某碾壓混凝土重力壩壩頂路面鋪裝層防裂措施

趙成先，李紅鑫

（新疆額爾齊斯河流域開發工程建設管理局，新疆 烏魯木齊 830000）

1 工程概況

新疆某水利樞紐是一座具有綜合效益的大型水利工程。樞紐由主壩、溢流表孔、泄洪中孔、放水底孔、發電引水系統、電站廠房和副壩等建筑物組成。其中主壩為全斷面碾壓混凝土重力壩，最大壩高121.5 m，壩頂全長1570 m，壩頂高程745.50 m，壩頂寬14 m，壩頂兩側為各寬2 m的人行便道，中間10 m為混凝土路面鋪裝層。

該工程位于大陸性北溫帶及寒溫帶氣候帶，受準格爾盆地古爾班通古特沙漠的影響，氣候干燥，四季中春秋兩季短暫。多年平均氣溫僅2.7℃，極端最高氣溫40.1℃，極端最底氣溫-49.8℃，多年平均降水量為183.9 mm，多年平均蒸發量為1915.1 mm，多年平均風速1.8 m/s，最大風速25 m/s，最大積雪75 cm，最大凍土深175 cm，河流平均封凍期為150天，最大冰厚1.22 m。該地區主要氣候特征為 “蒸發量大、風速高、日照強”，這種氣候條件對混凝土澆筑質量要求極為嚴格，若不采取有效措施控制混凝土的澆筑質量，混凝土易產生裂縫，不僅影響混凝土外觀，還會造成混凝土耐久性能的降低，進而影響工程安全。

2 壩頂路面鋪裝層混凝土簡述

2.1 鋪裝層混凝土所在部位及設計配合比

大壩741.50 m高程以下至壩基為碾壓混凝土；741.50～745.20 m高程為 R28200W8F300常態混凝土；745.20～745.50 m高程為厚30 cm的壩頂鋪裝層，澆注C20F100常態混凝土，該混凝土設計配合比見表1。

表1 大壩壩頂路面鋪裝層單位體積混凝土的材料用量設計配合比kg

2.2 鋪裝層混凝土澆筑

（1）模板安裝。模板采用寬30 cm的槽鋼，相鄰兩塊模板設置在同一支點上，模板支點撐必須牢固，防止澆筑過程中發生變形，立好的模板相鄰高差應控制在2 mm以內，模板安裝好以后，模板底部若有空隙應堵縫，防止澆筑過程中漿液外流。

（2）混凝土澆筑。①混凝土攤鋪前，基層表面應灑水潤濕。攤鋪使用大鐵耙子把混合料耙散，再輔以鐵鍬、刮子把料撒散、攤平。夏季高溫季節攤鋪混凝土時，倉面要用霧化水噴淋，以增加倉面空氣的濕度，減少混凝土表面水分的蒸發，從而有利于保證混凝土的澆筑質量。②混凝土混合料經人工初步整平后，分別采用插入式振搗器和平板式振搗器振搗，靠邊角部位先用插入式振搗棒振搗，再用功率不小于2.2 kW的平板振搗器縱橫交錯振搗，振搗時平板振搗器行走軌跡重疊10～20 cm，振搗的持續時間以拌和物停止下沉、不再冒氣泡并泛出水泥砂漿為止，平板式振搗器振搗時間不宜少于30 s，插入式振搗器不宜少于20 s。振搗密實后再用自制滾筒滾平。若經過上述工序仍有小范圍不平整的部位，采用人工找平。③混凝土表面抹面壓光。混凝土終凝前應及時采用抹面機進行至少2遍抹面壓光，可以適當增加抹面壓光次數，以減少產生塑性收縮裂縫。抹面機抹平后，再用拖光帶橫向輕輕拖拉幾次。抹面機抹不到的部位采用人工抹面壓光做面，抹面壓光前，先清邊整縫，清除粘漿，修實掉邊、缺角。人工抹面壓光也要進行2次以上。

3 減少鋪裝層混凝土裂縫的措施

壩頂鋪裝層混凝土產生裂縫的原因較為復雜，結構尺寸、混凝土材料及配合比、施工方法及工藝、混凝土養護及鋪裝層底部老混凝土對鋪裝層混凝土的約束等都可能導致混凝土開裂。路面鋪裝層一旦產生裂縫，雨雪進入裂縫后經過多次凍融，混凝土的耐久性將大大降低。為減少鋪裝層混凝土產生裂縫，主要是提高該層混凝土的抗裂性能，其次應采取措施減少下層老混凝土對鋪裝層的約束作用。

3.1 調整混凝土配合比

壩頂路面鋪裝層混凝土按設計配合比拌制的混凝土澆筑兩倉后，發現混凝土表層出現較多的龜裂裂縫，結合現場實際情況，分析各種原因，試驗人員對混凝土配合比進行了兩次調整。適當增加了粉煤灰和砂的用量，將級配由二級配調整為三級配，增大了骨料粒徑，水用量減少了25 kg/m3。調整后，混凝土表層裂縫大大減少，外觀質量也得以很大提高。最終使用的配合比見表2。

3.2 接觸面設置隔離層

現場發現壩頂鋪裝層以下厚3.70 m（741.5～745.2 m高程）的常態混凝土與壩體碾壓混凝土之間的接觸面出現多條水平貫穿性裂縫，這種水平貫穿裂縫有的部位橫跨幾個壩段，延伸數十米。究其原因是:裂縫下部為碾壓混凝土，上部為常態混凝土，裂縫上下層混凝土澆筑間歇時間長，最短間歇時間為40天，最長時間達數月之久，使得上下層混凝土之間在強度、彈性模量上產生較大差別，從而造成混凝土收縮不一致，加之上部常態混凝土厚度較薄，因此出現了水平裂縫。

為減小壩頂路面鋪裝層混凝土受其下部混凝土的約束影響，需要在兩層混凝土之間設置隔離層。初期幾倉混凝土澆筑時，在備倉完畢的倉面鋪撒5 mm的細沙作為隔離層。但在混凝土澆筑過程中，受振搗棒的振搗影響，作為隔離層的細沙和鋪筑的砂漿及混凝土攪和在一起，和下層混凝土粘接形成一個整體，隔離層效果不理想。鑒于這種情況將隔離層的做法改為:在備倉完畢后先在倉面鋪撒5 mm厚細沙，再在其上敷設一層塑膜，然后在塑膜上面澆筑鋪裝層混凝土，這樣隔離層就將鋪裝層混凝土和下層壩體混凝土完全隔離開來，經現場實踐檢驗成效顯著。

3.3 適當分塊、加強養護

（1）適當分塊。將每個壩段的鋪裝層適當分成幾塊，對減少鋪裝層混凝土裂縫具有至關重要的作用。當鋪裝層混凝土達到6 MPa以上時，沿著壩軸線方向和垂直壩軸線方向，利用切縫機在每個壩段鋪裝層的中間部位切出縱橫兩條向伸縮縫，將每個壩段的鋪裝層分割成尺寸大小一樣的4塊。要求切縫寬5 mm、深6 cm。為防止冬季雪水進入切縫引起混凝土凍融破壞，在排除伸縮縫積水后，每個伸縮縫都要灌注瀝青瑪蹄脂。

表2 大壩壩頂路面鋪裝層單位體積混凝土的材料用量最終配合比 kg

表3 纖維素纖維主要技術指標

（2）加強養護。混凝土終凝以后，立即用棉被對鋪裝層全部覆蓋，并用重物把棉被壓牢，防止大風時把棉被吹跑 （切縫時縫的位置棉被要移開，切縫后立即覆蓋）。棉被覆蓋后開始灑水養護，灑水時不能直接澆在混凝土表面，棉被要始終保持濕潤，養護時間持續28天以上。

3.4 摻加防裂纖維素纖維

3.4.1 纖維素纖維技術指標

纖維素纖維是繼化學合成纖維之后發展起來的新型混凝土專用纖維，工程界稱為第三代混凝土專用纖維。該纖維采用一種高寒地區特殊植物物種為原料，經一系列獨特的化學處理和機械加工而成，本身具有天然的親水性和高強高模的特點，因其屬植物細胞自然分裂生長非人工制作而成，使表面具有很強的握裹力。在后續加工中，采用了特殊的無極材料把纖維制成片狀單體，方便于纖維的運輸和投放。片狀單體在水的浸泡和攪拌機摩擦力的作用下，極易分散為纖維單絲，從而起到抗裂效果，可有效提高混凝土的抗凍融性和抗滲性，主要技術指標見表3。

3.4.2 纖維素纖維的作用

混凝土添加纖維素纖維后，混凝土的性能有較大的提高，主要表現在以下幾個方面:

（1）有效阻止混凝土收縮裂縫的發生。因纖維素纖維本身具有的特性，如天然的親水性、卓越的握裹力、巨大的纖維比表面積、較高的韌性和強度等，加入混凝土中后，在水的浸泡和外力作用下，形成大量均勻分布的細小纖維，可有效阻止混凝土塑性收縮,干縮和溫度變化而引起裂縫的發生。

（2）明顯提高混凝土的力學性能。纖維素纖維對混凝土具有阻裂作用，可以提高混凝土的沖擊韌性，對改善的混凝土的耐高溫性具有明顯效果。

（3）明顯改善混凝土的耐久性 。纖維素纖維使水泥水化更完全，顯著降低混凝土的空隙，使混凝土更密實，從而提高了混凝土的抗凍性、抗水滲透性、抗氯離子滲透性，賦予混凝土更好的耐久性。

3.4.3 纖維素纖維的摻量及施工

本工程纖維素纖維添量為每立方混凝土0.9 kg。其施工工藝與未添加纖維素纖維的混凝土相同，只是混凝土拌和時間要適當延長，以使纖維素纖維在混凝土中分布更加均勻。

4 結 語

本文以新疆某水利工程的壩頂路面鋪裝層混凝土施工為例，介紹了在惡劣環境下進行混凝土施工中可采取的防裂措施，該壩頂路面經幾年運行后很少發現危害性裂縫，說明采取措施得當，該防裂措施為在夏季高溫、冬季嚴寒、風大、干燥少雨等惡劣氣候條件地區進行大壩路面鋪裝層混凝土施工提供了有益的經驗，可供類似工程借鑒。