某拦河坝面板混凝土防裂及裂缝处理技术

2017-07-12赵雅睿

河南水利与南水北调 2017年6期

关键词：堆石坝滑模面板

□赵雅睿

（南阳市鸭河口灌区管理局）

某拦河坝面板混凝土防裂及裂缝处理技术

□赵雅睿

（南阳市鸭河口灌区管理局）

面板混凝土的施工是面板堆石坝中的施工难点，根据国内外完建的面板坝资料显示，几乎所有的面板堆石坝均不同程度的发现了裂缝，加上面板防渗体在面板坝中的关键性作用，所以面板是否有裂缝成为一个面板坝工程施工成功与否的标准之一。针对裂缝产生的原因，裂缝主要是自身前期散热、外界的温度变化，以及风力影响，产生收缩、干缩引发拉应力所导致，应从提高混凝土本身的抗裂能力和减少外部的破坏力来减少或防止裂缝的产生。

面板混凝土；防裂；裂缝处理；水电站

1 工程概况

某拦河坝坝型为混凝土面板堆石坝，坝体填筑量约为128.00万m3，面板混凝土9 200 m3，钢筋645 t。面板堆石坝面板混凝土面板为一期施工，面板共18块（其中3块为一期二序施工），标准块宽度均为12 m，面板厚度为e＝0.30+3×10-3 H，顶部厚30 cm，垂直缝总长为1 524 m，周边缝总长度为440 m。面板混凝土设计抗压强度为C25，采用最高等级的抗渗指标W12，抗冻标号为F100，面板采用单层筋双向布置，配筋率为0.50%。面板混凝土计划2个月施工完毕。

混凝土面板钢筋采用现场人工绑扎制作钢筋，坡面运输由钢筋台车完成，混凝土由拌和楼拌制，6 m3混凝土搅拌运输车运至填筑顶面，利用两道U型铁皮溜槽溜送入仓，侧模由15 cm×15 cm方木中间加垫1～3 cm木板拼制而成，为了保证侧模顶面的平整度和刚度，在其顶面内角嵌设一道5 cm×5 cm角钢，侧模固定采取利用面板水平结构筋焊接拉杆形成外拉内撑结构固定；面板由一套无轨滑模跳仓法进行混凝土施工，基面处理、钢筋绑扎、侧模安装及混凝土浇筑等各道施工工序穿插进行流水作业。滑模采用2台固定在填筑面上游侧的10 t卷扬机牵引提升，卷扬机采用圧重式固定，每浇筑一层混凝土提升滑模一次，每次提升不能超过一层混凝土浇筑高度，滑模滑升做到匀速、均衡上升，原则是“短行程，多频次”，平均提升速度控制在1～2 m，最大滑升速度不超过3 m。

2 混凝土面板裂缝分布规律

面板混凝土的施工是面板堆石坝中的施工难点，面板是否有裂缝成为面板坝工程施工成功与否的标准之一。根据国内、外及本工程混凝土面板裂缝情况，找出其分布的规律，主要其特点是：一是基本上成水平方向且部分贯通或贯穿整个板块；二是裂缝宽度一般〈0.30 mm，以0.10 mm左右居多；三是裂缝较细者为浅表型，较宽的贯穿面板厚度；四是大部分在混凝土初凝后至7 d内发现，之后一般不再发展，部分有闭合和自愈趋势，但有在越冬或蓄水后有所发展的现象。

3 裂缝产生的因素和原因

3.1 裂缝产生的因素

裂缝产生的因素一般可分为结构方面、混凝土自身方面、混凝土施工环境方面三方面因素。一是结构因素：面板长度比较大，一期面板中最大长度为144.52 m，厚度薄，最薄处为30 cm。二是混凝土自身因素：混凝土的干缩、冷缩、抗拉强度及极限拉伸值有限等。三是施工环境因素：堆石体尤其垫层料变形大，施工期日或周气温变幅大，养护措施不到位，施工工艺差等。

3.2 裂缝产生的原因

根据裂缝产生的因素，混凝土面板发生裂缝的原因，一般为变形、温度和干缩三方面原因。

从已有的面板坝变形观测资料显示，某大坝蓄水前最大沉降为50.50 cm，水平位移最大为4.05 cm，截至目前，大坝最大沉降量为56.50 cm，水平位移最大为4.21 cm，较设计阶段根据静力计算结果得出的蓄水前和蓄水后的最大沉降量为60.50、61.80 cm均小,最大水平位移3.36、3.82 cm稍大。表明堆石坝体的填筑质量还是不错的，另根据面板施工初期埋设的脱空测缝计读数显示，面板和下部挤压边墙间最大脱空仅为2 mm，因此，堆石体变形因素对面板施工影响不大。由此可见，本工程水平裂缝的主要原因是外界的温度和自身的干缩引起的。由温度、湿度变化引起混凝土收缩，在下部挤压边墙基础的约束下诱发拉应力，是促使发生裂缝的破坏力，当破坏力超过混凝土本身的抗裂能力时，则产生裂缝以抵消拉应力产生平衡。破坏力是导致裂缝产生的外因，混凝土本身的抗裂能力是内因。因此，要防止混凝土裂缝，就要采取措施尽量提高混凝土本身的抗裂能力，并尽量减小外界因素引发的破坏力。

4 提高混凝土自身抗裂能力的措施

本工程主要从以下几个方面采取措施，保正面板混凝土的质量，来提高面板混凝土的抗裂能力。

4.1 原材料的选择

4.1.1 水泥

本工程面板混凝土所用水泥中选用质量稳定、安定性好的水泥厂生产的中低热P.042.5普硅水泥。

4.1.2 骨料

砂石骨料的吸水率、含泥量对混凝土的收缩及抗拉性能有较大的影响。本工程面板混凝土采用现场附近砂石料厂生产的骨料，含有紫灰色石英砂岩、紫红色粉砂岩。其中石英砂岩吸水率较低，在0.40%左右；粉砂岩的吸水率较高在0.70%左右。砂子细度模数为2.50，符合施工规范2.60～3.20的要求。经现场试验室和监理工程师对面板施工期间对使用砂石骨料的检查，各项指标均满足要求。

4.1.3 外加剂掺加

按照实验结果，掺加适量的减水剂和引气剂，尽量减小用水量，保证混凝土具有很好的和易性。

4.1.4 掺和料

掺加25%的优质Ⅱ级粉煤灰。

4.2 优化配合比设计

面板混凝土设计标号为C25，二级配，抗冻标号为F100，抗渗标号为W12，根据设计、规范要求以及专家意见，结合实验室试配结果，水胶比选用0.46，砂率选用36%，含气量4～5，坍落度为5～9 cm，根据工地试验室的实验结果，面板混凝土28 d抗压强度为40.60 MPa，劈裂强度为3.25 MPa,抗折强度为5.66 MPa，拌和物粘聚性好，初凝时间6.30 h，终凝时间7.40 h。

4.3 加强施工管理，确保施工质量

严格按监理审批的配合比进行配料，严禁擅自更改配合比。混凝土必须搅拌均匀，搅拌时间不能少于3 min，由于混凝土浇筑强度较低，加之运输距离，拌和站在无搅拌运输车接料情况下要一直处于搅拌，保证混凝土不离析，现场实测搅拌时间都要在5 min之上。采用6.00 m3混凝土搅拌运输车运输面板混凝土，以减小运输过程中混凝土的分离和温度回升，并要求搅拌运输车在卸料前需搅拌1 min以上。

在仓面下料口处保证适宜的坍落度，为了尽量较小混凝土在溜送过程中的分离，提高混凝土的强度保证率，现场要求混凝土的入仓坍落度为3～5 cm，并在溜槽中每隔10 m设置一道活动档板，因当坍落度〈3 cm时，搅拌运输车卸料较难。施工实践表明，入仓坍落度控制在3～5 cm是比较适宜的，基本无分离现象产生，且和易性良好，易于振捣密实。

滑模连续、均匀上升，下料速度与滑模提升速度相匹配，掌握好脱模时间、控制每次滑升距离，因为过早脱模混凝土容易下坠，脱模过迟，混凝土和滑模间黏结力过大容易将新浇混凝土拉裂。

仓面上做到均匀布料，振捣充分，保证混凝土的密实性和均匀性，特别是两侧铜止水区域，需人工锨铲扣料，用Φ50软轴振捣棒振捣，其余区域用Φ70棒振捣。

为保证混凝土的表面外观工艺，面板混凝土分粗平、精平、压光3次收面：脱模后首先人工用木模粗平，然后用钢模精平，待混凝土初凝前，人工在滑模后面拖挂的收面滚杠上再进行揉搓压光，确保混凝土表面密实、平整，避免面板表面脱水后形成细小水帘，避免收缩不均产生裂缝。

4.4 面板混凝土的养护

新浇混凝土面，收面压光结束后立即覆盖PE膜，并将PE膜固定在面板混凝土中预埋的12#铁丝上，进行保水养护，以防表面水分过快蒸发而产生干缩裂缝。

终凝后加盖稻草垫子，并进行充分洒水养护，洒水养护主要是人工将活动水管插至PE膜下将坝面混凝土尽量全部洒湿，从而起到既保温、保湿又防风吹的三重效果，且养护期尽量延续到蓄水为止，有效地减少裂缝的产生。

覆盖养护，现场采取随蓄水位的升高而掀除面板表面覆盖的草垫及PE膜的方法，对于正常蓄水位高程以上的面板，尽可能覆盖养护到验收交付为止。