摘要：分析了面板堆石壩在施工期及蓄水時出現裂縫的原因，探討面板混凝土結構性裂縫和非結構性裂縫產生的機理、規律和主要影響因素，結合公伯峽水電站大壩面板裂縫處理經驗，從材料、結構和施工技術等方面提出了防治堆石壩混凝土面板裂縫的措施。

　　關鍵詞：面板堆石壩；面板裂縫；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

　　我國用現代技術修建混凝土面板堆石壩始于1985年，已經過了20年的歷程。實踐證明，這種壩型具有安全可靠、投資省、工期短、施工簡化、導流度汛方便等優點。在當地條件適當時，宜優先選用。

　　我國的混凝土面板堆石壩無論在數量、規模、壩高、技術難度等方面都居世界前列。但一些面板堆石壩在施工期和蓄水時或多或少地出現了面板開裂現象。造成這些裂縫的原因有哪些，如何解決面板裂縫，這是面板堆石壩的研究課題，本文從設計和施工方面對面板裂縫的成因及防治進行探討。

　　1 面板混凝土裂縫成因分析

　　一般認為，根據面板產生裂縫的原因不同可將面板裂縫分為結構性裂縫和非結構性裂縫兩類。結構性裂縫主要是面板在外力作用下產生的裂縫，成因主要是由于堆石壩面板支撐體在自重和施工期反向水壓力等外荷載作用下，產生不均勻的沉降和水平位移，導致面板和墊層之間脫空，改變了面板以承壓為主的力學模型而發生裂縫。結構性裂縫是造成面板后期呈規律性開裂的主要原因。非結構性裂縫主要是面板在非外力作用下產生的裂縫，面板非結構性裂縫的成因主要分為面板混凝土施工不當產生的裂縫、因面板混凝土材料化學反應造成的裂縫、因面板混凝土干縮和溫度應力產生的裂縫。其中面板混凝土干縮和溫度應力造成的裂縫是面板裂縫最普遍的現象，據統計，面板裂縫中有80％屬于非結構性裂縫，成為面板裂縫的主要控制對象。由于面板厚度小、結構暴露面積大，因此對環境溫度變化敏感。在混凝土澆筑時，由于水泥水化熱引起的混凝土內外溫差過大，產生溫度應力，一旦溫度應力大于混凝土的抗拉強度，就會產生裂縫。新澆混凝土因表面干燥過快、外層水分失去引起干縮，在表面產生拉應力，形成開裂。混凝土表面因混凝土干縮和溫度而造成的開裂多發生在早期，且多呈龜裂狀，一般為表面裂縫，但也可能形成貫穿性裂縫。

　　2 面板收縮裂縫形成的機理及分布規律

　　混凝土面板澆筑后，產生水化熱，溫度上升，受外界蒸發、降溫影響，面板內產生干縮和溫降變形引起的拉應力，超過面板某截面的抗拉強度時，即在該截面裂開，這種裂縫即是面板收縮裂縫。引發收縮裂縫的：f縮溫降應力由混凝土自生應力和地基約束作用產生的應力兩部分組成。

　　2．1 混凝土自生應力

　　自生應力是由于面板截面各點干縮和溫降變形分布不：啕及其分布梯度產生的應力。設}昆凝土截面上的彈性模量為常量，則沿面板長度方向的自生應力QX 和沿寬度方向的自生應力QY均為：

　　計算時需將干縮量折合成溫降當量一起計算。

　　由于面板很薄，其散熱面積與面板混凝土澆筑量之比遠比大體積混凝土大，因而面板混凝土的水化熱溫升和沿面板厚度溫度分布的不均勻程度，均遠比大體積混凝土小，只要注意及時養護、保溫、保濕，如不遇到急劇大幅度的干縮和溫降作用，這部分拉應力不是很大，不會產生縫寬較大的貫穿裂縫，即使產生裂縫也多為細小的表面縫。

　　2．2 地基約束作用產生的應力

　　這部分應力是由于面板平均干縮和溫降變形受到面板地基約束作用產生的應力。這種約束作用力是面板基面的摩阻力和面板架立鋼筋插入壩體引起的，向上傳給面板，向下傳給壩體，其大小由兩者變形相容條件確定。由于面板的平均溫降比大體積混凝土小，而且面板地基(擠壓邊墻或水泥砂漿層及其下的墊層等)具有一定的柔性，面板所受的約束作用力比剛性地基上大體積混凝土小的多。但面板長、寬尺度都很大，特別長度更大，而地基約束力沿長、寬方向都是可以積累的，因而對面板寬和長兩向截面都可形成較大的拉應力。當遇到因施工不良等因素造成的抗拉強度薄弱的截面，面板必將首先在這里被拉裂。面板開裂后，面板和基礎又產生新的變形相容，面板可能繼續收縮，裂縫增寬，因而這樣形成的裂縫多為縫寬較大的貫穿性裂縫。抗拉薄弱面越多、越密，貫穿性裂縫也越多、越密。

　　2．3 面板收縮裂縫分布規律

　　收縮裂縫多呈水平分布，且裂縫間距大小不一。原因是面板水平截面存在較多的抗拉薄弱面，而薄弱面多是施工不良造成的，其分布是隨機的。同一塊面板，在長、寬方向受到的干縮、溫降、地基約束等作用基本相同，唯一區別是板長比板寬大。當出現水平貫穿裂縫后，裂縫間距常比面板寬度小。板寬范圍很少出現順坡的豎向裂縫，顯然這是由于面板澆筑是平起的，施工不良時，容易在水平方向造成連續的抗拉薄弱面，而在豎向截面則不容易形成連續的抗拉薄弱面；另外，采用滑模澆筑方式，面板表面脫模過早，新澆混凝土受到拉模的破壞作用，也有可能造成水平方向的薄弱面。在出現澆筑不良的因素后，往往不能及時消除，造成不良混凝土的區段薄弱酊多，裂縫集中。長的面板和后澆筑塊更容易出現大的裂縫顯然也是由于它們受到沿板長積累的約束作用力更大，薄弱面存在的機會更多的原故。后澆筑塊除面板底面受到約束外，還增加了已澆面板側面的約束。

　　3 面板混凝土裂縫預防措施

　　完全避免面板混凝土裂縫是很困難的，必須采取綜合措施加以預防。

　　3．1 結構性裂縫的防治

　　面板結構性裂縫的防治主要不是從面板本身而是從堆石壩的設計和控制壩體施工質量方面著手，應采取措施防止面板支撐部分過多的不均勻水平位移和沉降造成墊層和面板之間的脫空。設計時對壩坡的選擇以及各項壩料的壓實指標的選擇應考慮面板支撐體的穩定，施工時要嚴格按照設計要求控制施工質量，待壩體沉降穩定后才可進行面板澆筑。

　　3.1.1建基面的處理。一般面板堆石壩建基面，著重在迎水面以下壩厚約1／3處范圍內進行嚴格處理，而其他區域，如有較厚的砂礫石覆蓋層，一般不全部挖除，只做壓實度或孔隙率檢測，基礎滿足設計要求后即可作為建基面。對兩岸壩坡需進行植被和覆蓋層清理，對局部坡度較陡或反坡位置進行削坡或用混凝土、漿砌石補坡至設計坡比。

　　3.1.2控制壩體填筑質量。堆石體變形的控制，主要控制填筑密實度和巖體強度。巖體強度的控制主要是施工過程中對不同填筑區按相應要求的巖性：來開挖取料。選擇較高的填筑密實度，主要通過控制填筑料的級配及碾壓質量實現，尤其是填筑料的級配，堆石體的壓實度和力學性質與級配的關系極為密切，級配良好的堆石料經壓實后可以獲得較高的變形模量和較高的抗剪強度。

　　在大壩填筑過程中，嚴格按照設計參數進行施工，采用坑探法、質量附加法對施工參數及壓實效果進行雙重控制，保證大壩填筑碾壓質量，避免大壩后期沉降過大。為減小壩體不均勻沉降，在填筑過程中，盡量使壩體全斷面均勻上升。如由于度汛需要搶臨時度汛斷面的填筑，也應盡量避免上下游出現大的高差。

　　3.1.3面板合理分縫及合理配置鋼筋。根據三維非線性有限元計算結果，面板在大壩兩壩肩周邊處呈三維復雜受力狀態，且多為受拉區，而面板中部多為受壓區。根據上述受力特點，受拉區面板宜采用窄型板，并設置張性縫；受壓區面板宜采用寬型板，并設置壓性縫。壓性縫問布置隔縫材料，避免壓應力過大而引起面板抬動或翹起。此外，在面板受拉區、壓應力較大部位、周邊縫等重點部位應布置雙層鋼筋，提高面板適應變形的能力。

　　3．2 非結構性裂縫的防治

　　面板非結構性裂縫的防治主要是從面板本身所用的材料和面板施工方法上采取措施。對由于施工不當和材料化學反應所引起的裂縫，只要采取合適的配合比、滿足面板混凝土的施工度要求、加強施工管理控制面板施工質量等措施來避免。對具有堿活性的骨料，應按規范要求嚴格控制單方混凝土的總堿含量。面板收縮裂縫的防治是面板裂縫防治中最重要的也是最困難的工作。

　　3．2．1 優化面板混凝土配合比

　　在面板混凝土配合比設汁方面應選用優質的原材料配制面板混凝土。

　　3.2.1.1選用水化熱低的水泥，用粉煤灰代換部分水泥，以減少水化熱溫升從而降低面板因內、外溫差引起的表面裂縫和水化熱消散后混凝土收縮而引起的貫穿性收縮裂縫。

　　3.2.1.2選用線膨脹系數小的骨料配制混凝土，以減少因溫度變化引起混凝土的體積變形。

　　3.2.1.3選用優質混凝土減水劑，在滿足混凝土施工坍落度的前提下，降低面板混凝土的單方用水量，以減少混凝土的干縮量。

　　3.2.1.4在滿足設計強度的前提下，盡量降低混凝土膠凝材料的用量，以減少混凝土的凝縮量。

　　3.2.1.5使用摻纖維混凝土。在混凝土中摻加適量的聚丙烯纖維，可以抑制早期裂縫形成和發展；降低混凝土的彈性模量，提高混凝土的極限拉伸值；提高混凝土的抗凍等級，改善抗滲性和耐久性。此外，混凝土拌和物應滿足面板施工的要求，具有較好的和易性、流動性、凝聚性。

　　3．2．2 降低地基約束作用力

　　取消或減少面板架立鋼筋插入壩體，并在面板澆筑前在基面上噴涂乳化瀝青，使面板與其基面之間可以產生小量相對位移。此時基面對面板收縮變形產生的約束作用力可認為等于面板和其基面之間的摩阻力。因而該約束作用力可人為加以控制。如使面板摩阻力(阻滑力)小于面板在壩坡上的滑動力，這樣不僅可大幅度減少面板致裂的約束力，還增加了面板水平截面的預壓應力，有利提高面板抗裂能力。

　　3．2．3 加強面板施工質量管理，避免抗拉薄弱面

　　3.2.3.1采用面板二次壓面的施工工藝。面板二次壓面工藝有助于消除面板表面因溫度驟降和失水而產生的表面裂縫。

　　3.2.3.2降低面板混凝土人倉溫度以減少基礎溫差從而達到減少冷縮裂縫的目的。面板澆筑的環境溫度一般以5～25℃為宜。

　　3.2.3.3面板施工期間做好面板的保溫、保濕、防風等養護工作，以減小面板混凝土的冷縮和干縮。①保濕。面板長期保濕養護是面板防裂的主要措施之一。在面板混凝土脫模并二次抹面后，表面覆蓋帶塑料薄膜的保溫被，定時灑水保濕，防止混凝土表面水分過快蒸發而形成干縮裂縫；②保溫。在中后期，在覆蓋帶塑料薄膜的保溫被的基礎上，不問斷灑水保濕，達到保溫的目的，避免水化熱作用或外界溫度影響產生混凝土內外部溫差，從而產生溫度裂縫；③防風。風速是引起面板裂縫的重要原因。風速增大將引起混凝土熱交換系數增大，從而導致面板表面溫度降低，面板內外溫度梯度變陡，拉應力劇烈增加，導致面板裂縫。

　　4 公伯峽水電站大壩面板裂縫處理技術

　　4．1 工程概況

　　某峽大壩混凝土面板為不等厚結構，頂部厚度30cm，底部最大厚度70cm，面板分塊寬度為12m和6m，共計38塊，其中寬度12 m的有34塊，寬度為6m的有4塊，面板最大單塊長度為218m(從下到上一次拉成)。面板混凝土設計標號為C25w12 00，二級配混凝土。面板基礎為擠壓邊墻混凝土，標號為2～5 MPa左右。

　　在大壩面板混凝土澆筑養護期間，發現絕大部分面板表面出現裂縫，截止水庫蓄水前，共發現裂縫594條，其中縫寬≥0．2 mm的199條，縫寬<0．2mm的395條。寬度≥0．2 mm的面板裂縫為41．6延米／1 000 m2。裂縫多在混凝土澆筑4 d以后發生，并多發生在天氣、氣溫突變時段。

　　4．2 裂縫處理措施

　　裂縫處理按裂縫寬度分為以下兩類：

　　4.2.1縫寬<0．2 mm的裂縫采用"GB膠板及三元乙丙復合板"表面粘貼封閉處理方法。施工處理流程為：裂縫兩側混凝土面清理一一涂刷SK底膠一粘貼GB膠板一涂刷SK底膠一粘貼GB三元乙丙復合板一封邊處理。

　　4.2.2縫寬>／0.2mm的裂縫采用化學灌漿、柔性GB止水材料表面粘貼封閉處理方法。施工處理流程為：裂縫兩側混凝土面清理一鉆孑L一壓水試驗一配制漿液一灌漿一灌漿管封堵一裂縫兩側混凝土面清理一涂刷XYPEX濃縮劑一涂刷SK底膠一粘貼GB膠板一涂刷SK底膠一粘貼GB三元乙丙復合板一封邊處理。

　　4．3 裂縫處理效果

　　對于表面封閉粘貼的GB復合板及GB膠板現場檢查具體做法為采用一看、二按、三剝離的方式進行檢查施工質量。對于>0．2 mm面板裂縫處理前后采用了取芯對比，判斷裂縫處理效果。從取芯試樣分析，裂縫縫面灌漿密實，充滿化學灌漿材，并且具有一定強度。

　　結束語：

　　堆石壩混凝土面板由于受到各種因素的作用極易產生裂縫引起滲漏從而影響到大壩的安全，必須引起堆石壩設計和施工方面的高度重視。工程實踐證明，只要采取行之有效的措施，達到減少和避免面板混凝土裂縫的產生是完全可能的。

　　作者簡介：姓名：于鴻波；1985年3月29日出生；男：漢族；籍貫：黑龍江省哈爾濱市南崗區；現供職于廣東十六冶建設有限公司；職稱：水利水電助理工程師；學歷：專科；研究方向：水利水電工程施工；