堆石坝混凝土面板裂缝成因及防治

摘要：分析了面板堆石坝在施工期及蓄水时出现裂缝的原因，探讨面板混凝土结构性裂缝和非结构性裂缝产生的机理、规律和主要影响因素，结合公伯峡水电站大坝面板裂缝处理经验，从材料、结构和施工技术等方面提出了防治堆石坝混凝土面板裂缝的措施。

关键词：面板堆石坝；面板裂缝；成因分析；防治措施

Abstract: the author analyzes the face rockfill dam during construction and the cause of cracks when water storage, this paper discusses the concrete structural cracks and the panel structural cracks mechanism, and the rule and the main influence factors, combined with gongboxia hydropower station dam panel crack processing experience, from material, structure and construction technology and puts forward the concrete face rockfill dam of cracks in the prevention and control measures.

Keywords: face rockfill dam; Panel crack; Cause analysis; Prevention and control measures

我国用现代技术修建混凝土面板堆石坝始于1985年，已经过了20年的历程。实践证明，这种坝型具有安全可靠、投资省、工期短、施工简化、导流度汛方便等优点。在当地条件适当时，宜优先选用。

我国的混凝土面板堆石坝无论在数量、规模、坝高、技术难度等方面都居世界前列。但一些面板堆石坝在施工期和蓄水时或多或少地出现了面板开裂现象。造成这些裂缝的原因有哪些，如何解决面板裂缝，这是面板堆石坝的研究课题，本文从设计和施工方面对面板裂缝的成因及防治进行探讨。

1 面板混凝土裂缝成因分析

一般认为，根据面板产生裂缝的原因不同可将面板裂缝分为结构性裂缝和非结构性裂缝两类。结构性裂缝主要是面板在外力作用下产生的裂缝，成因主要是由于堆石坝面板支撑体在自重和施工期反向水压力等外荷载作用下，产生不均匀的沉降和水平位移，导致面板和垫层之间脱空，改变了面板以承压为主的力学模型而发生裂缝。结构性裂缝是造成面板后期呈规律性开裂的主要原因。非结构性裂缝主要是面板在非外力作用下产生的裂缝，面板非结构性裂缝的成因主要分为面板混凝土施工不当产生的裂缝、因面板混凝土材料化学反应造成的裂缝、因面板混凝土干缩和温度应力产生的裂缝。其中面板混凝土干缩和温度应力造成的裂缝是面板裂缝最普遍的现象，据统计，面板裂缝中有80％属于非结构性裂缝，成为面板裂缝的主要控制对象。由于面板厚度小、结构暴露面积大，因此对环境温度变化敏感。在混凝土浇筑时，由于水泥水化热引起的混凝土内外温差过大，产生温度应力，一旦温度应力大于混凝土的抗拉强度，就会产生裂缝。新浇混凝土因表面干燥过快、外层水分失去引起干缩，在表面产生拉应力，形成开裂。混凝土表面因混凝土干缩和温度而造成的开裂多发生在早期，且多呈龟裂状，一般为表面裂缝，但也可能形成贯穿性裂缝。

2 面板收缩裂缝形成的机理及分布规律

混凝土面板浇筑后，产生水化热，温度上升，受外界蒸发、降温影响，面板内产生干缩和温降变形引起的拉应力，超过面板某截面的抗拉强度时，即在该截面裂开，这种裂缝即是面板收缩裂缝。引发收缩裂缝的：f缩温降应力由混凝土自生应力和地基约束作用产生的应力两部分组成。

2．1 混凝土自生应力

自生应力是由于面板截面各点干缩和温降变形分布不：啕及其分布梯度产生的应力。设}昆凝土截面上的弹性模量为常量，则沿面板长度方向的自生应力QX 和沿宽度方向的自生应力QY均为：

计算时需将干缩量折合成温降当量一起计算。

由于面板很薄，其散热面积与面板混凝土浇筑量之比远比大体积混凝土大，因而面板混凝土的水化热温升和沿面板厚度温度分布的不均匀程度，均远比大体积混凝土小，只要注意及时养护、保温、保湿，如不遇到急剧大幅度的干缩和温降作用，这部分拉应力不是很大，不会产生缝宽较大的贯穿裂缝，即使产生裂缝也多为细小的表面缝。

2．2 地基约束作用产生的应力

这部分应力是由于面板平均干缩和温降变形受到面板地基约束作用产生的应力。这种约束作用力是面板基面的摩阻力和面板架立钢筋插入坝体引起的，向上传给面板，向下传给坝体，其大小由两者变形相容条件确定。由于面板的平均温降比大体积混凝土小，而且面板地基(挤压边墙或水泥砂浆层及其下的垫层等)具有一定的柔性，面板所受的约束作用力比刚性地基上大体积混凝土小的多。但面板长、宽尺度都很大，特别长度更大，而地基约束力沿长、宽方向都是可以积累的，因而对面板宽和长两向截面都可形成较大的拉应力。当遇到因施工不良等因素造成的抗拉强度薄弱的截面，面板必将首先在这里被拉裂。面板开裂后，面板和基础又产生新的变形相容，面板可能继续收缩，裂缝增宽，因而这样形成的裂缝多为缝宽较大的贯穿性裂缝。抗拉薄弱面越多、越密，贯穿性裂缝也越多、越密。

2．3 面板收缩裂缝分布规律

收缩裂缝多呈水平分布，且裂缝间距大小不一。原因是面板水平截面存在较多的抗拉薄弱面，而薄弱面多是施工不良造成的，其分布是随机的。同一块面板，在长、宽方向受到的干缩、温降、地基约束等作用基本相同，唯一区别是板长比板宽大。当出现水平贯穿裂缝后，裂缝间距常比面板宽度小。板宽范围很少出现顺坡的竖向裂缝，显然这是由于面板浇筑是平起的，施工不良时，容易在水平方向造成连续的抗拉薄弱面，而在竖向截面则不容易形成连续的抗拉薄弱面；另外，采用滑模浇筑方式，面板表面脱模过早，新浇混凝土受到拉模的破坏作用，也有可能造成水平方向的薄弱面。在出现浇筑不良的因素后，往往不能及时消除，造成不良混凝土的区段薄弱酊多，裂缝集中。长的面板和后浇筑块更容易出现大的裂缝显然也是由于它们受到沿板长积累的约束作用力更大，薄弱面存在的机会更多的原故。后浇筑块除面板底面受到约束外，还增加了已浇面板侧面的约束。

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