混凝土面板防裂技術措施的研究與應用

曹 力，劉 偉，陳小明

（1.新疆卡拉貝利水利樞紐工程建設管理局，新疆 喀什 844000；2.水利部產品質量標準研究所 浙江省水利水電裝備表面工程技術研究重點實驗室，浙江 杭州 310024；3.水利部杭州機械設計研究所 水利機械及其再制造技術浙江省工程實驗室，浙江 杭州 310024）

1 引言

新疆卡拉貝利水利樞紐工程位于克孜勒蘇柯爾克孜自治州烏恰縣境內，具有防洪、灌溉、發電等綜合效益。該工程東距喀什市165 km，北距烏恰縣70 km，距烏魯木齊1 606 km。工程規模為大Ⅱ型，總庫容2.62億m3，電站裝機容量70 kW。大壩為混凝土面板砂礫石壩，最大壩高92.5 m，上游壩坡1∶1.7，下游壩坡1∶1.8，見圖1示所。

圖1 卡拉貝利水利樞紐工程壩體剖面圖

該工程地震設計烈度為Ⅷ度強，設計地震的50年內超越概率P50為2%的基巖場地水平峰值加速度為647 gal(0.66 g)，作為校核地震的100年內超越概率P100為2%的基巖場地水平峰值加速度為780 gal(0.79 g)，同時壩頂高程1 775 m。冬季寒冷，氣候干燥，澆筑期間白天氣溫在25 ℃以上，夜間氣溫在-10 ℃以下，晝夜溫差達35 ℃左右；混凝土澆筑的3～5月，平均風速2.4 m/s，風速超過10 m/s的天數達到14 d，不利于混凝土面板施工的大風因素尤為突出。

混凝土面板的裂縫一直是工程界致力解決的難題，從面板混凝土的結構特點和工作環境來看，其裂縫產生主要由結構荷載方面、材料性能方面、溫度應力方面、基礎應力約束方面和施工工藝方面等因素組成。

針對新疆卡拉貝利水利樞紐工程極端惡劣的特殊自然環境，從各類混凝土原材料的選擇、優化配合比、施工工藝及后期養護等全過程加強控制，采取有效的技術措施來提高面板混凝土的防裂能力，減少和有效控制面板裂縫的產生和發展。

2 面板混凝土防裂技術思路

（1）優選各類混凝土原材料，發揮原材料性能，提高材料對防裂的貢獻。

（2）優化配合比設計研究，提高并改善混凝土的物理、力學、耐久性等指標，獲得良好的技術性能。

（3）充分考慮施工環境和工藝條件，使混凝土拌合物具有良好的施工性能。

（4）采用適宜的摻合材料、高性能外加劑等技術措施，改善混凝土的變形能力、溫度應力條件，進一步提高混凝土防裂能力。

（5）采取合理的施工技術工藝，提高混凝土的均質性，有效改善混凝土的應力應變條件。

（6）采取合適的防風保濕養護措施和溫度控制措施，將環境溫度應力影響控制在混凝土應力應變可承受范圍內。

3 面板混凝土施工技術防裂措施

根據卡拉貝利水利樞紐工程不利施工條件，結合其他類似工程施工經驗，面板混凝土施工過程中質量控制實行閉環處理，主要從以下幾個方面入手，減少混凝土面板裂縫的發生。

3.1 減小沉降變形，預防沉降裂縫

（1）施工期擠壓邊墻預留的預變形量沒有達到預期的變形，上游擠壓邊墻坡面沒有進行修整，目前已經開始噴涂乳化瀝青隔離層。（2）控制填筑質量，減小大壩沉降變形。砂礫料取樣檢測平均相對密度0.92，大于設計標準0.85，大壩原型觀測沉降數據顯示，施工期（11個月）大壩0+280樁號最大累計沉降量21.1 cm，壩體沉降數值較小，沉降速率趨于穩定。（3）預留足夠的沉降期。規范規定的面板壩沉降期宜為3～6個月，卡拉貝利大壩2016年7月23日 封 頂，2017年3月1日 開 始 混凝土面板澆筑，大壩沉降期超過7個月，滿足規范要求。

3.2 采取措施弱化邊墻約束、減少混凝土面板裂縫

（1）控制擠壓邊墻坡面平整度，減小擠壓邊墻對面板的約束。（2）設置2.5 mm厚度兩油一砂改性瀝青隔離層，強化乳化瀝青涂層的隔離效果，減弱邊墻對面板的約束。（3）面板鋼筋安設過程采用架立鋼筋固定，在混凝土澆筑時隨著滑模提升及時割除，消除架立鋼筋約束。

圖2 大壩施工照片

表1 面板混凝土配合比

3.3 優化混凝土配合比設計，增強面板混凝土抗裂性能

（1）優化混凝土配合比設計，保證混凝土力學性能指標。試驗研究有利于防裂的混凝土面板配合比設計及良好的砼性能。（2）把好原材料關，提高混凝土抗裂性能。選取質地堅硬、清潔、級配良好，吸水率、含泥量小的卡拉貝利工地天然砂石骨料，降低骨料對混凝土收縮及抗拉性能的影響。（3）添加聚乙烯醇纖維，提高面板混凝土抗裂性能。面板混凝土配合比設計中摻加適量的螺旋形聚乙烯醇纖維，增強面板混凝土早期抗裂性能。（4）嚴格執行施工配合比，控制混凝土拌合質量。嚴格執行施工配合比，定期檢測、校驗拌合設備，精準控制水灰比和外加劑含量，加強混凝土拌合時間控制，有效控制混凝土拌合質量。

3.4 加強澆筑過程控制，保證混凝土施工質量

（1）加強現場施工過程管控，提高混凝土拌合質量，合理安排澆筑計劃，均衡施工。（2）采取適宜的施工布置方案，盡量減小混凝土拌合物運輸過程坍落度損失；保持施工的連續性，提高混凝土澆筑的均質性；合理布置各分塊澆筑順序和間隔時間，降低板間約束影響。混凝土拌合站建在壩頂，縮短混凝土運輸距離、改變混凝土運輸方式。施工采用了在壩頂建立了HZS60型的拌合站2套，10 m3混凝土罐車水平運輸，倉面采用溜槽垂直入倉，人工平倉振搗。從施工情況看，施工簡單、快速、安全。（3）采用滑模攤鋪混凝土，提高混凝土攤鋪質量和速度。使面板混凝土攤鋪均勻密實、快速進行澆筑，減少了不均勻收縮產生的裂縫。（4）加強混凝土坍落度檢測，提高混凝土入倉和易性。加強混凝土坍落度檢測，對出機口、入倉、倉面（3～5 cm）坍落度實時控制，及時調整，確保混凝土獲得良好的和易性，提高面板混凝土實體質量。

圖3 大壩施工照片

3.5 采取有效防風措施，減少不利施工影響

（1）在混凝土溜槽上安設牢靠的防風遮陽帆布，減少大風、高溫時混凝土的水分散失，保證混凝土入倉的和易性。（2）結合工程實際與現場試驗，選用適宜的入倉坍落度（擬采用螺旋形布料機在倉面進行二次攪拌、攤鋪），人工及時收面、兩次壓光，混凝土終凝前采用隨滑模提升的塑料布覆蓋,防止混凝土初期水分損失；終凝后采用底層線毯、上層兩布一膜覆蓋。（3）在混凝土面板體內預埋拉錨螺栓，有效錨固養護材料，間隔選用鋼筋壓重，保證風季養護覆蓋材料能有效固定。

3.6 科學合理的養護，減少溫度裂縫的發生

（1）面板混凝土施工安排在2017年3月～5月，根據2014年至2017年項目部氣象記錄，該時段平均氣溫在13.5 ℃左右，氣溫適宜。（2）拌和站設置保溫措施，嚴格控制混凝土出機口溫度、入倉溫度及環境溫度，保證混凝土入倉溫度在3～15 ℃以內；（3）面板混凝土內部安設溫度探頭測溫，壩頂安裝熱水鍋爐，專人監測氣溫、水溫及混凝土內外溫度，及時調整養護水溫，確保面板混凝土內外溫差小于20 ℃。（4）采用左右岸壩肩的2座100 m3蓄水池及10 t熱水鍋爐（提高低溫時段養護用水溫度，減少混凝土內外溫差）聯合供水，面板混凝土主供水管道采用布置于壩頂的DN100鋼管，面板澆筑過程中采用專人配DN20移動式塑料管灑水養護，每塊面板澆筑完成后，利用面板頂部及中部水平布置的2道DN20塑料花管配閥門獨立提供長流水養護。（5）采用線毯、兩布一膜覆蓋，壩頂花管長流水養護，保證養護效果。在最后一次鋼模壓光完成后，立即覆蓋線毯，并灑水濕潤線毯；待混凝土終凝1～2 h后開始采用花管小流量的噴水對混凝土進行養護；待混凝土終凝10 h左右，加大養護水流量，在覆蓋的線毯表面形成明流，使混凝土表面始終有一定深度的水流通過，微浸泡在水中，這樣既可避免大風刮起線毯、保持混凝土全方位處于溫潤狀態，還可使混凝土表面保持相對恒溫，養護水溫保持在14～18 ℃，消除了晝夜溫差的影響。面板混凝土養護工作一直持續到大壩蓄水。

4 結論

新疆卡拉貝利水利樞紐工程自然環境極端惡劣，通過采取一系列有效措施，面板混凝土產生裂縫較少，大大降低了后期裂縫處理費用，經現場普查共計裂縫291條，橫貫裂縫，寬度≥0.15 mm的裂縫，采用聚氨酯進行化學灌漿，后涂刷HK-G-2環氧底膠，再采用HK-988彈性涂料進行涂層封閉處理；寬度0.1～0.15 mm，長度≥1.0 m的裂縫，采用涂刷HK-G-2環氧底膠和HK-988彈性涂料進行涂層封閉處理。經過3年多的蓄水運行，大壩運行正常，工況良好。