瑪熱勒蘇水庫面板裂縫統計及成因分析

陳曉佳

(塔城地區水利水電勘察設計院，新疆 塔城 834700)

修大壩，建水庫，不但可以起到防洪、抗旱的作用，還可以用于灌溉、發電等，是人類利用和改造自然的重要措施。在我國，水庫是重要的基礎設施，也是防洪工程重要的組成部分[1]，在國民經濟中發揮重要作用。它的安全問題不容忽視，一旦潰壩，不僅影響水電站的效益，還會對大壩下游人們生命財產帶來嚴重危害，主要表現有裂縫和滲漏兩個方面[2-5]。本文主要討論瑪熱勒蘇水庫面板裂縫問題，分析裂縫產生的原因并針對性的提出治理措施。

1 工程介紹

瑪熱勒蘇(MRLS)水庫位于額敏河支流—馬拉蘇河出山口處，由大壩、放水隧洞、導流沖砂隧洞、溢洪洞四部分組成，總庫容為3.23×107m3，主要工程任務是以工業、城鎮生活供水和灌溉為主，兼顧防洪、發電等綜合利用，是一座屬Ⅲ等中型水庫。

MRLS水庫壩型為面板砂礫石壩，壩頂設計高程808.90 m，壩頂寬8.0 m，壩頂全長250 m。混凝土面板是大壩防滲體結構，設置在墊層的上游面，面板與墊層之間設置擠壓邊墻(擠壓邊墻梯形、頂寬10 cm、高40 cm，上游邊坡1∶1.595，下游邊坡8∶1)，并在擠壓邊墻表面噴涂乳化瀝青，擠壓邊墻主要作用是平整上游壩坡便于砼面板澆筑，在墊層碾壓時起到模板作用，同時在壩體臨時斷面度汛時能起到較好的擋水度汛作用。

2 材料與方法

2.1 砼面板厚度與設計指標

設計結合面板的施工要求、結構要求、耐久性要求考慮，砼面板厚度沿不同高程采用漸變厚度結構。根據《混凝土面板堆石壩設計規范》(SL 228-2013)面板厚度的計算公式為：

t=0.30+(0.002～0.0035)H

式中：t為面板厚度，m；H為計算斷面至面板頂部的垂直距離，m。H采用正常蓄水位至計算斷面的垂直距離，初步選定以高差30 m為一個計算單元，計算結果見表1。經計算并結合已建工程施工經驗，面板采用40 cm～60 cm漸變厚度。

2.2 面板的配筋及指標

面板的配筋設計為單層雙向鋼筋，每向配筋率為0.4%，鋼筋布置在面板厚度的中央。砼面板的設計強度指標為C30、抗滲標號為W10，抗凍等級根據壩址區所處的氣候條件及水庫運行水位變化采用F300。

2.3 面板分塊與分縫

砼面板的分縫有水平縫、垂直縫和周邊縫。它們有不同的修復方法，同時還要考慮當地的地質、氣候等因素。

由于該項目屬于嚴寒地區，設計中對砼面板表層進行防護處理，根據目前水利工程中砼防護措施和材料的發展，本工程采用高分子防水防護涂料對砼面板進行防護處理。

3 結果與分析

3.1 大壩裂縫統計

本工程大壩混凝土面板共分為32塊，其中6 m寬面板左右岸各10塊、中部12 m寬面板10塊、與趾板結合部特殊塊有2塊，面板頂部厚度為0.4 m，漸變至面板底部，底部最大厚度為0.6 m。面板采用與趾板同標號C30F300W10混凝土澆筑，混凝土配合比采用二級配。面板頂部高程為806.7 m，河床段面板底部高程為732.55 m，最大高差為74.15 m，最大斜長為139.9 m。面板混凝土于2017年6月27日開始澆筑，至2017年9月20日完成所有面板砼澆筑，在所有面板砼澆筑完成后對大壩面板裂縫進行全面檢查(裂縫分布、條數、長度、寬度、深度及是否貫穿等)。經對面板裂縫全面檢查共發現混凝土裂縫96條(縫寬小于0.2 mm的43條，縫寬大于0.2 mm的53條)，其中縫寬大于0.2 mm的裂縫總長度460.3 m，縫寬0.2 mm～0.46 mm，均為非貫穿性裂縫，主要分布于面板中間部位。

2017年9月對面板裂縫進行檢查完成后，施工方計劃對面板裂縫及時進行處理，但是經過參建各方溝通后認為在2017年處理面板裂縫由于其發育還不穩定，建議經過一個冬休期凍融后再進行處理，于是在2017年沒有對面板裂縫進行處理，面板處于自然停擺狀態。

2018年7月20日，本工程進行了復工。由于面板長時間的停放，在復工前，對面板重新進行了一次全面的裂縫調查，經調查發現，與2017年9月調查結果相比，其裂縫條數、長度等均有較大變化，裂縫條數由2017年96條增加為296條，裂縫總長度由2017年794.8 m增加到目前2593.5 m，其中縫寬大于等于0.2 mm的裂縫總長度2169.5 m，縫寬小于0.2 mm的424 m，經觀察裂縫均為非貫穿性裂縫，主要分布于面板中間部位。經分析，面板裂縫產生較大變化主要原因在2017年9月調查時其裂縫未完全發育穩定，砼變形還處于不穩定狀態，現經過近11個月時間的擺放，砼裂縫開展已基本完成，造成裂縫變化較大。

幾座已建成水庫面板裂縫調查見表2。按照每平方千米裂縫長度統計情況看：最大的為下天吉二期181.33 m，最小的為溫泉水庫9.39 m，MRLS水庫為96.06 m處于中等水平；按照每平方千米裂縫條數統計情況看：最大的為卡浪古爾29.5條，最小的為積石峽2.03條，MRLS水庫為10.96條處于中等水平。按照每千平米裂縫長度統計情況看：最大的為下天吉二期181.33 m，最小的為溫泉水庫9.39 m，MRLS水庫為96.06 m處于中等水平；按照每平方千米裂縫條數統計情況看：最大的為卡浪古爾29.5條，最小的為積石峽2.03條，MRLS水庫為10.96條處于中等水平。

表2 幾座混凝土面板裂縫統計

3.2 大壩裂縫成因分析

對本工程砼面板產生裂縫進行分析，在面板澆筑過程中施工方在原材料的選定、配合比設計、混凝土拌和、運輸、澆筑、養護等各個階段進行了有效地控制，但仍然出現面板裂縫。針對面板裂縫，從施工記錄、氣象資料和同類工程資料綜合分析，本工程面板產生裂縫主要原因為天氣氣溫過高以及混凝土水化熱。

(1)氣溫溫度過高。由于新疆特殊的施工環境(11月～3月為冬休期，6月～8月為高溫天氣)，面板混凝土澆筑周期為3個月左右，故本工程面板澆筑無法避開高溫天氣。根據施工記錄顯示，在6月～8月施工現場最高溫度為42℃(高于35℃有45天)，同時工程建設當地氣候干燥(極易將未終凝混凝土中的水分蒸發)、晝夜溫差較大都容易使面板產生裂縫。從裂縫調查結果來看，左右岸6 m寬面板裂縫明顯比中部12 m寬面板要少，而中部面板澆筑為7月～8月最高溫階段，左右岸則在9月初進行澆筑，氣溫已下降至約25℃。

(2)水化熱。通過現場對面板內埋設溫度傳感器進行混凝土內部溫度觀測情況看，混凝土內部溫度一般在24 h～27 h之間達到最高值(高達45℃)，而環境溫度一般在15℃～42℃之間，混凝土內部與周圍環境存在較大溫差。由于水泥水化熱引起的混凝土內外溫度差過大，產生溫度應力，一旦溫度應力大于混凝土的抗拉強度，就會產生裂縫。

4 處理措施

經過面板澆筑完成后一個冬季凍融循環，目前面板裂縫的開展已基本處于穩定，需及時開展對面板裂縫進行處理，對于面板裂縫的處理，在咨詢了一些新疆類似工程的處理方法以及結合《水工建筑物化學灌漿施工規范》(DL/T 5406-2010)的相關規定，根據裂縫的寬度和是否貫穿采取措施進行處理，處理基本原則有兩個。裂縫處理示意圖見圖1。

圖1 裂縫處理示意圖

(1)縫寬小于等于0.2 mm：進行表面封閉處理，即面板表面涂刷1.2 mm厚的聚脲進行封閉。

(2)縫寬大于0.2 mm或是貫穿性裂縫：采用化灌水溶性聚氨酯進行處理。

5 結語

本文以瑪熱勒蘇水庫為依托，對該水庫面板裂縫數量、長度等參數進行統計與分析，并根據分析結果探討裂縫成因及處理措施。分析結果表明，面板產生的裂縫主要由天氣溫度過高和混凝土水化熱兩方面原因引起的。統計結果表明，瑪熱勒蘇水庫32塊大壩混凝土面板中共發現96條裂縫，均為非貫穿性裂縫，主要分布于面板中間部位。在該庫區已建成的水庫中，瑪熱勒蘇水庫每平方千米裂縫長度處于中等水平。