水利工程施工中混凝土裂缝控制技术分析

工程施工技术ｆ　磊　丽　水利工程施工中混凝土裂缝控制技术分析　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ　Ｃｒａｃｋｓ　ｉｎ　Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　弋瑞　（中国水利水电第七工程局有限公司，成都６１　１７３０）　订Ｒｕ　（ＳｉｎｏｈｙｄｒｏＢｕｒｅａｕ７Ｃｏ．Ｌｔｄ．，Ｃｈｅｎｇｄｕ６１１７３０，Ｃｈｉｎａ）　【摘　要】水利工程施工过程中，混凝土材料是主要的施工材料，其凝结效果直接影响工程施工质量。在应用过程中，由　于受到环境、施工、人为等因素影响，容易出现裂缝问题，因此，必须采用相应的裂缝控制技术，以保障水利工程的正常使　用。论文介绍了水利工程施工中常见的几种裂缝形式，并以某大坝工程为研究实例，对混凝土浇筑施工裂缝控制技术要点　进行了详细探究。　【Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｉｎ　ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｏｆｗａｔｅｒ　ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ　ｐｒｏｊｅｃｔｓ，ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｍａｔｅｒｉａｌ　ｉｓ　ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｍａｔｅｒｉａｌ，ｉｔｓ　ｃｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔｄｉｒｅｃｔｌｙａｆｆｅｃｔｓｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｑｕａｌｉｔｙ．Ｉｎｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ，ｄｕｅｔｏｔｈｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ａｎｄｏｔｈｅｒ　ｆａｃｔｏｒｓ，ｉｔ　ｉｓ　ｅａｓｙ　ｔｏ　ｃｒａｃｋ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ，ｗｅ　ｍｕｓｔ　ｕｓｅ　ｔｈｅ　ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ　ｃｒｏｃｋ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｔｏ　ｅｎｓｕｒｅ　ｔｈｅ　ｎｏｒｍａｌ　ｕｓｅ　ｏｆ　ｗａｔｅｒ　ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙｐｒｏｊｅｃｔｓ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｓｅｖｅｒａｌｃｏｍｍｏｎｃｒａｃｋｓｆｏｒｍｉｎｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｗａｔｅｒｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙｐｒｏｊｅｃｔｓ，　ａｎｄｔｈｅｎｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｔｈｅ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｅｘａｍｐｌｅ，ｔｈｅ　ｃｒａｃｋｓｉｎｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｗａｔｅｒｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙｐｒｏｊｅｃｔ　ｃｏｎｔｒｏｌｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｒｅ　ｒｅｖｉｅｗｅｄ，ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｐｒｏｖｉｄｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｓｉｍｉｌａｒｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．　【关键词】塑性收缩裂缝；混凝土养护；三维有限元计算　【Ｋｅｙｗｏｒｄｓ］ｐｌａｓｔｉｃ　ｓｈｒｉｎｋａｇｅｃｒａｃｋ；ｃｏｎｃｒｅｔｅｃｕｒｉｎｇ；ｔｈｒｅｅｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｉｆｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ　【中图分类号１ＴＶ５４４　【文献标志码】Ａ　【文章编号】１００７—９４６７（２０１７）１　１－０２１５—０３　［ＤＯｌｌ１０．１３６１６／ｊ．ｃｎｋｉ．ｇｃｊｓｙｓｊ．２０１７．１１．０６８　１引言　混凝土材料具有较强的耐火陛和抗渗透能力，而且可塑　性也较高，应用成本低，因此是水利工程施工中的重要原材　料。但在实际应用中，如果工程设计方案不合理、混凝土浇筑　【作者简介】弋瑞（１９８１一），男，四川南充人，工程师，从事水利工程　研究。　养护不当，则容易造成浪费，影响其持久性，甚至会影响工程　的运行安全，因此，对水利工程混凝土裂缝控制技术进行详细　探究具有重要意义。　２混凝土裂缝类型及产生原因　２．１塑性收缩裂缝　混凝土浇筑完成后，如果混凝土处于大风或者高温等恶　劣环境下，或在终凝前出现严重失水问题，则会导致混凝土发　２１　５　Ｉ工程建设与设计　ｉＣｏ￣ｃｔｍｎ＆Ｄｅｓ　ｎ　ｒ　ｑ　以　生收缩，体积不断减小，最终龟裂。通常情况下，混凝土塑｝生收　缩裂缝的两端较细，裂缝中间宽度较大。　２．２沉陷裂缝　沉陷裂缝形式一般发生在冬季，尤其是冬季冻土，随着冻　土逐渐化冻，混凝土结构内部会产生一定的裂缝，裂缝深度较　大，甚至会错位。沉陷裂缝的宽度越大，则沉降量越大，很难受　到混凝土结构外部因素的影响。如果混凝土地基均匀性较差，　回填土密实度较低，则会造成模板支撑间的间距增加，从而产　生不均匀沉降问题［１］。　２．３温度裂缝　温度裂缝是由于混凝土结构所处环境温度发生变化　造成，通常情况下可以将温度应力分为两种，其一为缺　乏完整的精致结构，如果在混凝土结构内部，温度的分　布形式为非线性，则会产生温度应力；其二为约束应力　作用下所造成的变形问题，有些地区温差较大，混凝土　浇筑施工完成后，由于结构内外温差比较大，在拉应力影响　下，容易产生裂缝。　２．４干缩裂缝　混凝土结构养护过程中容易产生干缩裂缝问题，混凝土　结构浇筑施工完成后，应该结合实际情况采取有效的养护措　施。但是如果养护工具使用不当，养护环境比较恶劣，一旦混　凝土产生干缩裂缝，则会产生较大危害，造成混凝土结构变　形。　３水利工程施工中混凝土温度裂缝控制实例　３．１工程概况　某水电站工程拦河坝为混凝土大坝，拱坝坝高２７８ｍ。为　抛物线双曲拱坝，拱顶弧长６９８．０７ｍ，拱冠底部厚６９．Ｏｍ，坝体　混凝土６８５．６ｘ　１０４ｍ　，工程规模和工程量十分巨大。混凝土方　量大、坝底厚、岸坡陡峻，使坝体的温度控制问题较为突出。对　此，本文以该水电站大坝ｌ２号坝段混凝土为研究对象，对混　凝土温度裂缝控制措施进行详细探究。　３．２　１２号坝段混凝土施工期温度应力分析　１）计算模型　根据大坝实际情况，建立１２号坝段仿真计算模型，计算　模型单元总数８３　９２２，节点总数９９７３８，厚度方向０．１～０．５ｍ　１层，满足浇筑层需要。大坝上下游面在蓄水前为气温边界条　２１６　件，蓄水后为水温边界条件；地基地面为三向约束，四周为法　向约束。图１为ｌ２号坝段三维有限元计算模型［２１。　２）施工期温度应力仿真分析　仿真反馈计算本周、预报下周温度应力时，模拟了１　２号坝　段的施工期浇筑过程。１２号坝段自２００９年９月１５日１５：ｏ０　开始浇筑至２０１０年５月１６日已浇了ｌ２仓混凝土（高程为　３３５．Ｏ０～３６４．８０ｍ）。２０１０年５月１０～ｌ６日，１２号坝段仅浇筑１　仓混凝土。浇筑期间，最高气温２８．８℃，最低气温１５．１℃，昼夜　温差在５．５～１１．８Ｖ之间。模拟气温特点，从计算的温度和应力　发展过程来看，混凝土计算最高温度能满足温控技术要求，均　小于２７￣Ｃ，最大应力出现在与基岩接触的混凝土部位，且发生　在通水冷却末期。该仓混凝土浇筑完后的几天内短周期温度　变化较为频繁，混凝土仓面不断受到温降冷击作用，至５月１　目前后，虽然不考虑温降冷击时的应力仍为压应力，但叠加温　降冷击后的应力已达到临界值，开裂风险较大。　上　ａ整体模型　ｂ坝体模型　图１　１２号坝段三维有限元计算模型　此外，５月５～７日３６ｈ内气温变幅近２２￣Ｃ，由此带来的表　面应力增幅近２ＭＰａ。由于该仓混凝土早期压应力储备较大，　因而温降后拉应力仅为Ｏ．５６ＭＰａ，小于该龄期的容许应力。但　是，需要注意的是，在这种情况下，依然存在一定的裂缝风险。　当仓面间歇时间较长时，需要做好表面保温工作。５月１ｌ曰左　右混凝土层面的拉应力达到１．ＯＭＰａ，安全系数略大于１．８，开　裂风险仍然存在。　３．３温度和应力预报结果分析　根据气象预报资料，计算在预报气温资料前提下，大坝的　温度和应力状况。２０１０年５月１７～２３日施工现场最高气温在　３１￣Ｃ左右，最低气温在１８℃左右，昼夜温差７～１１℃。由于１２　号坝段ｌ２仓混凝土龄期尚短，基本处于升温阶段，但随着温　度下降，压应力不断减小，自２２日混凝土出现较小的拉应力。　３．４混凝土温度裂缝控制技术　１）完善施工设计，规范施工流程　严格依据相关规范并根据工程建设要求进行设计，在此　基础上形成完整的混凝土施工流程。同时，在混凝土浇筑施工　过程中，严格依据施工流程进行施工。因此，这就要求在工程　设计过程中，设计人员严格把控各个混凝土施工要点，重点关　注容易产生裂缝的区域和部位，并有针对性的混凝土裂缝预　防控制设计，这样才能有效降低水利施工中混凝土产生裂缝　的可能性。除此之外，还应该优化混凝土配筋加固设计，依照　工程状况对施工工艺进行设计，确定配筋加固时的各项　操作规程，这样才能够有效避免配筋对混凝土结构拉应　力产生不良影响，减小配筋加固过程中可能出现的混凝　土结构问题【３］。　２）优化混凝土配合比　混凝土结构施工中，首先需要进行配合试验，确定所需各　种材料比例，明确水利工程施工所允许的裂缝宽度范围，然后　以此为依据，有效指导混凝土结构的设计和施工，这样才能将　裂缝宽度严格控制在一定范围内。需要注意的是，在混凝土材　料中可以适当添加粉煤灰来代替水泥，这样能够有效改善混　凝土内外温差问题，在最大程度上降低混凝混凝土温差　裂缝。　３）混凝土浇筑施工　为了有效控制混凝土裂缝问题，必须加强混凝土浇筑施　工。在混凝土浇筑施工过程中，一般采用分层浇筑施工、分段　浇筑施工、持续推移施工方法等。其中，通过应用分层浇筑施　工技术，能够有效提高施工质量。在大坝浇筑施工过程中采用　分层浇筑技术，应该注意严格控制分层厚度和分层浇筑间隔　时间，避免出现裂缝问题。另外，天气因素也是影响混凝土浇　筑裂缝的关键。对此，应该选择温度适宜的天气施工，避免环　境温度和湿度对混凝土裂缝产生不良影响。通常情况下，　混凝土浇筑时间应该控制在５ｈ以内。最后，还需要注意　的是，大坝混凝土结构浇筑完成后，还需要对混凝土表　面做好清洁处理。　４）混凝土结构养护处理　当混凝土浇筑施工完成后，必须加强混凝土结构温度和　湿度控制，尽量降低混凝土结构温度裂缝发生几率。因此，必　须对混凝土进行养护处理。在混凝土结构湿度控制方面，应该　确保其能够为水泥水化反应提供～定量的水分。另外，在混凝　土结构温度控制方面，应该尽量控制混凝土内外温差，避免温　工程施工技术ｌ　Ｃｏｔ￣ｔｒｕｃｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｌ　差较大导致混凝土结构表面产生裂缝。混凝土结构的养护处　理会对混凝土施工质量产生较大影响。因此，施工单位应该综　合考虑混凝土结构所处环境特征、混凝土结构大小等因素确　定适宜的养护时间，同时，还应该结合施工环境实际情况选择　养护方法，比如保温养护、保湿养护、浇水养护等。　４结语　综上所述，在水利工程施工中，混凝土材料是十分常见的　施工材料，如果原材料选择不当、配合比设计不合理、施工工　序质量没有得到有效控制或者混凝土结构养护不当，则很容　易造成严重的裂缝问题。混凝土结构裂缝形式有很多种，本文　主要以温差裂缝为研究对象，结合某水利工程大坝施工实　例，对温度应力进行监测分析，并结合工程实际情况采　用有效的裂缝控制技术，优化配合比，采用混凝土分层浇　筑施工方式，并及时做好养护处理，这样就能够有效控制混凝　土裂缝。幽　【参考文献】　【１】周厚贵．无裂缝混凝土大坝施工技术与实践［Ｊ］．水力发电，２０１０，３６　（２）：１＿４．　【２】郑淑峰．水利工程施工中混凝土裂缝防治技术［Ｊ】．湖南城市学院学　报（自然科学版），２０１６（２）：１５．１６．　【３】张伟．温泉水电站大坝面板混凝土裂缝成因及处理措施［Ｊ］．水利水　电技术，２０１３，４４（１Ｏ）：９３．９５．　【收稿日期］２０１７．０５．１７　２１７