混凝土重力坝裂缝成因及应对

混凝土重力坝裂缝成因及应对摘要】：裂缝是混凝土重力坝病害的主要表现形式之一，混凝土重力坝会由各种不同的原因产生裂缝，导致有害物质进入结构内部，长期影响下会对混凝土重力坝结构产生不良影响，进而对于混凝土重力坝的质量以及安全带来影响。本文结合实际的裂缝资料对于该混凝土重力坝的裂缝成因开展了系统上的分析，并且给出了相关的防治对策。【关键词】：混凝土重力坝；裂缝：成因；控制措施；处理措施引言混凝土具备抗压强度大、重度大等优势，这导致混凝土已经成为了大坝建筑当中不可或缺的材料，但是混凝土重力坝的开裂是一个无法避免的重要问题。在水利工程当中，大坝开裂是经常会遇到的问题。裂缝的产生不但会使得大坝产生渗漏问题，并且还会对于钢筋产生腐蚀，最后对于大坝的总体性以及稳定性带来一定的威胁。混凝土重力坝如果出现问题将会对于下游人们的生命财产安全带来直接的威胁，因此对于大坝产生裂缝的原因与有关的控制对策开展分析是十分关键的。混凝土重力坝出现裂缝的原因混个凝土重力坝裂缝的成因多种多样，可以是混凝土内部收缩，也可以是地基不匀产生的沉降，地震等自然灾害也可以使坝体产生裂缝，单归结来说主要有两个方面：1、由于混凝土本身特性（如水化热过高、混凝土收缩等）的原因产生的裂缝；2、外部应力作用于坝体产生的裂缝。2.1荷载作用产生的裂缝混凝土重力坝受力比较复杂，有自重、扬压力、动水压力、静水压力、土压力、波浪压力以及泥沙压力等。在混凝土重力坝所受到的组合荷载作用之下的应力超过了混凝土重力坝的抗拉强度的时候，就将会出现荷载裂缝。根据我国国内以及国外的研究数据以及众多的工程实践表明，荷载裂缝约占裂缝总数目的20%，非荷载裂缝占据裂缝总数目的80%，在这当中收缩裂缝占据了绝大多数。另外一种情况就是，混凝土在长时间的荷载作用之下将会出现徐变，伴随着徐变程度的持续增加，混凝土的大坝就将会出现裂缝。假如裂缝比较小，符合规范的规定，可以不开展处置，假如裂缝超出了规范规定的安全范围，那么就一定要开展维修以及加固处理。2.2温度改变产生的裂缝混凝土重力坝大坝是属于一种大体积的混凝土，在浇筑结束之后，因为水泥水化放热，总体的浇筑块体的温度比较高，但是混凝土重力坝内部的混凝土散热远不及外部混凝土散热快，进而在外部会形成一种约束，混凝土重力坝的内部混凝土在受到约束的情况之下将会出现膨胀情况，进而出现温度应力。如果温度应力太大超出了混凝土的承载最大值的时候，裂缝就会产生。冬季施工以及养护对策采取不合理将会使得混凝土外表面跟内部产生比较大的温度差，都或许会出现裂缝。2.3收缩产生的裂缝混凝土的主要胶凝材料是水泥，水泥是一种粉状水硬性无机胶凝材料，在混凝土浇筑结束之后就会开展收缩硬化。在该种体积收缩受到相关限制的时候，就会出现拉应力进而引起开裂。混凝土的收缩重点包含温度收缩、塑性收缩以及干燥收缩三种。在硬化的初始阶段，重点就是水泥硬化带来的体积改变，后期重点就是水分蒸发引起的干缩变形。与此同时，混凝土的过分振捣也是出现收缩裂缝的关键因素之一。2.4不均匀沉降产生的裂缝因为地基软弱并且土质不均匀引起混凝土重力坝的不均匀沉降，进而产生了裂缝。由不均匀沉降产生的裂缝一般都是贯穿性的裂缝，其沉降以及走向跟具体地质状况有关。通常是跟地面呈现30°-45。夹角亦或是跟地面垂直发展，比较大的沉降缝还存在一定的错位。一般来说，沉降量越大那么裂缝的宽度就会越大。等到沉降趋向于稳定的时候，裂缝的宽度也基本不会产生改变。混凝土大坝裂缝的控制措施3.1原材料上的控制措施因为温度重点是通过水泥的水化热产生的，所以需要尽可能的使用发热量较低的水泥，比如低热矿渣硅酸盐水泥以及中热硅酸盐水泥等控制砂石的含泥量。如果混凝土当中的石、砂的含泥量太高，那么混凝土浇筑成型之后的收缩将会相应增加，与此同时其抗拉强度也会减少，那么对于混凝土的抗裂非常不利。因此，需要尽可能的选取含泥量较少，细颗粒比较少的砂，这样就能够降低表面积，水泥的使用量减少，那么产生的水化热也会降低。不相同的混凝土对于砂石的含量具备不相同的规定，通常来说，石子的含泥量应该低于1%，啥子的含泥量应该小于等于2%。3.2结构设计的相关控制措施（1） 配备钢筋网加固。针对长时间暴露在外面的混凝土，在其外表面配备一定数目的钢筋网能够避免出现贯穿性裂缝亦或是形成深层裂缝。某些大坝工程项目在迎水面布设钢筋网，进而强化其抗裂水平。（2） 因为边界具备对于结构的约束，进而出现应力。需要改进边界结构的相关设计，防止结构出现突变。如果无法避免的时候，能够对于局部开展处置，比如，突变更改为渐变，尖角更改为圆角。3.3施工过程相关管控措施（1） 温度的控制。降低混凝土的水化热温度提升、减少混凝土的浇筑温度、强化对于混凝土外表面的养护以及保护是温度控制的关键措施，对于避免裂缝的出现以及发育具备良好的效果。（2） 改进搅拌工艺。可以使用水泥裹沙法以及二次投料法，跟一次投料法相比较来说，混凝土不容易产生泌水以及离析问题，工作性能优良，抗裂的强度也比较高。（3） 采取科学的浇筑方式。混凝土的浇筑一般使用的是平浇法，在浇筑水平受到限制的时候，为了防止在建筑过程当中出现裂缝，一般会采取阶梯浇筑亦或是斜浇法。3.3混凝土原材料的选取（1） 粉煤灰降低混凝土的水化热温升粉煤灰在混凝土当中有火山灰的活性效果，它可以作为胶凝材料的构成部分，它能够改进混凝土的和易性，并且能够降低混凝土当中水泥的用量，进而降低混凝土的水化热温升以及混凝土的收缩。除此之外，粉煤灰的水化反应跟水泥相比比较慢，高效的减少浇筑混凝土的初始温度，对于避免裂缝的出现，能够发挥出一定的效果。坪底大坝的每一个位置混凝土都掺有粉煤灰，其具体占比为18%-20%。（2） 三级配混凝土降低混凝土的水化热温升在粗骨料的最大粒径增加的时候，骨料的表面积将会变小，在混凝土流动性能相同且水灰比一样的前提之下，可以有效的降低水泥用量，进而降低混凝土水化热温度升高以及混凝土的收缩，减少裂缝出现的概率。坪底大坝基础以及坝体的内部混凝土粗骨料可以选取三级配，即5-20mm、20-40mm、40-80mm，最大的粒径是80mm。针对水泥用量比较小的中低强度混凝土，最大粒径增加，其混凝土强度也会随之增加。但是针对水泥用量大的高强度混凝土，在最大粒径是40mm的时候，强度是最大的；伴随着骨料最大粒径的增加，混凝土的强度也会降低。结合混凝土重力坝上游以及下游面的混凝土处在大坝的表层，其散热条件比较好，大坝的上游、下游面可以使用二级配混凝土，即5-20mm、20-40mm，最大粒径是40mm。（3）通过减水剂减少水用量，降低混凝土水化热提高减水剂在维持混凝土流动性相同以及水灰比相同的情况下，能够降低水泥用量以及用水量，进而降低混凝土的水化热温升，进而减少裂缝出现的概率，并且可以提升混凝土的强度。聚羧酸盐减水剂具备高减水率、分散性能好、低掺量、塌落度损失小、跟水泥具备优良的适应性、混凝土后期强度高等优势，将会逐渐取代萘系减水剂在工程当中的使用。3.4浇筑温度的控制（1） 骨料料仓的温度控制要想控制好混凝土的浇筑温度，首先应该对于骨料温度开展控制。为了确保采用温度比较低的骨料，坪底水库每一个料仓当中的骨料堆放高度都应该超过6m，取料的时候从料堆的下部进行取料，尽可能不适用温度高的表层骨料；与此同时，在骨料料仓的顶端可以搭建黑色的遮阳布，进而高效减少骨料的温度。（2） 浇筑仓面的温度控制在混凝土浇筑结束之后，在硬化过程当中，水泥水化将会出现水化热，进而使得混凝土内部的温度非常高。因为混凝土的体积较大，众多的水化热聚集在混凝土的内部不容易散发出来，使得内部温度快速上升，进而使得混凝土的外表面散热较快，使得混凝土的内部与外部形成比较大的温度差，温度差使得内部以及外部的热胀冷缩程度不相同，使得混凝土的外表面出现了一定的拉应力。在拉应力超过混凝土抗拉强度最大值的时候，混凝土的表面将会出现裂缝。坝体混凝土在浇筑的过程当中，可以在混凝土的内部水平敷设D40mm、排距是2m的薄壁铁管，进而形成S型的冷却管；每抬升1.5m，埋设一层冷却管，在混凝土浇筑结束之后，开始注进冷水；终止冷却的指标为，混凝土每天的温降幅度不超出1C。水库坝体混凝土在浇筑的时候竖向埋设D200mm散热盲管，在浇筑仓块之内每间隔6m设一排，每一排管与管间距为4m。散热盲管随着混凝土浇筑而提升，浇筑达到一定高度之后，利用混凝土把盲管进行回填密实。重力坝裂缝的处理措施化学灌浆是将一定的化学材料配制成溶液，用化学灌浆泵等压送设备将其灌入地层或缝隙内，使其渗透、扩散、胶凝或固化，以增加地层强度、降低地层渗透性、防止地层变形和进行混凝土建筑物裂缝修补的一项加固基础，防水堵漏和混凝土缺陷补强技术。众多实践证明，化学灌浆是一种成熟、有效的混凝土坝裂缝处理措施。化学灌浆的施工工序为：（1）清理:详细检查、分析渗漏情况，确定灌浆孔位置及间距。清理干净需要施工的区域，凿除混凝士表面析出物,并用磨光机对缝两侧进行打，确保基面干净；钻孔:灌浆孔布孔采用斜孔形式,斜孔沿裂缝两边交错排列,灌浆孔的孔距视缝隙宽度而异,一般为0.2m-0.3m,缝细则小，缝宽则大;孔径为14mm,孔口位置距裂缝约10cm,钻孔角度宜＞60°,钻孔深度需距面板表面20cm以上，同确保钻孔穿过裂缝；埋嘴:在裂缝两侧交替埋设专用灌浆嘴；灌浆:①材料选择:选用LW/HW水溶性聚氨酯，两者比例为4:6:②灌浆顺序:立面竖向裂缝或斜缝灌浆应自下而上进行。立面水平或近似水平裂缝灌应自一端向另一端进行。平面裂缝宜选择畅通性最好的孔开灌，向两端依次进行③灌浆压力及结束标准:本部位的灌浆采用高压灌浆工艺，缝面不做封闭处理当所灌浆孔附近的裂缝出浆且出浆浓度与进浆浓度相当时，结束灌浆；封孔:待浆液固化后，凿除灌浆针头，采用环氧胶泥对灌浆口进行修补、封口处理；封缝:裂缝表面采用环氧胶泥涂刷处理。化学灌浆处理混凝土坝裂缝起到了以下作用：1、解决混凝土坝的渗漏问题;2、防止钢筋锈蚀，延缓混凝土老化；3、恢复混凝土结构的整体性。结语综上所述，混凝土大坝出现裂缝的原因是多样的，重点是温度改变、收缩以及荷载、不均匀沉降出现的裂缝。在混凝土重力坝施工当中任意一个流程控制不科学就或许会产生裂缝。即使裂缝对于混凝土重力坝有非常大的危害，但是结合当前理论，裂缝的出现没有办法避免。为了尽可能的降低裂缝的出现，确保大坝的总体性以及稳定性，必须要从材料控制、施工