德泽水库面板裂缝控制初探

2014-03-24郑冲泉成小东

东北水利水电 2014年4期

关键词：粉煤灰骨料面板

郑冲泉，成小东

（1.云南水投牛栏江滇池补水工程有限公司，云南昆明 650051；2.云南建工水利水电建设有限公司，云南昆明 650041）

德泽水库面板裂缝控制初探

郑冲泉1，成小东2

（1.云南水投牛栏江滇池补水工程有限公司，云南昆明 650051；2.云南建工水利水电建设有限公司，云南昆明 650041）

混凝土面板与其他混凝土结构一样，在硬化过程和硬化后都会因混凝土干缩、温度变化及地基沉降等产生不同程度的裂缝，高面板坝面板裂缝的控制尤为重要，关系到地面防渗系统的成败及大坝的安危。文章通过对德泽水库面板裂缝控制进行探讨，以期对同类工程有所借鉴。

德泽水库；面板裂缝；初探

1 工程概况

德泽水库大坝为面板堆石坝，坝顶高程 1796.30 m，最大坝高 142m，坝顶长 386.9m，顶宽 12.0 m。大坝上游坝坡坡比 1∶1.4，下游坡采用上缓下陡布置，1796.3～1766.3m 坝坡为 1∶1.6；1766.3～1713.3 m 坝坡为 1∶1.5；1713.3m 以下坝坡均为 1∶1.45，并在 1766.3m 和 1713.3m 高程处分别设 3m宽马道。大坝地震设计烈度为 9°。

混凝土面板总面积 54716m2，单块最大长 235 m。面板设纵缝分块，河床段每块宽 12m，共 17 块，两岸边块宽 8m，共 24 块。分两期施工，一期面板浇筑至 1725m，二期面板浇筑至 1793.5m。

2 裂缝产生原因

混凝土面板与其他混凝土结构一样，在硬化过程和硬化后都会因混凝土干缩、温度变化及地基沉降等产生不同程度的裂缝。而混凝土面板的结构型式、边界条件等比其他混凝土结构存在有较大的差异，这种差异使面板裂缝受混凝土干缩、温度变化及地基沉降的影响更大。

由于混凝土面板本身及外在环境的复杂性，这两种裂缝的存在成为面板固有的特性，对面板危害很大，同时危及大坝安全，应针对不同的裂缝成因，采取相应的技术措施，力求最大限度地减少或避免裂缝发生。

3 裂缝防控措施

3.1 精心设计

混凝土面板是面板坝防渗的主体结构，位于坝体的上游表面，根据应力应变分析表明，面板大部分区域为受压区，受拉区分布在周边缝处和面板顶部较小区域。面板厚度顶部采用 0.3m，河床底部厚 0.8m，中间按直线变化。

为限制裂缝的发生或扩展，设计采取以下措施：

1）根据坝址地形地貌及地质条件，合理分缝分块，改善面板的应力状态，将面板垂直分成41块。受拉区面板宽 8m，其余部位面板宽 12m。为避免面板间缝由于硬接触使得面板混凝土受挤压破坏的现象，在缝间填充 5mm 的高密缓冲隔板。

面板单块最大长度 235m，为改善面板的应力应变条件，在一期面板顶部 1725m 处设一条水平施工缝，浇筑二期面板混凝土之前，施工缝的缝面经凿毛处理，清理干净，缝面用水湿润，铺一薄层高强度砂浆，面板钢筋穿过缝面。

因挤压边墙后堆石体的沉降变形，已浇筑面板与挤压边墙表层间或多或少均存在脱空现象，为减小面板的变形开裂，在一、二面板顶部均采用采用低标号、低压缩性的水泥、粉煤灰。水泥∶粉煤灰=1∶4，灌注密实，2 期共灌注水泥 46.2t，粉煤灰184.8t。

2）面板混凝土的抗拉强度及极限拉伸值的大小对面板抗裂性能影响较大，而混凝土强度等级的高低与抗拉强度及极限拉伸值呈正比例关系。因此，面板混凝土抗压强度等级为 C30，极限拉伸不小于 1×10-4。

3）面板近缝部位全面设置加强筋，在靠周边缝、垂直缝范围及面板分期施工缝附近布置双层钢筋，以抵抗这些部位可能产生的不均匀变形；根据审查意见，1B 料顶高程 1700m 以上表层设温度限裂筋。

4）将面板下伏的支撑面挤压边墙与垂直缝对应部位切槽、挤压边墙表面喷涂乳化沥青、割断面板钢筋架立筋等措施减弱挤压边墙对面板的约束。

3.2 原材料优选

1）水泥

参照国内外已建面板坝的成功经验及配合比试验，采用云南省宣威宇恒水泥有限公司生产的P.O42.5 级中热普通硅酸盐水泥，即 3d 水化热219J/g，7d 水化热 285J/g。为保证水泥性能的稳定性，根据每期用量，对生产厂家提出中热及少批次指标，适当提前专窑集中生产专库储存，每库不少于 2500t，专门供面板使用。

2）粉煤灰

采用云南省宣威共创实业粉煤灰公司生产的Ⅰ级F类粉煤灰。优质粉煤灰中含有大量微珠颗粒，掺入混凝土中能减少水泥的需水量，能降低混凝土的弹性模量，降低水化热，提高混凝土后期极限拉伸值。

该工程掺加 20%的优质Ⅰ级 F 类粉煤灰以替代部分水泥，既节约了水泥，又提高了面板的抗渗性，从而提高了抗裂性能。

3）粗细骨料

为减少面板混凝土因温度和干缩产生的拉应力，提高其抗裂性，采用热膨胀系数小的灰岩生产骨料，使因温度变化而引起的拉应力和拉应变尽量的小。

为降低石粉含量，砂全部采用水洗砂，细度模数 FM=2.5～3.0。粗骨料采用二级配，小石∶中石= 45∶55，以提高混凝土的抗分离能力。

4）外加剂

采用云南山峰工贸有限公司生产的 SFK 引气剂和 SFG 缓凝减水剂，根据 GB8076-2008 标准，外加剂所检项目符合标准规定的要求，均具备提高混凝土工作性的功能。

5）聚丙烯纤维

混凝土中掺适量的纤维，能很好地抑制混凝土早期塑性收缩，有一定的阻裂、增韧能力。由于混凝土中微裂缝的存在是其本身固有的一种物理性质，宏观裂缝是微观裂缝扩展的结果，掺用聚丙烯纤维是从源头控制微观裂缝的生成。

在一二期面板混凝土中均采用江苏射阳丝鼎纤维制造有限公司生产的聚丙烯纤维（单丝型），该纤维弹性模量较大，便于和混凝土协调变形。根据有关试验表明：0.9kg/m3是一个比较合适的掺量。

3.3 配合比优化

通过大量配合比试验及借鉴其它工程成功经验，面板混凝土采用中热水泥、Ⅰ级 F 类粉煤灰、高性能减水剂和引气剂、混掺聚丙烯纤维。

根据混凝土性能试验结果，并参考其他工程资料，推荐 C30配合比为每立方米混凝土中各种材料用量：水胶比 0.40,20%粉煤灰掺量 66kg，砂率 37%，聚丙烯纤维掺量 0.9kg ，水 132kg，水泥264kg，砂 717kg，小石 549kg，中石 672kg，引气剂 0.066kg，高效减水剂 2kg。

施工过程中加强骨料的跟踪检测，及时掌握骨料的变化情况，对施工配合比用量进行调整，使调整后的材料用量符合配合比设计用量，同时重点控制细骨料的表面含水率及骨料的超逊径含量调整。

3.4 施工措施

1）优化施工程序，采用“坝体变形时空预沉降控制法”和“反抬法”控制坝体后期变形，从施工工艺上减小面板出现结构裂缝的可能。

2）合理选择面板浇筑时机，2 期面板均选择在少雨和气温相对适宜的 3～4 月，气温相对较高的5～6 月采取骨料遮阳及拌合用水加冰等措施降低不利天气的影响。

3）设置坝体填筑与对应部位面板浇筑超高值，尽量减轻大坝上升对已浇面板的影响，经论证和借鉴其他工程经验，一期面板浇筑顶高程 1725m与填筑高程 1745m 相差 20m，这样可避免面板顶部与堆石体之间的不协调变形，改善面板的受力条件，避免或减少面板脱空与裂缝产生。

4）设置预沉降期，每期面板浇筑前，浇筑部位的坝体均有不少于3个月的预沉降期，以降低附加沉降对面板的影响。

4 面板混凝土质量控制

1）原材料配料准确与否是面板裂缝控制的又一重要环节，为此，所有拌合站都安装了经质量技术监督局率定的自动称量系统，保证原材料称量准确。

2）加强面板混凝土拌合的均匀性，以保证其面板有较高的延伸性，以提高抗裂性能。为保证纤维分布均匀，同时也能提高拌和效率，拌和系统所用搅拌设备为强制式拌和机。根据现场试验，夜晚和温度相对低时，坍落度 3～5cm 时，强制拌和 150s，白天和温度相对高时，坍落度 5～7cm 时，强制拌和 120s，混凝土均能拌和均匀。

3）为保证混凝土在运送过程中不致发生分离、漏浆、严重泌水或过多降低坍落度，尽量减少转运时间，以便生产的混凝土在最短的时间内入仓浇筑。二期面板浇筑时，总结一期经验，在右岸坝头建拌合站，运距小于 400m，同时用小型农用车运送，可以尽量降低坍落度，使其保持在 3～5cm 间，保证了混凝土的质量。

入仓混凝土及时振捣，以使混凝土密实并紧贴挤压边墙。铺料间隙时间符合要求，无初凝现象，以免造成施工冷缝而留下产生裂缝隐患。

4）面板的养护，特别是面板的早期养护，对防止面板裂缝尤为重要。养护好的混凝土面板，除强度增长较快外，还可降低因干缩产生裂缝的程度。

为防止面板裂缝，面板自拉模起就应加强养护和保护。拉模抹面处理后覆盖土工布并洒水养护，面板浇筑期可在土工布上洒水养护，面板浇筑结束可采用洒水花管进行自流养护，时间不少于3个月或养护至水库蓄水。