混凝土面板堆石坝工程中裂缝成因及处理对策

摘 要：在混凝土面板堆石坝工程中，常见的问题主要集中在混凝土面板裂缝上，裂缝是影响混凝土面板堆石坝运营稳定性的关键，分析混凝土面板裂缝的成因以及解决措施对普及混凝土面板堆石坝工程有着重要意义。本文就从混凝土面板堆石坝中裂缝的成因切入，探讨相应的解决对策。 
关键词：混凝土；面板；堆石坝；难点；对策 
　　混凝土面板堆石坝工程中，仍存在一些不可忽视的问题，例如最常见也是最重要的问题就是面板裂缝的处理。本文主要分析了混凝土面板结构性裂缝与非结构性裂缝的成因，从材料与施工工艺的角度切入，试探性的提出了相应的防治对策，以供广大同行参考与借鉴，共同促进我国混凝土面板堆石坝工程高质、高效的开展，保证坝体日常运行的可靠性。 
　　一、混凝土面板堆石坝工程中面板裂缝的成因 
　　混凝土面板裂缝的种类主要有两种，第一种是由于坝体出现不均匀变形导致混凝土面板出现结构性裂缝，第二种是由于混凝土面板自身性能问题产生的收缩性裂缝。不论混凝土面板中出现哪种裂缝，都会极大地影响石坝运行的安全性，下文将对这两种裂缝的成因展开分析。 
　　（一）结构性裂缝的成因 
　　混凝土面板支撑体不仅需要承受自身重量，还需要承受施工过程中反向水压的作用力，容易产生不均匀沉降或产生水平位移，使垫层与面板之间脱空，进而导致混凝土面板受到过大外力的作用出现裂缝。这种由于外力作用出现的裂缝是造成混凝土面板堆石坝工程后期，面板出现规律性开裂的主要因素。坝体变形的主要成因分为加载变形、湿化变形、流变变形与震动变形四种。 
　　（二）非结构性裂缝的成因 
　　混凝土面板整体较薄，暴露的面积较大，受到环境温度的影响较大，施工完成后，混凝土面板需要硬化，此时会释放出大量的水与热，导致混凝土面板温度梯度明显过大，表层湿度上升，新浇筑的混凝土表面就会丧失水分，导致干燥过快，在内外应力的作用下，致使混凝土面板开裂。 
　　1 塑性收缩裂缝 
　　如果混凝土面板表面水分蒸发速度过快，超过了沁水上升至混凝土面板表面的速度，就会出现塑性收缩裂缝。引发塑性收缩裂缝的原因非常多，包括环境温度过高、混凝土自身温度过高、空气湿度相对较小、风速过大等，塑性收缩裂缝常见于新拌混凝土初凝之前，如果塑性收缩程度较大，就会出现龟裂，龟裂一般呈水纹状，裂缝较浅。 
　　2 温度收缩裂缝 
　　水泥水化热时，会产生较多的热量，如果外界环境温度骤降，混凝土面板内外就会形成较大的温差，受到热应力的作用，就会使混凝土面板内外结构发生变形，当拉应力超过混凝土面板的抗拉强度的时候，就出产生裂缝，这种裂缝即为温度收缩裂缝。 
　　3 干燥收缩裂缝 
　　混凝土面板在硬化时，表面的水分蒸发速率远远超过内部水分蒸发速率，就会使混凝土面板表层发生干缩变形，出现拉应力，当混凝土面板表层拉应力超出面板最大承受强度时，就会产生裂缝。 
　　二、混凝土面板堆石坝裂缝的处理方法 
　　（一）结构性裂缝的防治 
　　混凝土面板结构性裂缝多在浇筑初期由于坝体出现了不均匀沉降进而导致混凝土面板与坝体脱空，当混凝土面板与坝体脱空后，面板的刚度明显无法承受坝体沉降变形产生外拉力增强，以致混凝土面板出现细小裂缝，随着时间的推移，裂缝逐渐扩大，最终形成贯穿性裂缝。对于结构性裂缝的处理，应该将工作重心转移到预防方面，以预防为主，治理为辅。 
　　1 混凝土面板合理分缝，科学配筋 
　　在混凝土面板堆石坝设计过程中，确定主要的受拉区域，然后在此区域将混凝土面板的模式改为窄型板，确定主要的受压区域，在此区域将混凝土面板设计为宽型板，受拉区域设置张性缝，受压区域设置压性缝，每隔一段距离设置一道，接着向缝隙中填充变形程度较高的填料，避免混凝土面板由于受压出现升翘现象。另外，针对两区域受力较大的区域应该科学合理的布设钢筋，提升混凝土面板抗拉强度，加强面板整体刚度。 
　　2 双层面板施工技术 
　　在混凝土面板堆石坝工程施工过程中，可以将混凝土面板设置为双层面板，两层面板中间设置中间层，降低两层面板之间的约束力，实现混凝土面板功能分离，降低面板承受的拉应力，施放层间变形，提升面板整体抗拉强度，避免出现裂缝。双层面板内层由混凝土面板构成，外层由沥青混凝土面板构成。沥青混凝土面板具有极强的抗拉应力，变形性能极佳，渗漏系数非常小，使用寿命较长，维护与保养简便，能够满足工程需要。中间层可以降低两层面板之间摩擦阻力，减弱两层面板之间的约束力，抵消变形。 
　　3 坝体预留沉降期 
　　为了避免坝体沉降导致混凝土面板出现裂缝，可以在设计施工时，为坝体预留沉降期，即在面板施工之前，坝体可以发生一定的沉降，避免后期沉降严重使混凝土面板与坝体脱空，降低面板出现裂缝的概率。一般来说，坝体的预沉降期在3个月左右。 
　　（二）非结构性裂缝的防治 
　　1 提高混凝土面板原材料配比合理性 
　　首先，可以优化混凝土的级配，控制混凝土弹性模量，提高混凝土抵抗裂缝的韧性与极限抗拉强度，降低裂缝出现的概率，其次，由于混凝土面板的裂缝成因主要由于水泥水化热产生的热量导致内外应力变化，我们可以采用水化热低的水泥作为材料，避免出现温度裂缝，接着我们可以采用减水剂控制混凝土面板搅拌用水量，降低混凝土的干燥收缩量，避免出现干缩裂缝，最后，可以在混凝土中参杂一些纤维混凝土，例如聚丙烯纤维或者钢纤维，提高混凝土的抗拉强度与韧性，抑制裂缝的产生。 
　　2 降低垫层的约束力 
　　在坝体施工完成后，混凝土面板浇筑之前，需要对垫层进行脱空检查，如果垫层出现了脱空，必须及时进行处理，然后修整坡面，保证坡面的平整度满足混凝土面板堆石坝工程的施工要求。施工过程中，尽可能地避免混凝土面板钢筋插入垫层。垫层上一般可以涂抹一层乳化沥青，然后再进行混凝土面板浇筑作业，降低垫层料间的摩擦力，保证面板变形时不会因为约束力过大产生裂缝。 
　　参考文献 
　　[1]陈婧，江秀兰.混凝土面板堆石坝裂缝的成因及对策探讨[J].城市建设理论研究（电子版），2013（01）.