大體積碾壓混凝土裂縫成因分析與預(yù)防

魏 杰

（湖南省水利水電勘測設(shè)計研究總院，湖南 長沙 410007）

1 工程概況

臺山核電廠一期工程淡水水源工程新松水庫位于廣東省臺山市，是臺山核電廠工程的配套工程，主要任務(wù)是為臺山核電廠提供淡水，年供淡水量900 萬m3。新松水庫正常水位45.8 m，死水位25.3 m，總庫容1 710 萬m3，調(diào)節(jié)庫容1 100 萬m3；工程屬Ⅰ等大（Ⅰ）型工程。工程主要包括碾壓混凝土重力壩、輸水管線及進庫道路三部分。

新松水庫碾壓混凝土重力壩壩頂總長369 m，共9個壩段，中間河床3#～4#為溢流壩段，其兩側(cè)為左、右岸非溢流壩段；壩頂高程51.0 m，最大壩高54 m，壩頂寬度為7 m，溢流壩段總長56 m，共分5 孔，每孔凈寬10 m，堰頂高程為45.8 m，堰面采用WES 曲線，堰頂不設(shè)閘門，自由溢流，采用階梯式溢流面接消力池聯(lián)合消能方式。

2 裂縫情況調(diào)查

2.1 裂縫具體現(xiàn)狀

在工程實施過程中，對大壩大體積混凝土抽取200 個點進行裂縫調(diào)查，并歸納總結(jié)，具體情況如表1。

下面對本工程兩個部位出現(xiàn)裂縫的實例進行調(diào)查分析：

表1 裂縫調(diào)查

1）大壩3#、4#號壩段0+093～0+149（▽-2～▽-1）墊層常態(tài)混凝土出現(xiàn)8 條裂縫。發(fā)現(xiàn)裂縫后，沿裂縫方向人工鑿開寬6 cm、深5 cm 的V 字型凹槽，經(jīng)沖洗、烘干后沒有發(fā)現(xiàn)裂縫，從現(xiàn)場裂縫鑿開情況表明，部分為淺層裂縫，部分為深層裂縫。經(jīng)調(diào)查分析，混凝土澆筑時因突降大雨和拌合樓故障的影響，停倉數(shù)小時，混凝土澆筑歷時稍長。澆筑完畢后，由于需對壩基進行固結(jié)灌漿，沒有及時覆蓋上一層混凝土，澆筑厚度達到2 m，厚度較大，間歇期長且氣溫變化較大，造成溫度裂縫。

2） 澆筑完成的7#～9#號壩段0+229～0+335.5（▽27.6～▽29.4）碾壓混凝土出現(xiàn)5 條裂縫。發(fā)現(xiàn)裂縫后，沿裂縫方向人工鑿開寬6 cm、深5 cm 的V 字型凹槽，經(jīng)沖洗、烘干后沒有發(fā)現(xiàn)裂縫，從現(xiàn)場裂縫鑿開情況表明，為淺層裂縫。經(jīng)調(diào)查19 日下午18：00 收的倉，26 日受強冷空氣的影響，本地區(qū)突然降溫，夜間溫度驟然降到15℃，白天最高溫度達到30℃，晝夜溫差很大，得出結(jié)論為受突然降溫的影響，內(nèi)外溫差過大而產(chǎn)生溫度裂縫。

2.2 數(shù)據(jù)分析

根據(jù)上述大壩大體積混凝土裂縫調(diào)查，作出大壩大體積混凝土裂縫排列圖（圖1）。

從圖1 可以看出，引起大壩大體積混凝土裂縫的原因有6 個（表2），其中主要原因集中在混凝土溫度和收縮裂縫上，累計頻率達71.93%，為A 類因素。在檢查過程中，發(fā)現(xiàn)混凝土溫度裂縫和收縮裂縫出現(xiàn)率也是最高的。

圖1 大壩大體積混凝土裂縫排列圖

表2 大體積混凝土裂縫原因分析

3 原因分析

工程建設(shè)過程中，監(jiān)理工程師組織參建各方認真分析大壩大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因，爭取將溫度裂縫出現(xiàn)率降低到5%以下，收縮裂縫出現(xiàn)率降低到5%以下，累計裂縫出現(xiàn)率降低到10%以下。通過研究分析，并廣泛聽取各方意見，匯總后繪制因果分析圖（圖2）。

圖2 因果分析圖

4 要因分析確認

通過調(diào)查分析、現(xiàn)場試驗和現(xiàn)場測量等方法，分別對以上14 條末端原因進行確認，見表3。

表3 要因分析

經(jīng)認真調(diào)查分析，確認造成大壩大體積混凝土出現(xiàn)裂縫的主要原因是：

1）混凝土澆筑溫度過高；

2）養(yǎng)護不足，寒潮突襲保溫不善；

3）混凝土內(nèi)部水化熱過大，沒有降溫措施；

4）溫差過大，混凝土層間間歇時間過長。

5 制訂對策

通過討論對上述四個要因進行研究，制訂出對策表，見表4。

表4 對策表

6 實施對策

6.1 針對混凝土澆筑溫度過高

通過對原材料的溫度控制和降低倉面溫度達到控制混凝土澆筑溫度的目的：

1）控制水泥和粉煤灰入罐溫度，超過55℃時，汽車需停車待混凝土冷卻直至溫度達到要求才入罐，同時在水泥罐、粉煤灰罐兩側(cè)采用遮陽蓬措施。拌和樓上水泥和粉煤灰進入拌和機前的溫度不得超過45℃，否則會延長水泥和粉煤灰停罐時間。

2）各種骨料料倉均搭設(shè)遮陽棚和噴霧降溫設(shè)施，遮陽棚高8 m，采用鋼管結(jié)構(gòu)，頂部彩瓦遮蓋，噴霧降溫設(shè)施使遮陽棚內(nèi)始終保持濕潤狀態(tài)。

3）骨料皮帶機四周搭設(shè)遮陽棚，減少骨料輸送過程中溫升。

4）增加混凝土運輸車輛4 輛，加大混凝土運輸能力；倉面指揮長合理安排各工序，加快施工進度。

5）施工現(xiàn)場設(shè)倉面噴霧機2 臺，結(jié)合2 臺高壓水沖毛機組成噴霧系統(tǒng)，營造倉面局部小氣候，達到降低倉面溫度的效果。

6.2 針對養(yǎng)護不足，寒潮突襲保溫不善

1）安排專人24 h 灑水養(yǎng)護。

2）寒潮突襲前，安排專人用保溫被覆蓋混凝土外露面，使混凝土內(nèi)外溫差在20℃以內(nèi)。

3） 大壩上下游安裝自動噴水系統(tǒng)，24 h 噴水養(yǎng)護。

6.3 針對混凝土內(nèi)部水化熱過大，沒有降溫措施

通過對配合比的優(yōu)化設(shè)計和鋪設(shè)PE冷卻水管來降低混凝土內(nèi)部水化熱。

1） 摻入大量粉煤灰和龍游ZB-1RCC15 緩凝高效減水劑，龍游ZB-1G 引氣劑，以R90100、W2 三級配碾壓混凝土為例，粉煤灰摻量達到了65%，緩凝高效減水劑摻量為1.344 kg/m3，引氣劑摻量為0.038 4 kg/m3，從而減少了水泥用量，降低水灰比，減少水化熱，同時也提高了混凝土的和易性。

2）混凝土內(nèi)部預(yù)埋冷卻水管，冷卻水管采用聚乙烯（PE）管，水管外徑32 mm，內(nèi)徑28 mm，水管由下游面引入，在壩內(nèi)沿壩軸線方向蛇行布置。布置時，強約束區(qū)為層距×間距＝1.20 m×1.20 m，非強約束區(qū)為層距×間距＝1.50 m×1.50 m，管內(nèi)通山泉水或曹沖河水。

6.4 針對溫差過大，混凝土層間間歇時間過長

每倉混凝土的澆筑時間太長，期間溫度變化大，層間間歇時間過長，應(yīng)加大施工強度，投入更多的人力、物力，縮短備倉和混凝土澆筑時間，減小層間間歇時間。

1）增加模板工人數(shù)和備倉工人人數(shù)，合理組織調(diào)配倉位，編制詳細合理的施工進度計劃并嚴(yán)格按計劃實施。

2）增加HSZ150 拌和樓和原有DW160S 連續(xù)拌和樓，使混凝土生產(chǎn)能力達到220 m3/h。

7 效果檢查

對11、12 月份澆筑的常態(tài)和碾壓混凝土進行效果驗證。裂縫出現(xiàn)率見表5、圖3。

表5 11、12 月份澆筑的常態(tài)和碾壓混凝土出現(xiàn)縫統(tǒng)計表

從表5 可以看出混凝土溫度裂縫出現(xiàn)率下降到4.44%，混凝土收縮裂縫出現(xiàn)率下降到3.33%，累計裂縫出現(xiàn)率下降到8.89%，達到了預(yù)期的改進目標(biāo)。

圖3 效果檢查柱狀圖