广东水电二局股份有限公司 广东省广州市 511340
摘要：随着社会的发展，我国的混凝土坝的应用越来越广泛。碾压混凝土坝不同程度存在裂缝，降低了混凝土坝的安全度。以贵州省松桃苗族自治县盐井水利工程大坝工程为例，根据实测的裂缝资料就该坝的裂缝成因进行了系统分析，并提出了防治措施。研究表明：施工时层面长间歇和汛期过流冷激是该坝产生裂缝的主要原因。因此，施工过程中应避免长间歇，若不可避免应加强长间歇层面的温控措施，如加强保温、控制层厚等。过流缺口由于冷激产生的裂缝，可通过表面流水或中期冷却提前将过流面以下一定高程混凝土冷却至某一目标温度值，以减小由于冷激造成的温差过大。
关键词：碾压混凝土；温度裂缝；有限元仿真；温度应力；表现保温；大体积混凝土；应力集中；水利工程安全监测。
引言
碾压混凝土坝具有工艺简单、快速施工、缩短工期、胶凝材料少、水化热低等优点。已建成的某些碾压混凝土坝工程不同程度地存在裂缝，裂缝的存在大大降低了混凝土坝的完整性、抗渗性和耐久性，降低了大坝的安全度。经分析，这些裂缝大部分是由于温度应力超过了混凝土的抗拉强度引起的，故碾压混凝土坝的温度应力问题不可忽视，碾压混凝土坝的建设仍存在温度控制方面的问题，尤其是高碾压混凝土坝，其施工期一般跨越多个夏季，受外界的干扰因素多，温度应力的产生及分布更为复杂，需要更为详尽的研究。本文以某碾压混凝土坝为例，就施工过程中碾压混凝土的裂缝成因及防裂措施进行了总结和探讨，可为提高碾压混凝坝筑坝技术提供一定的参考。
1计算理论及工程概况
1.1计算理论
混凝土的温度应力，按混凝土极限拉伸值控制，即γ0σ≤εpEc/γd3（1）式中，σ为各种温差所产生的温度应力之和；εp为混凝土极限拉伸值的标准值；Ec为混凝土弹性模量标准值（MPa）；γ0为结构重要性系数，对应结构安全级别分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级的结构及构件，可分别取1.1、1.0、0.9；γd3为温度应力控制正常使用极限状态短期组合结构系数。本次计算结构重要性系数取1.1，温度应力控制正常使用极限状态短期组合结构系数，取1.5，γd3×γ0定义为安全系数，相乘后为1.65，即若计算出的安全系数小于1.65，则判断混凝土存在开裂风险。
1.2工程概况
贵州省松桃苗族自治县盐井水利枢纽工程是一项灌溉兼顾农村人畜饮水的中型水利工程，坝址以上流域控制面积30.2Km2，多年平均流量0.809m3/s。大坝坝型为碾压混凝土重力坝，坝顶长209m，由溢流坝段和非溢流坝段组成，其中位于中部的溢流坝段长26m，左岸非溢流坝段长113m，右岸非溢流坝段长70m。河床溢流坝段总长26m，堰顶高程为486.00m，堰顶设有2墩3跨交通桥，交通桥单跨净宽8m，溢流坝溢流前缘净宽为24m。灌区渠系接干渠、支渠和田间渠道三级布置。灌区骨干工程渠系共10条54.09km（含建筑物），其中总干渠1条2.8km，干渠2条23.8km，支渠7条27.49km；干渠上隧洞4座3778m，倒虹管6座1140m。供水管线系统：水厂采用DN600球墨铸铁管+DN500夹砂玻璃钢管，设计流量210L/S。铸铁管沿总干渠、右干渠以及相严洞支渠内侧渠墙顶布置，长6.8km；夹砂玻璃钢管接铸铁管末端，跨相严洞支渠后顺地形布置，沿粑粑坳至蓼皋镇，并接入水厂，管线总长11.2km。
2裂缝成因分析及防治措施
2.1 7#坝段裂缝分析7#挡水坝段发现1条竖向裂缝（见图1），缝顶高程1190.0m，向下垂直延伸2.4m至高程1187.6m，图2为裂缝层面计算应力过程线，由图2可知：
2.1.1由气象资料可见，间歇期间多次发生较大的气温骤降（2d降10℃、5d降13℃、6d降12℃、3d降10℃等）和超过20℃的昼夜温差。尤其是在2012年11月初遭遇3d达10℃的温度骤降，同时昼夜温差超过20℃。由于层面保护的力度不够（或无保温措施），此类短周期温差，必将会在表层1～2m内的混凝土内产生较大的短周期温度应力，带来开裂隐患直至出现裂缝。
2.1.2该部位仅进行一期通水冷却，现有监测数据表明，由于浇筑温度超标、通水力度欠佳导致内部混凝土温度超标现象较为普遍。同时碾压混凝土的特性之一即为发热缓慢，因此在进入低温季节时，大坝内部混凝土的温度水平仍然较高，有可能在30℃以上，而外界气温已降至10℃以下，导致长间歇层面的内外温差超过20℃，远超出“碾压混凝土内外温差不超过15℃”的温控技术标准，有可能使层面裂缝进一步向纵深发展。
2.1.3综上所述，层面长间歇期间遭遇寒潮是裂缝产生的主要原因，施工过程中应避免长间歇层面，或长间歇期间采取一定的保温措施，以减少内外温差过大造成的开裂。
2.216#溢流坝段裂缝分析
16#溢流坝段出露有1条竖向裂缝如图3所示，图4为应力计算过程线，由图4可知：
2.2.1度汛开始之日，正是缺口以下内部混凝土达到最高温度之时。现场监测资料显示，混凝土内部最高温度达到或超过40℃，6月份坝址处平均河水温度19～20℃，度汛初期1110.0m层面的内外温差超过20℃，11月度汛结束时，平均河水温度仅为13℃。
2.2.2 16#坝段为陡坡坝段，建基面高程1091.0～1100.0m，1110.0m高程部位既是过流段面，又位于基础强约束区内，约束强，相同温差下，应力水平要高于其他部位。
2.2.3综上所述，长间歇时段内，过流冷激及长周期温降荷载与短周期温降荷载共同作用下，产生的表面温度应力超出混凝土的抗裂能力，导致温度裂缝。
2.2.4对于该类裂缝的预防，汛期过流前应采用表面流水的温控措施，以避免仓面过水冷激及中期冷却至目标温度以减小内外温差。
2.317#底孔坝段裂缝分析
17#底孔坝段1153.1m高程出露有7条裂缝，各缝的基本裂缝分布情况如图5所示，图6为应力计算过程线，由图6可知：
2.3.1在长间歇期间内，多次发生较大的气温骤降（6d降12℃、5d降7℃、4d降9℃、7d降9℃等），尤其是混凝土在早龄期遭遇6d降12℃的寒潮。与此同时，还多次发生接近20℃的昼夜温差。由于层面保护措施不到位，此类短周期温差，必将会在表层1～2m内的混凝土内产生较大的短周期温度应力，带来开裂隐患直至出现裂缝。
2.3.2孔口底板以下内部混凝土未进行二期冷却，内部温度过高，内外温差大。
结语
综上所述，本文以某碾压混凝土重力坝为例就裂缝产生的原因进行了分析。结论如下：（1）仓面长间歇叠加寒潮是裂缝形成的主要原因之一，混凝土浇筑过程中应避免长间歇，若不可避免应加强长间歇层面的温控措施，如加强保温、控制层厚等；（2）过流缺口由于受过流冷激极易产生裂缝，此部分应通过表面流水，同时增加中冷，提前将过流面以下一定高程混凝土通水冷却至某一温度值，以减小由于冷激和内外温差过大造成的开裂现象。
参考文献：
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论文作者:赵媛媛
论文发表刊物:《基层建设》2018年第6期
论文发表时间:2018/5/23
标签：混凝土论文; 裂缝论文; 应力论文; 温差论文; 温度论文; 溢流坝论文; 高程论文; 《基层建设》2018年第6期论文;