混凝土面板裂縫成因分析及處理

張 運 花， 雷 楊

(中國水電顧問集團華東勘測設計研究院有限公司, 浙江 杭州 311122)

混凝土面板裂縫成因分析及處理

張 運 花， 雷 楊

(中國水電顧問集團華東勘測設計研究院有限公司, 浙江 杭州 311122)

某水庫面板混凝土于2014年3月5日澆筑完成，2017年3月發現混凝土面板表面出現數條順坡向裂縫。監測數據分析和有限元計算結果均表明，溫度應力是導致出現順坡向裂縫的直接原因，同時混凝土干縮加重了面板裂縫的產生與發展。未來3年水庫水位仍將維持在60m高程以內運行，水上部分面板將經受冬季嚴寒低溫天、晝夜溫差、冬春季寒潮襲擊，面板溫度應力仍可能超過混凝土抗拉強度而產生裂縫。為此，除對現有裂縫進行處理外，有必要對水位以上面板進行保溫措施，避免或減少面板裂縫進一步產生和發展。

混凝土面板堆石壩；面板裂縫；成因分析；處理措施

1 工程概況

某水庫工程任務以城市應急備用和抗咸供水為主、結合防洪和改善水環境等綜合利用，并作為千島湖引水工程的重要組成部分。工程主要由混凝土面板堆石壩、泄洪兼導流洞、輸水隧洞、消力池等建筑物組成。

水庫大壩為混凝土面板堆石壩，壩頂高程74 m，防浪墻頂高程75.2 m，壩基趾板最低高程34 m，相應最大壩高40 m，壩頂長度230 m，寬8 m。上游側坡比為1∶1.4，下游側坡比為1∶1.6。下游坡面覆土綠化，覆土坡度為1∶4。壩體填筑材料自上游向下游依次分為墊層區(水平寬2 m)、過渡層區(水平寬3 m)、主堆石區及次堆石區。

面板厚度取為40 cm，沿高程自上而下等厚度設置。面板設垂直縫，間距為12 m，縫內設兩道止水。面板與趾板連接處設周邊縫，縫內設銅片及SR兩道止水。面板混凝土強度等級為C25，抗滲標號為W8，抗凍標號為F100。面板中部單層雙向配筋。在周邊縫及垂直縫側面設置抗擠壓鋼筋(細鋼筋)，以提高面板邊緣的抗擠壓能力，防止面板邊緣局部擠壓破壞。

2 裂縫的產生及檢測成果

面板混凝土于2014年3月5日澆筑完成，2014年4月5日對面板表面檢查，發現混凝土表面出現裂縫，經檢測均為表面裂縫，未見貫穿性裂縫。2017年3月6日現場巡視檢查發現混凝土面板表面出現數條順坡向裂縫。4月10日～4月30日對面板發育的裂縫的深度和寬度進行聲波檢測，并對混凝土進行取芯，了解混凝土與擠壓邊墻接觸情況。

根據現場檢測條件，累計布置55處檢測斷面，量測裂縫寬度、深度等，并在7號、9號、11號、14號、16號面板鉆孔取芯，每個面板鉆取3個芯樣，共15個芯樣。檢測成果如下：

(1)水庫面板共21塊，1號～6號、8號、10號、18號、20號、21號，共11面板本次檢查未發育裂縫；其他10塊面板共發育裂縫30條，7號、9號、11號、12號、13號、14號、15號、16號、17號，9塊面板發育12條順坡向裂縫，其中12號、14號各發育2條順坡向裂縫；水平向裂縫18條。順坡向裂縫長度范圍為7.7～27 m，水平向水平向裂縫長度范圍為2.2～12.6 m。順坡向裂縫寬度為0.09～0.6 mm，各測點深度為7～40 cm，深度范圍為9～40 cm；6條水平向裂縫寬度為0.16～0.37 mm，深度為13～18 cm。

(2)順坡向裂縫位置多發育于面板中間部位，13#面板一條順坡向裂縫延伸到現水面(現水面高程57.7 m)以下，其余順坡向裂縫延伸到現水面高程60 m附近漸滅。

(3)各條順坡向裂縫縫寬、深度由高高程向低高程逐漸變窄、變淺；除15號面板順坡向裂縫未貫穿外，其余各面板順坡向裂縫均有貫穿。

(4)7#面板ZK7-2和11號面板ZK11-2鉆孔中混凝土面板和擠壓邊墻存在脫空，分析認為主要原因為面板混凝土局部振搗不密實所致，與面板變形、壩體變形無關；其余鉆孔混凝土面板和擠壓邊墻接觸良好，既未膠結，也未見明顯脫空。

面板總體面貌見圖1，面板裂縫總體情況見圖2。

3 面板裂縫成因分析

一般認為，根據面板產生裂縫的原因不同可將面板裂縫分為結構性裂縫和非結構性裂縫兩類。

圖1 面板總體面貌

圖2 面板布置示意圖

根據對實測資料(氣溫、庫水位、大壩各監測儀器伴測溫度、大壩變形、面板應力應變)及非正常工況下大壩應力應變計算成果進行分析，綜合結構應力和溫度應力、混凝土干縮應力對面板裂縫的影響，裂縫成因總結如下：自2014年4月面板澆筑至今，水庫未能正常蓄水，60 m高程以上面板一直暴露在自然環境中，在某次寒潮來襲或者冬季持續低溫的天氣條件下，受到的溫度拉應力超過了抗拉強度，溫度應力最大值為壩軸線方向且發生在單塊面板中間，所以最先在每塊面板中間位置產生了順坡向裂縫；另外，60 m高程以上面板一直處于水上，表面水分蒸發快于內部，表面發生干縮變形，表面收縮應力加重了面板裂縫產生與發展。

綜上所述，水庫河床部位面板出現的順坡向裂縫的產生與結構受力無直接關系；溫度應力是導致面板產生裂縫的直接原因，混凝土干縮加重了裂縫的產生與發展。

4 面板裂縫處理

4.1 裂縫分類

(1)Ⅰ類裂縫(淺層裂縫)：縫寬δ≤0.2 mm且不貫穿；

(2)Ⅱ類裂縫：縫寬0.2 mm<δ≤0.5 mm裂縫且不貫穿，或縫寬δ≤0.2 mm且為貫穿縫；

(3)Ⅲ類裂縫：縫寬δ≥0.5 mm裂縫，或縫寬δ≥0.2 mm且為貫穿縫。

針對水庫混凝土面板裂縫發育現狀，為確保面板補強結構能與原壩體面板、趾板防滲系統形成安全、可靠、封閉的防滲體系，滿足大壩正常運行的原則，同時方便施工以確保工期，根據“多道設防、復合防水、堵防結合、綜合治理”的原則，考慮到SR塑性填料+ SR防滲保護蓋片方案，保證率高、施工也較簡便，因此推薦SR塑性填料+ SR防滲保護蓋片方案作為本次針對Ⅱ類、Ⅲ類裂縫處理方案。

4.2 處理方法

直接采用裂縫表面遮蓋封閉處理措施，SR塑性填料貼在裂縫表面，塑性填料縫頂用防滲保護蓋片密封防滲保護蓋片。

4.3 處理措施

打磨清理縫面→刷底膠→SR材料找平→SR防滲保護蓋片粘貼→表面錨固。

4.4 處理主要步驟

(1) 清理縫面：對裂縫的表面進行打磨清理，清理寬度為裂縫兩側各10cm，將局部不平整的混凝土表面打磨平整，要求清理后表面無浮塵、無雜質；

(2) 刷底膠：在干凈干燥的縫槽上均勻刷涂第一道SR底膠，底膠涂刷寬度應至固定角鋼處；底膠干燥后(1小時以上)，刷第二道SR底膠；待底膠表干(約0.5小時)，即可進行SR施工；若底膠過分干燥時(不粘手)，需要重新補刷底膠；

(3) SR材料找平：待SR底膠表干后，將SR材料搓成小條并撳捏成厚10 mm左右薄餅狀，在混凝土接縫面上，從縫中間向兩邊撳貼5 mm～10 mm厚SR材料找平層到SR蓋片寬度，然后堆填出設計規定的SR材料形狀，并使表面平滑；

(4) SR防滲保護蓋片粘貼：逐漸展開SR防滲保護蓋片，沿裂縫將SR防滲保護蓋片粘貼在SR材料找平層上，用力從蓋片中部向兩邊趕盡空氣，使蓋片與基面粘貼密實。對于需搭接的部位，必須再用SR材料做找平層，而且搭接長度要大于5 cm，搭接部位先刷SR底膠，再進行搭接粘貼；

(5) 錨固：SR防滲保護蓋片需用角鋼錨固在縫兩側混凝土上。

6 結 論

(1)壩體、周邊縫與垂直縫變形量值均較小，在正常范圍內；現場檢查大壩各部位未發現異常；面板混凝土取芯檢測表明，混凝土面板和擠壓邊墻接觸良好，既未膠結，也未見明顯脫空；面板可自由伸縮，受下部擠壓邊墻約束不明顯；壩址河床寬闊、兩岸岸坡較緩，河床部位面板一般受兩側岸坡部位面板擠壓，呈受壓狀態；對于本工程河床部位面板出現的順坡向裂縫，從結構受力角度分析，無明顯結構受力條件，因此，本次面板出現的順坡向裂縫的產生與結構受力無明顯關系。

(2)監測成果反映水上部分面板溫度變幅明顯大于水下部分，水上部分面板應力以拉應力為主，水下部分以壓應力為主；裂縫檢測表明，順坡向裂縫主要發育于水上部分面板，裂縫基本延伸至水面附近尖滅；溫度應力估算表明，溫差在12 ℃時可產生4.43 MPa的拉應力，面板即可能產生裂縫，壩址溫差在12 ℃以上的天氣時有發生。自2014年4月面板混凝土澆筑完成后，水庫一直未能正常蓄水，60.00 m高程以上面板一直暴露在自然環境之中，受環境溫度影響顯著，溫度變幅大，運行工況差，溫度應力是導致出現順坡向裂縫的直接原因；另外混凝土干縮加重了面板裂縫的產生與發展。

(3)大壩滲流量未見增大趨勢，目前滲流量約在1.23 L/s，量值較小；壩基滲壓各測點測值穩定，未見異常；大壩變形正常；現場檢查壩頂、上下游壩坡均未發現異常。因此，目前面板出現的順坡向裂縫，尚不影響大壩安全。

7 建 議

其一，未來3年水庫水位仍將維持在60 m高程以內運行，水上部分面板將經受冬季嚴寒低溫天、晝夜溫差、冬春季寒潮襲擊，面板溫度應力仍可能超過混凝土抗拉強度而產生裂縫。為此，除對現有裂縫進行處理外，有必要對水位以上面板進行保溫措施，避免或減少面板裂縫進一步產生和發展。其二，在水庫正常蓄水前，水庫放空，對混凝土面板進行全面檢查，對發現的裂縫等問題再作處理。其三，增加裂縫開度監測。其四，完善日常巡視檢查工作，定期對大壩面板、壩頂、下游壩坡等部位開展巡視檢查。

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P343.3；TV642；TV698.2+31

B

1001-2184(2017)06-0100-03

2017-12-01

張運花(1984-)，女，山東菏澤人，畢業于大連理工大學水工結構工程專業，工程師，中國電建華東勘測設計研究院有限公司從事工程設計工作；

雷 楊(1984-)，女，四川巴中人，畢業于河海大學水文與水資源專業，工程師，中國電建華東勘測設計研究院有限公司從事工程管理.

卓政昌)