淺談混凝土大壩裂縫原因分析與預防措施

【摘要】隨著經濟及科技的發展，混凝土結構的應用范圍也越來越廣泛，然而這種大體積混凝土結構尤其是混凝土大壩在施工及運行過程中極易出現不同類型的裂縫，對水利工程大壩的使用壽命和經濟效益產生嚴重影響。本文主要以寒冷地區的水庫大壩為例，重點對大體積混凝土特點以及混凝土大壩出現裂縫的原因及類型進行了分析和闡述，并有針對性地提出了一系列改善措施，希望給行業相關人士一定的參考和借鑒。

【關鍵詞】混凝土大壩；裂縫；類型；預防措施

引言

本工程位于新疆阿勒泰地區布爾津縣境內，布爾津河為額爾齊斯河的一級支流，干流河長148.9km。水庫壩址位于布爾津河干流河段出山口以上4km的“V”型峽谷內，距布爾津縣直線距離約40km，距阿勒泰市98km，距北屯鎮125km，距烏魯木齊677km（西線）或740km（東線）。本工程巖體主要為中泥盆統阿爾泰組（D2a-4）厚層-巨厚層狀灰白色花崗片麻巖，微-新鮮巖體質量屬AⅡ類巖體；兩岸為（D2a-4）厚層-巨厚層狀灰白色花崗片麻巖，局部為（D2a-3）薄層-中厚狀灰黑色黑云母斜長片麻巖，微風化-新鮮巖體質量屬AⅡ、BⅢ1類。

1、大體積混凝土的特點

具體來說，大體積混凝土特點可以表現為以下幾個方面：第一，混凝土屬于脆性材料，具有較高的抗壓強度和抗壓極限，但是其抗拉強度和極限拉伸卻比較低；第二，大體積混凝土結構具有較大的斷面尺寸，混凝土澆筑之后，因水化熱的作用導致混凝土內部溫度明顯上升，而此時混凝土卻處于彈性衡量小、徐變大的狀態，升溫引起的壓應力并不大，隨著溫度的回落，混凝土彈性模量逐漸極大，徐變較小，其能夠在一定條件下產生較大拉應力；第三，通常情況下，大體積混凝土是長期暴漏在空氣中的，表面與空氣和水接觸頻繁，溫度變化對大體積混凝土結構形成嚴重影響；第四，大體積混凝土不配或者配有少量鋼筋，所以，其拉應力需要依賴混凝土本身來承受。

2、混凝土大壩裂縫的類型及形成原因

2.1 水泥水化熱引起的裂縫。在整個水化熱過程中，水泥能夠產生大量熱量，這也是混凝土大壩內部熱量的重要來源。因混凝土大壩體積和截面都比較大，且導熱性較低，其內部結構溫度較高，從而形成混凝土大壩表面熱量散失快的狀態。整個混凝土內外結構溫差較大，從而形成內外不同的壓應力，一旦拉應力超過混凝土的抗拉強度或者極限拉伸值時，混凝土大壩的表面就會出現裂縫。

2.2 環境溫度變化引起的裂縫。如果沒有任何約束存在，混凝土的體積會隨著溫度的變化而出現自由脹縮的狀態；當存在一定約束時，混凝土的體積則會隨著約束力的變化而變化，并在結構內部產生一定的溫度應力。一旦混凝土表面遭遇寒潮襲擊或者晝夜溫差較大情況時，其表面就會出現明顯的收縮情況，而因下層混凝土存在一定的約束力，使得混凝土表層出現拉應力而導致大壩表面產生裂縫。

2.3 混凝土干縮引起的裂縫。因蒸發、干燥等原因，混凝土會出現體積縮小甚至變形的情況，這就是所謂的干縮現象。混凝土在養護階段，其水分接近飽和狀態，在拆模之后，混凝土表面的水分極易散失，而內部水分則散發的相對緩慢，導致混凝土結構出現一定的濕度梯度，從而引起干縮應力。

2.4 堿—骨料反應引起的裂縫。當骨料中含有蛋白石、凝灰石以及安山巖等活性氧化硅的巖石顆粒時，能夠與水泥中的堿產生堿—硅酸反應，使混凝土產生不均勻的膨脹狀態，從而導致裂縫產生。

2.5 荷載作用引起的裂縫。構件承受荷載的性質不同，其產生的裂縫也不盡相同。在集中荷載或者均布荷載的作用下，構件能夠產生一定的內力彎矩，一旦這種抗應力超過混凝土的抗拉強度時，就會產生于構件縱軸垂直的裂縫。當在荷載作用下，構件產生剪應力較大時，則會產生斜向裂縫。

3、減緩或避免混凝土大壩裂縫的預防措施

3.1 結構方面。具體措施可以表現為以下幾個方面：第一，溫度應力是絕大部分混凝土結構裂縫產生的原因，如果選擇合理的結構型式，則能夠有效減少溫度應力，從而減緩裂縫的產生；第二，合理分層對預防混凝土大壩溫度裂縫的產生；第三，針對長期暴露在空氣中或者處于水中的混凝土面，配置合理的鋼筋網絡，以防深層裂縫甚至貫穿性裂縫的產生。

3.2 材料方面。具體措施如下：第一，混凝土的配合比設計和施工必須滿足工程抗拉強度或者極限拉伸值、施工勻質性指標等的要求，同時在確保施工成本的情況下，盡可能選擇熱膨脹系數較低的砂石料，科學提升混凝土結構的抗裂性能；第二，對混凝土的水化熱進行嚴格把控，具體可以使用優質的骨料級配和熱量較低的硅酸鹽水泥和礦渣硅酸鹽水泥，并摻加適量粉煤灰及外加劑等方式，有效延緩了混凝土水化熱的發散速率；第三，對混凝土自生體積變形進行嚴格把控，其中微膨脹混凝土能夠對部分混凝土降溫引發的收縮變形進行補償，從而對其自生體積形成一定的控制作用。

3.3 施工方面。具體措施如下：第一，對混凝土的施工順序和施工進度予以合理安排，減少裂縫產生；第二，對混凝土大壩壩體的最高溫度進行合理控制，采取降低混凝土澆筑溫度、鋪設冷卻水以及對混凝土水化熱溫升進行控制等溫控方法，將其最高溫度控制在設計允許的防范內。

3.4 大壩表面的保護措施。聚氨酯硬質泡沫噴涂工藝是當前大壩表面保護工作中普及使用的一種新型工藝。將保溫材料通過高壓噴涂裝置直接噴涂到大壩表面，使得大壩保持在一個恒溫、恒濕的狀態中，該種工藝對降低混凝土結構的溫度梯度以及干縮產生的裂縫具有明顯效果。

4、結語

總而言之，導致混凝土大壩出現裂縫的原因有很多，主要包含溫度及濕度的變化、混凝土不均勻性和脆性、基礎不均勻沉降、原材料質量不過關、結構設計不科學、養護工作不到位等方面。為了有效提升混凝土大壩的使用強度和耐久性，施工單位應從建筑材料、結構設計、施工過程等方面采取合理措施，將混凝土大壩的裂縫控制在一個合理的范圍內，為大壩的使用壽命和運行安全打下堅實基礎。

參考文獻：

[1]謝國強，李清濤，姚鑫.混凝土大壩在高溫條件下施工的安全管理措施[J].黑龍江水利科技，2012（08）：36-37.

[2]樓加丁，韓道林，楊正剛.某混凝土大壩裂縫深度的測定[J].工程地球物理學報，2010（06）：45-46.

[3]付文藝.混凝土大壩的老化原因及防治對策[J].科學中國人，2014（20）：59-60.