試析混凝土面板堆石壩的面板裂縫問題與對策

黃玉紅

摘要：近年來，我國的水電資源的不斷開發，混凝土面板堆石壩已經是一種適應性較強的經濟壩型。混凝土面板堆石壩的主要問題是混凝土面板堆石壩出現面板裂縫，一般將裂縫分為結構性裂縫與非結構裂縫。本文針對混凝土面板堆石壩面板裂縫的成因做出研究并采取相應的防止措施做出了討論。

關鍵詞：混凝土；堆石壩；面板裂縫；對策

一般的裂縫分成結構性裂縫與非結構性裂縫，產生這兩種裂縫的原因分別是溫度與干縮，外在的作用。依據不同的裂縫原因，本文提出了相對的防治措施。針對非結構性裂縫，主要是運用合理的面板混凝土原料的配合比，為減小墊層的約束力，用來加強面板施工質量管理等方面。而結構性裂縫，則可以運用合理的面板裂縫和配合比，利用雙層面板的技術，對面板裂縫做出相應的措施。

一、面板的裂縫分類

對堆石壩面板產生的裂縫來說，可以分成兩類裂縫，即結構性裂縫和非結構性裂縫。結構性裂縫是因為壩體的不均勻變形導致的，而非結構性裂縫是因為混凝土本身的性能而形成[1]。

二、結構性裂縫的原因及其預防措施

1.結構性裂縫的原因

結構性裂縫形成是由于面板受外在環境的影響，外在環境主要包括壩體自重、施工期反向水壓力以及其他的荷載壓力等，外在環境的作用是使壩體產生不均勻的沉降，或者是橫向位移，甚至會導致面板架空，這些作用荷載就會形成裂縫。面板與堆石分別是剛性體與柔性體，面板的穩定性是根據堆石體的變形決定的，所以要保證面板和堆石體變形的協調性。針對受力角度來說，面板主要承擔的荷載是水的壓力，平衡水的壓力是擠壓邊墻的支持力和摩阻力。如果墊層上的擠壓邊墻產生應變是由于墊層、堆石的變形，那么就會導致面板內部的應力重組，從而會在一定程度上產生結構性裂縫。結構性裂縫是造成面板后期規律性開裂的主要因素。

2.結構性裂縫的預防措施

造成面板結構性裂縫的發生基礎在因為澆筑初期時產生的微小裂縫，其受壩體不均勻下降的影響，面板就會同壩體脫節，但由于面板的承受力度較大不會完全與壩體變形，但內部會發生應力重組，剛開始時細小的裂縫可能會發展成貫穿性的裂縫。這對工程的質量影響要遠遠大于非結構性裂縫，所以應重點防治。

面板應合理分縫和配筋

因受壓區與受拉區的面板分別使用寬型板與窄型板，所以要設置面板分縫，受壓區要設置壓性縫，受拉區要設置張性縫，壓性縫間的填料要合理使用，要防止因為受壓使面板上翹。除此之外，還應在面板受拉區與受壓區壓應力較大的部位合理分配鋼筋，以提高面板的整體強度，增強極限的抗裂強度。

使用雙層面板技術

把面板設置成雙層板，就能有效地釋放層間變形，降低面板的拉應力，這就能實現抗裂防滲的效果了。理由就是因為層間設置了中間層使兩層間的約束減弱，這樣就實現功能分離的作用了。雙層的混凝土面板的組成一般分成瀝青混凝土面板和普通混凝土面板。瀝青混凝土面板主要是用來防滲抗裂的，其原因是因為瀝青混凝土的極限拉應力比較大、滲透系數較小、變形性能較好，而且耐久易修；中間層的作用是用來減小摩阻力的，它能使上下層間的約束得到消除，用來抵消變形；普通混凝土面板的作用使面板的整體硬度得到提升。

優化主堆石與下游堆石的分區

盡可能的防止主堆石和下游堆石間因變形導致的不均勻。優化的措施主要包括：第一，要擴大主堆石區的范圍；第二，要做成傾向于下游的主堆石和下游堆石區的界面；第三，使兩區盡量使用同一種料源和同一種巖性材料，把兩區合成一區[2]。

④提高堆石的壓實密度

盡量提高堆石的壓實密度，可利用重型壓實機具來實現，從而能夠使整體變形模量得到提高，可以減輕壩體的變形和基礎的不均勻造成沉降。除此之外，下游的堆石區的壓實密度標準應盡量接近主堆石區，使區間能夠均衡，兩區的變形模量差距不要過大。

⑤壩體要留有預沉降期

在進行面板的施工前，要留有一定的時間，使壩體提前進行一定的沉降，以減小后期的沉降，這種措施可以有效地減輕面板脫離問題，為避免后期沉降而引起的面板結構性裂縫。預沉降時間通常最少為90天。

⑥壩體填方全斷面的均衡上升

在壩體填筑過程中，會出現壩體全斷面的均衡上升，這可以有效地減少壩體因各部分的不均勻造成的變形，可以避免面板結構性裂縫的出現。

三、非結構性裂縫的原因及其預防措施

1.非結構性裂縫的原因

溫差值和約束條件直接影響非結構性裂縫，混凝土面板堆石壩受溫度的影響而發生變形，外界與內部的各種約束將限制它的變形，若混凝土的抗裂強度低于承載力時就會產生裂縫，一般裂縫溫差的影響包括：晝夜的溫差大。混凝土內部受溫差的影響就會產生一定的溫度值，其溫度值會引起混凝土內部的各質點間的變形程度，而內部的承受力作用會導致表面裂縫，這種現象最常見的是在早期的混凝土強度較低時。季節性的溫差大。季節的性溫差是指混凝土形成的溫度和使用期間面板的最低溫度差，其溫差會引起混凝土面板的整體變形，由于面板和墊層的摩阻力而產生的裂縫。而混凝土凝結過程中會出現面板干縮裂縫，剩余的攪拌與用水量會逐漸脫離，造成混凝土的體積減小，這時混凝土會發生失水干縮，這一經過，會導致水泥中的各種礦物間微觀結構發生改變，并且與面板內部結構，鋼筋或者面板與墊層的摩阻力的相互作用使面板內部各質點之間發生改變，最后造成表面的裂縫。

2.非結構性裂縫的預防措施

混凝土面板非結構性裂縫的預防措施是從材料與面板的施工技巧的角上來進行控制的。合理的配合比、科學的施工技巧、嚴格的施工管理都是避免非結構性裂縫的預防方法。

合理的利用面板混凝土的原料和配合比

第一，在固定水灰比和選定的坍落度范圍內條件下選擇用水量最小時所對應的砂率。為了防止混凝土在溜槽中產生骨料離析，減小模板在滑動過程中的阻力和避免面板混凝土表面產生蜂窩麻面和裂紋，通過小石與中石的摻配試驗利用最大密度法測算出每個配比的緊密堆積密度，以緊密堆積密度最大的石子組合作為最優比例。引用優化混凝土級配，使混凝土的彈性模量降低，這樣混凝土的抗裂韌性就會得以提高，從而就能提高混凝土的抗拉強度，并能有效地控制裂縫的發生。

第二，使用水化熱較低、濃縮性較小的水泥或者是使用品質優良粉煤灰，用來減少水化熱溫升減緩面板內外溫度的梯度，這樣就能減輕內部的約束，使溫度裂縫得到控制。

第三，降低面板混凝土的攪拌用水量，主要是采用利用混凝土減水劑，可以減少水泥用量，改善和易性、耐久性、不透水性和抗裂性，增加混凝土與鋼筋的握裹強度，減少混凝土的干縮量，進一步的預防干縮裂縫。

第四，要提高混凝土強度與韌性，就要利用使用摻纖維混凝土。攪拌時應加入適量的聚丙烯纖維或者是鋼纖維，它能提高混凝土的初裂度、拉彎強度、韌性、以及抗凍的性能等，使產生的表面裂縫和發展都能得到有效的控制。

適當的減小擠壓邊墻約束的作用力

擠壓邊墻的脫離檢查要在面板混凝土澆筑前進行，并仔細處理脫離的部位，坡面的修整工作要到位，盡量使平整度達到施工的質量要求。想要使擠壓邊墻的摩擦系數小，那么就要減小擠壓邊墻對面板剪切力的作用，應可能的避免面板鋼筋插入擠壓邊墻，并且要在面板澆筑前噴涂乳化瀝青，那么擠壓邊墻對面板的約束力就只有有限的摩阻力，這樣面板的變形約束力就會隨之減小[3]。

要加強面板施工的質量管理

第一，混凝土攪拌前現場測定砂子的含水量，并由工地試驗室根據砂石的含水量、配合比以及氣溫情況，調整水、砂石的用量。采用混凝土拌合樓進行生產，確保混合料的均勻，計量秤嚴格控制混合料配合比，保證攪拌時間，在混凝土出機口和澆筑現場分別進行混凝土坍落度和含氣量試驗檢測。

第二、避免混凝土的內部產生薄弱環節，施工中需掌握好脫模時間，并在脫模后及時抹面壓平，消除表面可能傷痕；在混凝土澆筑中間不能停頓，交接班時也不能有間歇（或間歇過長），如因故造成冷縫，要停下來按施工縫處理后再澆筑。

第三，適當的降低面板混凝土的進庫溫度，這樣就能降低基礎溫差，盡可能的避免溫度裂縫。除此之外，面板施工過程中，面板的保濕、保溫、防風和養護的工作要加強控制，這樣就能減小面板混凝土的干縮與溫度變形，有效的降低干縮應力值與溫度梯度應力。

結語

混凝土面板產生裂縫的原因有很多，要針對產生裂縫的各種影響因素采取有效的措施。使用雙層面板技術，優化主堆石與下游堆石的分區，適當的提高堆石的壓實密度，合理的利用面板混凝土的原料和配合比，適當的減小墊層約束的作用力，最后還有加強面板施工的質量管理，這樣混凝土面板產生裂縫就能得到有效的預防。

參考文獻：

[1]馬君壽.混凝土面板堆石壩面板發生裂縫問題芻議[J].大壩與安全，2010，（Z1）：1-6.

[2]蔣國澄.混凝土面板堆石壩的面板裂縫問題[J].水利管理技術，2009，（04）：10-15.

[3]謝玉杰，張光碧，馮錦德，黃澤明，高睿，李浩.混凝土面板堆石壩裂縫的成因及對策探討[J].四川水力發電，2013，（05）：76-78+132.