律，先從塊體邊緣或斷面突變處檢查，發現裂縫，沿縫追蹤，采用米尺、讀數顯微鏡分別測記縫長和縫寬，并進行素描登記。詳見表1。

這些裂縫可歸納為3種:貫通性應力縫、表面收縮縫和沉降收縮縫[1]。

表1 擋水壩、溢流壩段裂縫統計表 條

應力縫從壩前至壩后貫通整個壩面，主要分布在擋水壩段樁號0+000～0+055、0+082.5～0+186.3處和溢流壩段樁號0+186～0+550、0+696～0+936處。后兩種裂縫主要分布在混凝土溢流壩高程▽353.00～▽353.50處。裂縫開度在在0.5～2.5 mm范圍。

混凝土擋水壩和溢流壩屬大體積混凝土結構，引起裂縫的主要原因是水泥水化熱大量積聚，使混凝土出現早期溫升和降溫現象，由此形成的溫度收縮應力是導致混凝土產生裂縫的主要原因。應著重從壩體約束程度、設計構造、混凝土生產和施工方面查找原因[2]。初步分析推測可能導致混凝土產生裂縫的主要原因有以下幾個方面原因:

2.1 設計構造方面

2.1.1 保留混凝土壩體原有裂縫影響

根據大壩安全評價報告記載(P－59～60);(原壩體)樁號0+170 m附近防浪墻附近有兩處裂縫，最大縫寬8 mm，其中一處裂縫延伸至壩頂。溢流壩0+930 m處有寬5～8 mm的裂縫。

擋水壩段、溢流壩段混凝土都有長裂縫，裂縫寬度＞0.5 mm，屬于危害堤壩安全的結構裂縫。這些裂縫的分布情況、是否經過處理或處理程度如何;在貼襯混凝土前，植入了一定數量的錨筋或錨桿，這些錨筋或錨桿對新、老混凝土相對形變產生一定的約束力。這些因素，與目前堰面上產生的貫通性裂縫(主要是后期形成的)有一定的相關性。

2.1.2 壩體結構尺寸因素

設計方面壩體分縫平均為15 m，對玄武巖基礎和保留原有混凝土的強約束結構來看可能偏長;分段分層澆筑體積可能偏大。

擋水壩段共有14條裂縫前后貫通，裂縫開度最大1.60 mm，最小0.65 mm，位置均為每段中間位置左右，溢流壩段樁號0+186～0+550、0+696～0+935段共有61條裂縫前后貫通，裂縫開度最大1.60 mm，最小0.65 mm。

保留部分混凝土壩段裂縫較多部位，壩段分縫長度為15 m或15 m以上。

溢流壩段樁號0+550～0+696、0+935～1+996段共有15條裂縫前后貫通，裂縫開度最大1.60 mm，最小0.65 mm。

保留部分混凝土壩段裂縫較少部位，壩段分縫長度為7～9 m。

2.2 混凝土材料方面

1)工程用水泥為普通硅酸鹽水泥，水泥水化熱較大(高于大壩水泥)，壩體施工正值高溫季節，水泥在高溫條件下水化速度快產生大量熱量，溫度應力集中也會導致大量裂縫。

2)擋水壩段和溢流壩段樁號0+186～0+550、0+696～0+935段為整個壩段裂縫較多部位，混凝土澆筑大部分采用了泵送，水灰比較大，砂率偏小，易引起混凝土表面干縮，有可能產生表面收縮或沉降裂縫。

2.3 混凝土入倉溫度方面

該工程混凝土澆筑期在2007年6月中旬—7月底，正值高溫季節，此時砂、石等原材料基溫較高，因此必然導致混凝土拌合物入倉基溫偏高;進而導致混凝土初期水化速度加快，混凝土內部溫度急劇上升(據資料記載新澆混凝土3～5 d內，內部溫升可達60～70℃)，當時白天氣溫≥30℃，夜間溫度18～20℃，在此環境溫度條件下，完全有可能導致混凝土內、外溫差≥25℃(據資料介紹新澆混凝土內、外溫差≥25℃，產生溫度應力縫是必然的)。因此，這是導致裂縫產生的重要因素之一[3]。

2.4 混凝土澆筑強度方面

混凝土擋水壩和混凝土溢流壩施工期在5月中旬開始，在7月15日按時完工。完成混凝土澆筑近4萬m3，日均強度約900 m3，最大日強度達1 200 m3。

在連續時間內大強度的施工條件下過程控制包括質量控制尤為重要，此方面工作做好了，可避免或減少裂縫發生。反之將增加裂縫發生可能性及密集程度。主要相關因素有:

1)溫控措施，即控制降低拌合物入倉溫度或采用適當保溫方法控制內外溫差≤25℃。

2)采用緩凝劑、摻用粉煤灰，延緩或滯后水化集中放熱。

3)單元澆筑間隔期限安排的合理性。

3 裂縫發展變化趨勢判斷分析

該工程的裂縫，最早形成期應在2007年6月—7月期間，水化反應已基本進行完，內部應力已釋放殆盡;可以認為影響裂縫變化因素只有來自環境溫度變化和混凝土自收縮;以及水浸、溶蝕、凍融等綜合作用;裂縫在綜合因素作用下，開度逐漸增大，對混凝土耐久性和工程運行穩定性的威脅，將日趨嚴重。為保證混凝土耐久性，避免裂縫進一步發展開裂，影響工程運行的穩定，這些裂縫應及時進行修復處理。

[1]方琳，湯永福，劉憲亮.淺談混凝土大壩裂縫成因及其預防措施[J].科技信息，2011(17):727－728.

[2]劉海博，程燕，朱宏偉.混凝土大壩裂縫成因分析與防止措施綜述[J].西北水電，2008(06):22－25.

[3]王淑花.淺談混凝土大壩裂縫原因分析與預防措施[J].河南科技，2010(14):24.