广西祥宁水电建设股份有限公司
摘要：随着我国对水资源不断开发利用，大型水利水电工程开始大规模的建设。水利水电混凝土工程具有大跨度、大体积、高流量、大流量和工程质量要求高等工作特点。然而，混凝土裂缝问题是混凝土大坝在建设施工过程中难以解决的问题之一，混凝土裂缝的预防和控制技术在混凝土大坝施工组织设计与实施中占有重要地位。本文结合某水电站工程，探讨了混凝土施工中裂缝成因和防治措施，为以后相关水利工程建设提供参考。
关键词：水利工程；混凝土裂缝；控制
1工程概况
某水电站位于中下游河段，设计等级为一级建筑物。水电站拱坝类型为抛物线双曲拱坝并且厚度随着高度变化而变化，坝顶距地面1245.00m，拱坝混凝土体积870万m3，最大坝块厚度90m，浇筑仓面为2200m3。拱坝混凝土工程具有施工工程量大、坝体厚度大、浇筑仓面大等特征。通过对施工中水电站大坝监测数据调查，发现部分坝段出现了形状不一的裂缝。
2水利工程混凝土裂缝的成因
水电站坝体具有大截面和大体积的特点。大坝受结构的材料特性，拉压应力，环境因素和施工方法等因素的影响，混凝土大坝在施工中会产生裂缝。混凝土结构中的裂缝可分为微观裂缝和宏观裂缝，混凝土结构的开裂过程就是微观裂缝扩展形成宏观裂缝。水工混凝土结构在施工中产生的混凝土裂缝的原因主要由以下几种。
2.1收缩裂缝
在混凝土硬化过程中受到外界环境的影响，结构表面水分挥发速度相对结构里面水分挥发速度较快，导致混凝土表面和内部的变形水平不一致。结构内部变形与结构表面变形不一致，导致结构表面产生较大的拉力，导致裂缝产生。一般在混凝土结构养护周期结束后两周产生收缩裂缝。
2.2塑性收缩裂缝
混凝土的硬化周期相对较长，并且在硬化过程中强度较低。当施工环境比较干热或者有大风的气候，结构表面水分蒸发较快，结构表面变形过快导致裂缝产生。塑性收缩裂缝主要特征为分布不均匀且不连续，两端的裂纹大多呈拉长状态。
2.3沉陷裂缝
在水利工程中，结构下方地基土层分布不均匀，在施工中由于各种因素会引起不均匀沉降，这种不均匀沉降会使没有完全硬化的混凝土结构出现裂缝。除此之外，不合理的模板工程设计也会造成沉陷裂缝。沉陷裂缝一般表现为贯穿性裂缝，其宽度主要不均匀且受沉降差的影响。
2.4温度裂缝
水工混凝土结构施工过程中，主要有高流量，大体积，大排量的工作特性。混凝土硬化过程中，水合效应会产生水化热，对于坝体这种大体积结构，会聚集大量的水化热。由于施工过程较快，水化热不能快速消散，而结构表面温度相对较低，结构内部和外部温度梯度较大，结构受热膨胀容易形成裂缝。此外由于分层浇筑，上下接触面温差较大，结构表面也会产生裂缝。
3该水坝混凝土裂缝的成因
通过对现场监测资料调研，该水坝施工中混凝土裂缝主要以温度裂缝为主。混凝土浇筑后经过一期冷却，结构内部水化热没有及时得到消散，混凝土内部温度大幅上升，回升温度可达到10℃，从而导致二期冷却中温度降低幅度过大；大坝浇筑块体厚，而浇筑高度低，温度梯度不合理；浇筑过程中要求分批浇筑，形成不同的封拱温度，在浇筑界面上产生较大的温度差。施工工程中，混凝土没有完全硬化，强度较低，以上因素使得结构表面拉应力大于混凝土强度，导致混凝土裂缝产生。
4裂缝控制的处理措施
4.1裂缝处理原则
裂缝类型：一类缝，δ≤0.1mm；二类缝，0.1mm＜δ＜0.3mm；三类缝，δ≥0.3mm；深层或贯穿性裂缝。1-3类浅表裂缝处理原则一类缝沿裂缝20mm范围内，用钢丝刷清理并刷毛，涂一道T1渗透结晶型材料或HK966弹性防渗涂料。二类缝顺裂缝发展方向，凿一条宽80mm，深50mm的“V”形槽，槽两端超出裂缝长度50cm，填补HK903防渗砂浆，表面涂刷一道T1材料或HK966弹性防渗涂料。三类缝采用HK-G系列低粘度型环氧灌浆材料或HK-WG-21无溶剂型环氧灌浆材料（δ≥1.5mm）进行补强灌浆，如以防渗为主的裂缝化学浆液宜采用LW和HW水溶性聚氨酯灌浆材料。灌浆结束后，表面粘贴SR防渗胶带、涂刷HK弹性封边剂或HK966弹性防渗涂料封闭保护。
4.2裂缝处理施工工艺
本工程采用化学灌浆技术对水坝混凝土裂缝进行处理，裂缝化学灌浆一般避开高温季节，灌浆时做好坝体温度、室外温度等温度记录。
4.2.1灌浆材料
混凝土裂缝如位于坝段结合处，采用遇水膨胀型化学灌浆材料，建议采用LW/HW水溶性聚氨酯化学灌浆材料；如裂缝位于坝体，则采用HK-G系列低粘度型环氧灌浆材料或HK-WG-21无溶剂型环氧灌浆材料（δ≥1.5mm）进行处理。
4.2.2灌浆工艺
（1）准备工作
灌浆前，设定风压压力为灌浆压力的80%，然后打开孔嘴全部阀门，用空气压缩机把孔内、裂缝处积水吹干净。浆液如采用LW/HW水溶性聚氨酯化学灌浆材料可直接灌浆。
（2）配浆：为了防止浆液浪费，配浆应遵循少量多次的原则。
（3）灌浆
灌浆顺序按照由深到浅、由一侧向另一侧、串通性好的灌浆孔顺序进行灌浆。观测回浆管返浆后封闭回浆管。灌浆压力选取0.5～0.8MPa之间，灌浆压力需逐级升高，压力从0.2MPa开始，按每级0.05MPa升压。灌浆过程中根据灌入量多少可降低或提高灌浆压力，但最大压力不得超过0.8MPa。单孔吸浆率趋于零为灌浆结束，再继续灌30min即可结束。然后将管口封堵24h。
灌浆采用单孔进浆，将其余孔口全部打开，待相邻回浆孔冒出浓浆后关闭第一孔灌浆管阀门，进行下一孔灌浆。待第二回浆孔冒出浓浆后，则将灌浆泵接入第三孔，以此往复循环灌完为止。
4.3表面处理
化学灌浆完毕后，待浆液待凝72h后拆除灌浆管（嘴），打磨表面，对水位变化区以下裂缝沿缝两侧各15cm涂刷SR底胶，施工SR防渗胶带，涂刷HK-弹性封边剂或HK966弹性防渗涂料；对水位变化区以上裂缝沿缝两侧各50cm涂刷T1渗透结晶型材料。
4.4检查
化学灌浆结束14 d后进行质量检查，检查方法如表1。
表1 化学灌浆结束后质量检查方法
5水利工程中混凝土裂缝预防措施
5.1混凝土的优化设计
对混凝土配合比进行优化设计达到减少内部水化热残余的目的。在混凝土配合比设计中选用适当的减水剂并掺入粉煤灰；通过对施工前对原材料的试拌，在保证混凝土和易性和流动性情况下，适当减少水泥用量，并将水胶比控制在规范允许的范围内。原材料中粗骨料为二级配，骨料最大粒径控制在150mm以内，砂料细度模数大于2.4，含泥量小于1%。
5.2混凝土通水冷却
对有一期冷却、二期冷却要求的部位以及施工缝两侧坝体埋设冷却水管，冷却水管采用内径28mm的高密聚乙烯HDPE塑料管材。混凝土内部冷却水管中水流的流动带走水化热，从而降低温升范围和内外温差。冷却期间，结构内部温度与冷却水之间的温差不超过25℃，并控制坝体降温速度每天不超过1℃。
5.3混凝土的表面养护和保护
在混凝土养护期间采用连续湿养护法从而保证结构表面湿润；对于分段浇筑的部位，养护到新混凝土浇筑。对于采用部分硅粉混凝土浇筑的结构，在结构表面覆盖的湿透草袋，保证混凝土表面处于湿养护状态21d以上；如遇干燥气候条件，延长至28d。对坝体上下游面及孔洞部位整年贴补厚度为30～50mm的聚苯乙烯泡沫塑料板。
6结语
水利工程中混凝土裂缝的预防和控制是混凝土工程施工质量控制的关键，建设过程中应对不同成因的裂缝及时采取正确的措施，以提高混凝土工程的质量。大型混凝土结构施工中，温度应力是造成混凝土开裂的主要原因，选择适时合理的温度控制方案可以产生良好的防裂效果。大量工程经验表明，通过对混凝土结构表面采用保温措施和结构内部采用冷水管冷却的方式相结合的方法是防止这种裂缝产生的高效措施。
参考文献：
[1]苏慧敏.水利工程中混凝土结构裂缝治理技术研究[J].中国水能及电气化，2015（09）：16-19.
[2]陈美奇.水利工程中混凝土结构裂缝处理方法及预防措施[J].河南水利与南水北调，2016（01）：69-71.
[3]易魁，陈豪，赵志勇，等.小湾水电站工程安全分析与决策支持系统研究与构建[J].水力发电，2017（03）：123-127.
论文作者:余程军
论文发表刊物:《防护工程》2018年第16期
论文发表时间:2018/10/11
标签：裂缝论文; 混凝土论文; 结构论文; 表面论文; 温度论文; 水化论文; 混凝土结构论文; 《防护工程》2018年第16期论文;