混凝土面板堆石坝长面板裂缝控制

混凝土面板堆石坝长面板裂缝控制

一、课题选择

1、面板裂缝概况

我公司承建的面板坝堆石坝，面板最大高度113m，最大厚度615mm，最大面板长度180.5m。面板分布在两侧的8m宽度共23块、中间15块宽度16m采用90天龄期圆柱体抗压强度25Mpa混凝土，全部面板双层钢筋。面板后结构依次为：三油两砂1cm厚、5MPa挤压边墙、堆石坝体。

二、现状调查

1、早期裂缝数量及分布调查

2015年9月份完成了已浇筑17块面板裂缝调查，6块长度小于69m的面板没有出现裂缝，总共94条，最大宽度0.3mm。对随机2条裂缝进行钻孔取芯发现，两处混凝土开裂深度大于16cm，宽度分别为0.11mm、0.2mm。

2、裂缝特征及发生发展规律调查与研究

通过现场检测和观测、历史试验借鉴、计算分析、研究规范、运用大量统计计算工具等，揭示了已出现的裂缝有如下8个特征：

a.面板长度小于68m的，没有发现开裂；

b.裂缝集中在面板中部，面板上部和下部两端没有；

c.裂缝水平方向分布，没有竖向或者任意方向裂缝；

d.裂缝长度。调查55条裂缝中，裂缝长度均大于1m；

e.每块板上裂缝间距小于20m，大部分约8m（约是厚度的16倍）；

f.裂缝宽度。靠板中间裂缝宽度较边上大。宽度在0.06mm～0.31mm之间；

g.混凝土浇筑后第4天可以观察到裂缝，裂缝数量在10天后基本无变化；

h.开裂顺序。裂缝从面板中部偏下开始出现，将板分成两块；二序裂缝在这两块板上随后出现，大部缝再在其间相继出现。

3、坝体沉降现状调查

通过监测数据得知绝大部分测点月沉降在填筑完工3个月后的1～7月份≤5mm；裂缝出现的背后坝身段无明显水平位移。坝体填筑质量好，故排除沉降变形至开裂。

三、设定目标及目标可行性分析

长度小于60m以内的面板没有裂缝，故将11块长度大于60m的长面板作为攻关目标，通过攻关对策的实施，将相近长度面板裂缝数量减少到攻关前的60%以下。

四、原因分析

4.1 面板开裂原因分析

将每个原因都能与特征建立联系，在熟悉混凝土的结构性能、材料、工艺、环境等等对裂缝发展趋势和规律影响的基础上，根据裂缝特征反推本项目面板开裂原因和显著诱因。

4.1.1 设计原因：1）混凝土强度设计不当；2）钢筋设计不当；3）分缝设计不当。

4.1.2 材料原因：1）混凝土中含泥量太高；2）骨料级配不当；3）纤维含量不当；4）WHDF外加剂含量不当；5）AEA配合比中引气剂含量不当；6）混凝土中大粒径骨料含量太少；7）水泥选型不当；8）水泥强度选择不当。

4.1.3 配合比原因：1）水灰比过高；2）胶凝材料含量过高；3）砂率含量过高。

4.1.4 施工原因：1）早期钢筋扰动混凝土；2）早期模板扰动混凝土；3）少量外来水进入新混凝土；4）过分收面；5）收面使用了生水；6）温控不当实测混凝土内部最大温度38℃。

4.1.5 综合原因：1）环境温度变化，单日最大温差小于15℃；2）采用水帘养护；3）溜槽下料间断；4）在、吃饭、夜班浇筑不连续；5）干缩体积变形；6）约束条件下干缩体积变形；7）度变化导致的体积变形；8）约束条件下干缩、蠕变和温度等导致的体积变形积累过大导致应力超过抗拉力。

以上28个原因都能解释、诱发、引起或者支持混凝土裂缝产生的8个特征。

五、要因确认

5.1 要因判定

根据对面板裂缝现状的综合分析，结合专家组讨论结果和业主方经验，决定

取对5个以上的混凝土裂缝特征有影响的因素作为显著因子，共有11个因素对5个以上的混凝土裂缝特征有影响。但是，有1项能够解释全部裂缝特征，即最后项综合原因“约束条件下干缩和温度等导致的体积变形积累过大，导致拉应力大于混凝土抗裂力而开裂”。

5.2 要因论证

ACI委员会在ACI224R-90《混凝土结构裂缝控制》报告指出“If the shrinkage of concrete caused by drying could take place without any restraint， the concrete would not crack”。可见有约束时累积了过大的体积变形不协调、不同步必然产生裂缝，尤其是贯穿性结构裂缝，这是开裂原因。

对于面板采用双层钢筋后导致了比单层钢筋面板更多的微裂缝问题，ACI224-90的3.5.2指出：通过沿着钢筋全长粘结应力分配收缩拉力，裂缝进行了分配，一些宽裂缝被大量细微裂缝替代了。

从理论计算得出面板不开裂最大板长公式：

可以看出，Cx越小，Lmax 越大，Cx=0时 Lmax=∝，说明基础面约束对面板开裂起着重要作用。

证明了开裂主要原因是“约束条件”的结论。

六、制订实施对策

实施1、设置收缩缝，分期分段浇筑长面板，减少体积变形， 参照规范设置过缝钢筋；

实施2、根据ACI 211规范增加纤维到混凝土中，提高抗裂能力；

实施3、将WHDF抗渗密实剂由5.7降到4.6；

实施4、根据规范，通过试验确定，在混凝土中参加4.5%引气剂；

实施5、增加中石减少小石含量；

实施6、根据规范 ACI 211减少水灰比，从0.降到 0.47；

实施7、通过实验室室内适配试验降低胶砂比；

实施8、严格控制塌落度，坚持流水连续养护；

实施9、从各方面减少约束和体积变形；

9.1 割除结构钢筋网架立筋以减少面板受到的约束；

9.2 清除二期面板浇筑期间竖缝间新老混凝土粘连，确保设计2cm缝面宽度，消除先浇块对后浇块体积变形的约束；

实施10、降低混凝土浇筑温度，控制混凝土温度变化；

10.1 草袋保温10天；

10.2 搭设遮阳棚防止混凝土骨料温度过高；浇筑混凝土期间，采取湿麻袋包裹搅拌车罐体，冷水冲洗钢筋、混凝土基础面和埋件以免过多升温；

七、效果检查

采取对策后，面板裂缝数量与前期没有采取对策相比明显减少。攻关后，单块长度相似面板裂缝最低减少量为公关前的.5%，低于目标值60%，实施成功。

八、总结和下一步打算

我方將继续学习、研究、勇于创新的，把方法和规范推向海外，积极推动国际标准中国化、争取国际话语权，沿着一带一路把中国技术和质量标准推向世界，为中国企业创造附加值更高的价值，为水利水电创新发展做出应有的贡献。