論小灣水電站施工中混凝土裂縫預防與控制

張鄧剛

(深圳市龍華區政府投資工程項目前期工作辦公室，廣東 深圳 518000)

隨著我國對清潔能源的越來越重視，西南地區的水資源不斷開發利用，大型水利水電工程開始大規模的建設。水利水電混凝土工程具有大跨度、大體積、高流量、大流量和工程質量要求高等工作特點。然而，混凝土裂縫問題[1]是混凝土大壩在建設施工過程中難以解決的問題之一。混凝土裂縫的預防和控制技術在混凝土大壩施工組織設計與實施中占有重要地位。本文結合云南小灣水電站工程，探討了混凝土施工中裂縫成因和防治措施，為以后相關水利工程建設提供參考。

1 工程概況

小灣水電站[2]位于瀾滄江中下游河段，設計等級為一級建筑物。小灣水電站拱壩類型為拋物線雙曲拱壩并且厚度隨著高度變化而變化，壩頂距地面1245.00m，拱壩混凝土體積870萬m3，最大壩塊厚度90m，澆筑倉面為2200m3。拱壩混凝土工程具有施工工程量大、壩體厚度大、澆筑倉面大等特征。通過對施工中小灣水電站大壩監測數據調查，發現部分壩段出現了形狀不一的裂縫。

2 水工混凝土裂縫的成因

水電站壩體具有大截面和大體積的特點。大壩受結構的材料特性，拉壓應力，環境因素和施工方法等因素的影響，混凝土大壩在施工中會產生裂縫。混凝土結構中的裂縫可分為微觀裂縫和宏觀裂縫[3]，混凝土結構的開裂過程就是微觀裂縫擴展形成宏觀裂縫。水工混凝土結構在施工中產生的混凝土裂縫的原因主要由以下幾種[1，4- 5]。

2.1 收縮裂縫

在混凝土硬化過程中受到外界環境的影響，結構表面水分揮發速度相對結構里面水分揮發速度較快，導致混凝土表面和內部的變形水平不一致。結構內部變形與結構表面變形不一致，導致結構表面產生較大的拉力，導致裂縫產生。一般在混凝土結構養護周期結束后兩周產生收縮裂縫。

2.2 塑性收縮裂縫

混凝土的硬化周期相對較長，并且在硬化過程中強度較低。當施工環境比較干熱或者有大風的氣候，結構表面水分蒸發較快，結構表面變形過快導致裂縫產生。塑性收縮裂縫主要特征為分布不均勻且不連續，兩端的裂紋大多呈拉長狀態。

2.3 沉陷裂縫

在水利工程中，結構下方地基土層分布不均勻，在施工中由于各種因素會引起不均勻沉降，這種不均勻沉降會使沒有完全硬化的混凝土結構出現裂縫。除此之外，不合理的模板工程設計也會造成沉陷裂縫。沉陷裂縫一般表現為貫穿性裂縫，其寬度主要不均勻且受沉降差的影響。

2.4 溫度裂縫

水工混凝土結構施工過程中，主要有高流量，大體積，大排量的工作特性。混凝土硬化過程中，水合效應會產生水化熱，對于壩體這種大體積結構，會聚集大量的水化熱。由于施工過程較快，水化熱不能快速消散，而結構表面溫度相對較低，結構內部和外部溫度梯度較大，結構受熱膨脹容易形成裂縫。此外由于分層澆筑，上下接觸面溫差較大，結構表面也會產生裂縫。

3 小灣拱壩混凝土裂縫的成因

通過對現場監測資料調研，小灣拱壩施工中混凝土裂縫主要以溫度裂縫為主。混凝土澆筑后經過一期冷卻，結構內部水化熱沒有及時得到消散，混凝土內部溫度大幅上升，回升溫度可達到10℃，從而導致二期冷卻中溫度降低幅度過大；大壩澆筑塊體厚，而澆筑高度低，溫度梯度不合理；澆筑過程中要求分批澆筑，形成不同的封拱溫度，在澆筑界面上產生較大的溫度差。施工工程中，混凝土沒有完全硬化，強度較低，以上因素使得結構表面拉應力大于混凝土強度，導致混凝土裂縫產生。

4 裂縫控制的處理措施

施工過程中裂縫的出現會引起大壩結構的整體性和剛度降低，因此必須根據裂縫的成因以及工程具體情況及時對裂縫進行預防和控制[1- 2，4- 8]。裂縫預防和控制的主要措施主要有：表面修復方法、正確的施工管理、注漿封堵法、優化設計。通過對小灣拱壩混凝土裂縫成因分析，工程中采取以下技術控制和預防裂縫。

4.1 混凝土的優化設計

對混凝土配合比進行優化設計達到減少內部水化熱殘余的目的。在混凝土配合比設計中選用適當的減水劑并摻入粉煤灰；通過對施工前對原材料的試拌，在保證混凝土和易性和流動性情況下，適當減少水泥用量，并將水膠比控制在規范允許的范圍內。原材料中粗骨料為二級配，骨料最大粒徑控制在150mm以內，砂料細度模數大于2.4，含泥量小于1%。

4.2 混凝土內部的溫度控制。

在混凝土結構里面埋設電耦式溫度計，監測混凝土澆筑以及養護過程中的溫度變化。并采用兩層農用薄膜覆蓋在上方鋪設兩層草袋的做法對混凝土表面進行保溫，通過這種蓄熱保溫的方法使混凝土內外溫差控制在18℃以內。對于大壩接縫處，將壩體溫度控制在13～17℃，并保證灌漿溫度壩體溫度低1～3℃。

4.3 混凝土通水冷卻

對有一期冷卻、二期冷卻要求的部位以及施工縫兩側壩體埋設冷卻水管，冷卻水管采用內徑28mm的高密聚乙烯HDPE塑料管材。混凝土內部冷卻水管中水流的流動帶走水化熱，從而降低溫升范圍和內外溫差。冷卻期間，結構內部溫度與冷卻水之間的溫差不超過25℃，并控制壩體降溫速度每天不超過1℃。根據實測數據，合理控制一期冷卻和二期冷卻間期以及合理的水流持續時間，從而獲得良好的溫度控制效果。

4.4 混凝土的表面養護和保護

在混凝土養護期間采用連續濕養護法從而保證結構表面濕潤；對于分段澆筑的部位，養護到新混凝土澆筑。對于采用部分硅粉混凝土澆筑的結構，在結構表面覆蓋的濕透草袋，保證混凝土表面處于濕養護狀態21d以上；如遇干燥氣候條件，延長至28d。對壩體上下游面及孔洞部位整年貼補厚度為30～50mm的聚苯乙烯泡沫塑料板。

4.5 嚴格的施工管理

對混凝土施工工序和施工進度優化，防止荷載過大造成混凝土產生過大的沉降。在施工中做到：盡量縮短固結灌漿時間；對于無法避開4～9月高溫季節施工的情況，采取強化溫控措施，嚴格執行各環節的溫控措施。對承重模板拆除時，嚴格進行安全技術交底，經過技術人員的計算確保安全后方可進行拆模。在施工過程中，加強對混凝土振搗并采用二次振搗的方法消除混凝土內部孔隙，并采用二次抹壓收光的方法減少混凝土表面裂縫。

5 結語

水利工程中混凝土裂縫的預防和控制是混凝土工程施工質量控制的關鍵，建設過程中應對不同成因的裂縫及時采取正確的措施，以提高混凝土工程的質量。大型混凝土結構施工中，溫度應力是造成混凝土開裂的主要原因，選擇適時合理的溫度控制方案可以產生良好的防裂效果。大量工程經驗表明，通過對混凝土結構表面采用保溫措施和結構內部采用冷水管冷卻的方式相結合的方法是防止這種裂縫產生的高效措施。水工結構混凝土裂縫的預防和控制主要在“設計-施工-管理”的過程中從結構設計、混凝土原材料的選取、新技術的使用、施工工藝與管理等方面進行綜合考慮，并通過工程實踐的積累和工程檔案的研究，不斷開發和創新水工混凝土裂縫的防治技術。

[1] 馬永法. 水工混凝土結構裂縫成因分析及其危害性評價[D]. 揚州大學, 2013.

[2] 易魁, 陳豪, 趙志勇, 等. 小灣水電站工程安全分析與決策支持系統研究與構建[J]. 水力發電, 2017(03): 123- 127.

[3] 李雪紅. 重大水工混凝土結構裂縫演變規律及轉異診斷方法研究[D]. 河海大學, 2003.

[4] 陳閣琳. 混凝土結構裂縫的產生及控制措施[J]. 建筑, 2016(19): 72- 74.

[5] 蘇慧敏. 水利工程中混凝土結構裂縫治理技術研究[J]. 中國水能及電氣化, 2015(09): 16- 19.

[6] 仝鑫. 基于超長現澆混凝土結構的裂縫與控制[J]. 中國新技術新產品, 2016(17): 116- 117.

[7] 潘永燦. 建筑工程中混凝土結構裂縫的預防與控制[J]. 住宅與房地產, 2017(03): 187.

[8] 陳美奇. 水利工程中混凝土結構裂縫處理方法及預防措施[J]. 河南水利與南水北調, 2016(01): 69- 71.