云峰大坝补强混凝土裂缝分析及预防措施

摘要：摘要：混凝土裂缝不仅影响了混凝土的外观，还破坏了混凝土的整体性，而且后续的裂缝修补工作也相当麻烦，所以防止裂缝是混凝土施工中非常重要的工作，本文对云峰大坝挡水坝面下游面补强加固工程混凝土裂缝进行了叙述，通过对本工程影响混凝土裂缝主要因素的分析和认识，针对影响混凝土裂缝原因制定和实施了一系列的混凝土防裂措施，实践证明措施有效，效果良好。

关键词：大面积补强混凝土 裂缝 温差 措施

1.工程概况

云峰水电站位于吉林省集安市境内。是一座以发电为主，具有综合效益的混合式开发电站。大坝为混凝土宽缝重力坝，由挡水坝段和溢流坝段两部分组成。最大坝高113.75m，坝顶长828m，上游坝坡1:0.20，下游坝坡1:0.63，坝顶高程321.75m。大坝由55个坝段组成，编号自左向右排列。大坝所在地属大陆性气候，年内气温变化较大，冬季极端气温-42.0℃，夏季极端最高气温39.5℃，年平均气温6.3℃，坝面混凝土所处环境一年内日照频次多，正负温度交替频繁。

2002年3月对挡水坝段下游坝面进行加固补强，施工方法是将挡水坝段坝面混凝土用无声破碎剂开挖凿除60cm后，再补浇60cm厚的钢筋混凝土。混凝土设计标号为C20F200，补强混凝土均为大面积薄层受基础约束的混凝土，而且基础老混凝土弹性模量均很高，基础约束力大。混

式采用滑模通仓连续浇筑，混凝土板长70～80米，宽12～18米，养护方法采用长流水边施工边养护，养护期28天。新老混凝土连接采用垂直坝面插入Ⅱ级Φ22钢筋，间距3.0m*1.5m梅花型布置，锚固深度2.5m，外露40cm，钢筋网用Ⅱ级Φ16钢筋绑扎连接，纵横间距25cm。钢筋保护层厚度20cm。

2.裂缝原因分析

2.1裂缝调查

2002年7月19日对第一块混凝土55^#坝段开使浇筑，8天后底部先浇的混凝土开始裂缝，初步认定为温度裂缝，并针对裂缝做了大量细致的工作，以施工工艺和原材料降温等措施。而后，浇筑第二个坝段53^#坝段时，裂缝仍然存在，经过同甲方和监理共同协商，在浇筑的第四个坝段54^#坝段加进口防裂纤维，以及在第五个坝段10^#坝段加国产防裂纤维，在这期间还做了许多温控措施，如给拌和站料斗加防雨防晒棚，给粗骨料堆洒水降温，拌合水采用水库深部冷水（10℃左右），以降低混凝土的出机口温度，结果裂缝仍然较多，效果并不显著。

2002年先后对55^＃、56^＃、53^＃、54^＃、10^＃、12^＃、9^＃坝段混凝土浇筑后出现的裂缝进行了调查统计，结果见下表1

表1 2002年混凝土裂缝调查统计表

根据调查，裂缝密度以54^＃、53^＃坝段最大，依次为12^＃、9^＃、55^＃、56^＃、10^＃坝段，除水平裂缝外个别坝段还出现1～2条不规则的竖向裂缝，竖向裂缝长度为0.5～2m不等。所有裂缝宽度均在0.4mm以下。

2.2裂缝原因分析

2.2.1温度

同监理和甲方进一步研究，认为裂缝是浇筑温度导致的可能性较大，而后浇筑的12#坝段时，正是9月下旬，气温、混凝土的出机口温度、入仓温度都很理想，可裂缝仍然存在。另外，还有一种温度裂缝是由于混凝土内外温差引起的，例如混凝土遭受寒潮侵袭、夏天混凝土经阳光暴晒后突然下雨、气温昼夜温差大，都会使混凝土内部与表层产生很大温差，混凝土表层温度下降，而内部温度基本不降，这样内部混凝土对表层混凝土起约束作用，同样会导致温度裂缝。

2.2.2粉煤灰

在9^#坝段浇筑时，考虑到掺粉煤灰混凝土早期强度低的原因，所以分别做了4个不同配比试验，为提高混凝土的早期强度，其中选用了两个不掺粉煤灰的配比，几天后已发现底部掺粉煤灰的混凝土有裂缝，不掺粉煤灰中上部也发现裂缝。实验证明在本工程中掺与不掺粉煤灰的混凝土对裂缝影响区别不大，不是影响裂缝的主要因素，相反，混凝土中掺入一定量粉煤灰可起到降低水泥水化热，节约水泥用量的作用。

2.2.3水泥

水泥熟料中少量的Mgo在混凝土硬化后期缓慢水化产生的微膨胀作用，可以起到补偿混凝土后期降温阶段的体积收缩，而并不破坏混凝土结构，从而起到减少或避免混凝土裂缝的作用。本工程混凝土采用的是抚顺水泥厂生产的中热大坝525^＃水泥，该水泥中的Mgo含量较高（国标规定的允许范围内），从而起到了微膨胀的作用，对防止裂缝有较好的作用。

2.2.4滑模

滑模主体为桁架式钢结构，规格为15 m *1.25 m *1.25m，自重3吨，再加上滑模上的施工人员和施工器具、滑模在爬升时的冲击力，重量之大可想而知。因此滑模对混凝土有一个较大的侧压力，滑模在上升过程中与混凝土之间必将产生很大的摩擦力，难免对混凝土造成拉伤，混凝土受拉，而此时粉煤灰混凝土的早期强度增长缓慢，抗拉强度很低，混凝土在硬化过程中产生裂缝，这样给混凝土防裂带来不利影响。

2.2.5养护及保温

2.2.5.1养护

充分养护是保证混凝土强度等性能正常和防止干缩裂缝的重要措施，混凝土浇筑完毕后，应及时洒水养护以保持混凝土表面经常湿润，一般浇筑完毕后12～18h内即开始养护，养护期最不少于14天。2002年本工程混凝土采用钢管钻孔喷水长流水养护，养护期为28天。

2.2.5.2保温

值得注意的是在养护的同时，混凝土表面没有进行保温覆盖，由于大坝所在地属大陆性气候，年内气温、昼夜温差变化较大（见表2），温度裂缝多发生在大体积混凝土表面或温差变化较大地区的混凝土结构中。混凝土浇筑后，在硬化过程中，水泥水化产生大量的水化热，由于混凝土的体积较大，大量的水化热聚集在混凝土内部而不易散发，导致内部温度急剧上升，而混凝土表面散热较快，这样就形成内外的较大的温差，较大的温差造成内部与外部热胀冷缩的程度不同，使混凝土表面产生一定的拉应力。实践证明当混凝土本身温差达到25℃～26℃时，混凝土内便会产生大致10Mpa左右的拉应力，而一般的混凝土抗拉强度远远小于此值。当拉应力超过混凝土的抗拉强度时，混凝土表面就会产生裂缝，这种裂缝多发生在混凝土施工中后期。在混凝土施工当中温差变化较大，或者混凝土受到寒潮袭击等，会导致混凝土表面温度急剧下降，而产生收缩，表面收缩的混凝土受内部混凝土的约束，将产生很大的拉应力而产生裂缝。云峰大坝补强混凝土施工时，仓面气温的平均温差为17.4℃，最大温差可达24℃。气温的变化将会使混凝土将产生的表面温度应力，如果新浇筑坝面不采取保温措施任其暴露于空气当中，完全可能产生早期裂缝。笔者认为这是影响混凝土裂缝的主要原因。2.2.5.3早期拆模

混凝土中掺粉煤灰影响早期强度，混凝土的早期强度增长缓慢，致使混凝土的早期抗拉强度偏小，又滑模的施工特点是变相的拆模过早，新浇筑早期拆模，在表面引起很大的拉应力，出现“温度冲击”现象。在混凝土浇筑初期，由于水化热的散发，表面引起相当大的拉应力，此时表面温度亦较气温为高，此时拆除模板，混凝土脱模后还没有完全硬化，使混凝土过早的暴露在空气当中，表面温度骤降，必然引起温度梯度，从而在表面附加一拉应力，与水化热应力迭加，再加上混凝土干缩，表面的拉应力达到很大的数值，就有导致裂缝的危险，但如果在拆除模板后及时在表面覆盖一轻型保温材料，对于防止混凝土表面产生过大的拉应力，具有显著的效果。

表2 2002年混凝土施工期气温统计表

2.2.6坝体自身变形

     云峰大坝体自身变形方向是水平方向移动向下游，因此容易在下游坝面形成表面张力使混凝土形成裂缝。2002年混凝土浇筑期最大变形量8.05mm(出现在36^＃坝段)，其中各施工坝段最大变形量如下表3。

表3 2002年混凝土施工期各坝段自身变形量统计表

结论：通过以上几点原因分析，认为影响本工程混凝土裂缝主要有以下三点原因，一是气温温差大，混凝土表面没能及时保温覆盖；二是混凝土浇筑温度没能得到较好控制；三是滑模与混凝土之间有较大的摩擦力。

3.裂缝防治措施

通过对本工程影响混凝土裂缝主要因素的分析和认识，2003年混凝土浇筑开始，针对混凝土裂缝制定和实施了一系列的混凝土防裂措施。

3.1养护保温

2003年在混凝土浇筑过程中，采取边浇筑边养护保温的施工方法，混凝土表面继续采用长流水养护，表面保温采用Φ6.5钢筋横向固定于坝面两侧滑模轨道锚筋上，每3米高程一道，上挂塑料薄膜和3cm厚的保温草帘，形成了塑料大棚形式。内层的塑料薄膜起保水作用，外层的保温草帘起保温防晒作用。从而防止了混凝土因干缩变形和温度骤降、昼夜温差大而使混凝土裂缝的不利影响。

当年浇筑的混凝土在越冬之前，用4～6cm厚新的保温草帘再重新加以覆盖，对于防止裂缝的进一步起到良好作用。

3.2滑模改造和施工工艺

3.2.1混凝土滑模改用不同直径的辊轮：上部辊轮直径大于下部辊轮直径。以减少滑模与混凝土之间的摩擦力。

3.2.2混凝土浇筑时，在滑模面板侧铺贴塑料薄膜，采用上铺下撕的方法，滑模在爬升的过程中形成滑模与塑料薄膜之间的直接摩擦，从而使滑模与混凝土之间的摩擦力大大降低。见滑模施工示意图。

3.3混凝土浇筑温度控制

3.3.1原材料

    为降低原材料温度，料仓加防晒棚，骨料堆安喷雾装置。拌和水采用水库深部冷水（10℃左右），以降低混凝土的出机口温度。

3.3.2运输

   混凝土罐车穿保温隔热衣，混凝土下料溜桶采用塑料薄膜和塑料编织袋覆盖，以防止混凝土在下料过程当中水份蒸发和阳光暴晒混凝土升温。

3.3.3仓号

对气温进行24h观测，在高温期对混凝土浇筑仓号进行喷雾降温，仓号搭设防晒棚，对将要浇筑的建基面喷水，以保持在润湿状态。

3.4混凝土浇筑

（1）滑模提升速度严格按施工规范进行，不能过快或过慢。

（2） 进一步加强混凝土在仓面的二次拌和，严格控制骨料分离现象。

（3）在满足卸料和平仓的前提下，在设计范围内尽可能减小混凝土坍落度，以提高混凝土的早期强度，防止混凝土坍塌形成拉裂缝。

（4）混凝土浇筑期间，施工人员现场交接班和用餐时间不停工，绝对保证混凝土浇筑的连续性。

（5）混凝土振捣平仓严格按规范进行，不允许漏振和过振。

（6）罐车交接班时，在装入混凝土之前必须将车内的刷罐水倒净，以避免混凝土水灰比增大。

3.5雨季施工

  下雨之前，在混凝土仓号以上3～5m处坝面上安装一道“V”型截水槽,将雨水引至仓面以外。截水槽用木板加塑料薄膜制成，与坝面间的连接和密封用1：1水泥砂浆粘接联接。仓面和已经出模的混凝土用挂在抹面台车的塑料薄膜覆盖8m～10m长。进入仓面的少量积水，人工用小勺舀除。

4.措施实施效果

由2002年与2003年混凝土裂缝调查统计对比表(表3)来看，混凝土裂缝大大减少，各坝段混凝土裂缝的平均条数由去年的23条减至13条,其中裂缝最少的一个坝段裂缝数仅有5条，且竖向裂缝也基本杜绝。实践证明混凝土防裂措施行之有效，从而改善了混凝土的外观质量，受到业主和监理的好评，取得了良好的社会效益。并为以后工程的混凝土施工积累了经验。

表3 2002年与2003年混凝土裂缝调查统计对比表

5.结语

裂缝影响了混凝土的外观，破坏了混凝土的整体性，所以防止裂缝是混凝土施工中非常重要的工作，混凝土裂缝的产生是多方面原因共同作用的结果，实际施工中应做具体的分析。同时，还要到实际中去了解现场情况，发现问题，及时认真仔细分析研究解决的措施和办法，以保证工程质量。                                                            

：龚召熊·水工混凝土的温控与防裂·水利出版社·1999