PAGE從壩體混凝土面板原型觀測看混凝土裂縫0前言混凝土面板壩的面板裂縫在目前一直是一個難以解決的問題，在我國晝夜溫差較大和空氣干燥的北方與西部地區(qū)問題更為突出。裂縫不僅要投入大量的資金進(jìn)行裂縫處理，較大的裂縫甚至威脅到壩體的安全運行。在混凝土施工過程中雖對拌和、塌落度、振搗等工藝進(jìn)行了嚴(yán)格的控制，但裂縫仍不可避免。鑒于以上原因，進(jìn)一步了解裂縫產(chǎn)生的機理，揭示裂縫產(chǎn)生的規(guī)律，對裂縫進(jìn)行綜合預(yù)防研究非常必要。公伯峽大壩面板內(nèi)部埋設(shè)有混凝土應(yīng)變計、鋼筋應(yīng)力計，儀器全部完好，觀測數(shù)值符合規(guī)律，為裂縫分析提供了可靠的觀測資料。但由于篇幅所限，本文略去了各種資料的計算方法和計算公式，僅拿出觀測分析成果來，供大家參考。1關(guān)鍵詞解釋混凝土總應(yīng)變：由自生體積變形應(yīng)變和外力共同引起的應(yīng)變叫總應(yīng)變。混凝土自生體積變形應(yīng)變：由混凝土內(nèi)部溫度、濕度、水化反應(yīng)引起的應(yīng)變叫自生體積變形應(yīng)變。混凝土應(yīng)變：僅由外力作用如坡向自重下滑力、蓄水壓力等引起的變形叫應(yīng)變。應(yīng)變在數(shù)值上等于混凝土總應(yīng)變減去混凝土自生體積變形應(yīng)變?；炷羻屋S應(yīng)變：混凝土內(nèi)部任何質(zhì)點的某一方向的實測應(yīng)變都包含另外兩個垂直于該方向的正應(yīng)力產(chǎn)生的應(yīng)變，由三個互相垂直的應(yīng)變計算出只含有一個方向的應(yīng)力產(chǎn)生的應(yīng)變，這種由同一個方向的應(yīng)力產(chǎn)生的應(yīng)變叫單軸應(yīng)變。2面板混凝土技術(shù)指標(biāo)混凝土配合比設(shè)計參數(shù)見表1。實測結(jié)果見表2。3面板及面板內(nèi)部觀測儀器簡介公伯峽面板堆石壩最大壩高132.2米，每塊面板寬度12米，面板最大斜長218米，底部厚度70厘米，頂部厚度30厘米，面板下部為混凝土擠壓墻墊層。分析與面板裂縫有關(guān)的觀測儀器有三向混凝土應(yīng)變計，共計78支，分為26組，每組三支應(yīng)變計，配合一支無應(yīng)力計。每組應(yīng)變計方向分為坡表1配比設(shè)計設(shè)計標(biāo)號級配塌落度（cm）水灰比砂率（%）C25W12F200Ⅱ7～90.434.5粉煤灰（%）外加劑骨料比例（?。褐校┤葜兀↘g/m3）減水劑、減縮劑劑、引氣劑2050：502400水泥強度保證率（%%）砂細(xì)度模數(shù)永登中熱5055#90FM=2.8表2實測結(jié)果混凝土澆筑溫度度（℃）氣溫（℃）塌落度（cm）含氣量（%）抗壓強度（MPa）8～233～293.3～9.554～830～40向、45°、水平向三種。各組應(yīng)變計水平間距25米，平面布置見圖1；另有鋼筋應(yīng)力計42支，分24組，每組兩支，每組方向分為坡向、水平向兩種。每組鋼筋計水平間距25米，平面布置見圖2。4用觀測資料分析面板裂縫的方法追查裂縫產(chǎn)生原因的工作人員分為三個工作小組，第一組人員每天巡視面板，檢查裂縫產(chǎn)生的準(zhǔn)確時間，第二組人員用全站儀配合測定裂縫位置，第三組人員每天對觀測儀器進(jìn)行日常觀測。選取裂縫位置與儀器埋設(shè)位置在2米之內(nèi)的裂縫資料與觀測資料進(jìn)行整合分析，繪制出相關(guān)過程圖。5裂縫原因5.1表3為埋設(shè)應(yīng)變計板塊的實測極限拉伸應(yīng)變平均值，供參考。表3實測極限拉應(yīng)變值單位：με樁號0+0520+1110+1590+2320+304實測極限拉應(yīng)變變均值100.380.26843.578.3設(shè)計要求配合比比極限拉伸伸應(yīng)變值1005.2圖3為混凝土內(nèi)部坡向和水平向應(yīng)變比較圖（單軸應(yīng)變圖與此應(yīng)變圖曲線非常接近，故也可以認(rèn)為圖3就是單軸應(yīng)變圖）的典型曲線，從圖中可以看出，在蓄水前同一時間的坡向應(yīng)變與水平向應(yīng)變存在差值，坡向應(yīng)變明顯的偏向了拉應(yīng)變區(qū)（上方），這是面板產(chǎn)生水平裂縫的原因。蓄水后應(yīng)變進(jìn)入壓應(yīng)變區(qū)。各點位在混凝土澆筑后第5～11天之間（裂縫高發(fā)時段）的坡向和水平向應(yīng)變差值見表3。表3坡向和水平向應(yīng)變差值表單位：με軸距0+052剖面0+111剖面面0+159剖面面0+232剖面面0+304剖面面上209525403040上456060304545上7068303050100上955580857538上1205055-1540上14512510上16250注：1）表3中正值表示坡向拉應(yīng)變大于水平向拉應(yīng)變，值表示水平向拉應(yīng)變大于坡向拉應(yīng)變。2）με——微應(yīng)變(1με=1×10-6ε)5.3根據(jù)對觀測資料的分析把裂縫分為兩類：一類發(fā)生在面板水化熱完成后混凝土內(nèi)溫度下降的最低點（定義為谷點），此時混凝土內(nèi)部大量水分發(fā)生了水化反應(yīng)后生成了新的物質(zhì)，游離水分的減少使混凝土也發(fā)生了干縮變形，溫降和干縮共同作用，使混凝土拉應(yīng)變達(dá)到峰值最大點，在峰值最大點附近前后均有可能發(fā)生裂縫，這類裂縫典型曲線參見圖4，裂縫分布時間大約在混凝土澆筑后5～11天之間，此時混凝土抗壓強度大約是標(biāo)準(zhǔn)強度的0.45～0.75倍，對應(yīng)的抗壓強度在16～26MPa之間。拉應(yīng)變大，抗壓強度低，抗拉強度則更低（1～3MPa），這些因素共同決定了這一時段屬于混凝土裂縫的高發(fā)期，約占裂縫總量的70%左右。從70%這個比例的意義來看，裂縫的多少與面板長短視乎關(guān)系并不是很大。各點位拉應(yīng)變峰值、混凝土水化熱溫度峰值、入倉倉溫度見表表4。從表4看出，每每組混土應(yīng)應(yīng)變計坡向向拉應(yīng)變峰峰值均大于于水平向拉拉應(yīng)變峰值值；許多點位坡向向拉應(yīng)變峰峰值超過了了規(guī)定極限拉拉應(yīng)變85με；每個板塊塊坡向最大大拉應(yīng)變發(fā)發(fā)生位置在址板板向上第二二個測點處處，距址板板坡向距離離31米，無寧寧這些部位位也是裂縫縫的高發(fā)區(qū)區(qū)；從表4還可以看看出，混凝土水化化熱的峰值值溫度、入倉溫度度、水化熱峰峰值溫度與與入倉溫度度之差均與與混凝土峰峰值拉應(yīng)變變關(guān)系不明明顯。另外外表4中整個面面板水化熱熱溫度平均值為27.3℃，比12局預(yù)計的的平均24..4℃高2.9℃。表5為混凝土拉應(yīng)應(yīng)變峰值與與水化熱過過后谷點溫溫度以及兩兩者之差。從從表5中看出，峰峰值大小與與峰值～谷點間溫溫差有對應(yīng)應(yīng)關(guān)系。看看來，混凝凝土的坡向向峰值拉應(yīng)應(yīng)變大小除除了與坡向向位置、混凝土干干縮有關(guān)外外，還與峰峰值與水化化熱過后的的谷點間溫溫差有關(guān)。另一類裂縫發(fā)生生在混凝土土面板澆筑筑完成后的的夏季高溫溫時段，乃乃至蓄水前前，這類裂裂縫約占總裂縫縫總量的30%。在在此期間，面面板內(nèi)部溫溫度上升了了10℃，由此引起起的鋼筋壓壓應(yīng)變比混混凝土大20με，在面板混凝凝土粉煤灰灰摻量過多多，極限拉拉應(yīng)變變偏低低的情況下下，這20με是有可能能給面板增增加新的裂裂縫的。摻粉煤煤灰后能降降低水化熱熱后拉應(yīng)變變峰值，但但摻量過多時時，在峰值值拉應(yīng)變較較小時也可可能發(fā)生裂裂縫，這兩兩點在大量量觀測圖中中視乎可以以證實。5.4蓄水水后面板是是否還會發(fā)發(fā)生裂縫，雖雖然沒有現(xiàn)現(xiàn)場檢查資資料，但從從觀測資料料來看，面面板90%點位已進(jìn)入入了壓應(yīng)變變區(qū)。如圖圖5所示的面板板應(yīng)變分布布圖，除壩頂個別別點位處在在較小的拉拉應(yīng)變區(qū)外外，其他點位位隨著水深深增加，壓壓應(yīng)變也隨隨之增大，但但是最大壓應(yīng)應(yīng)變并不是是發(fā)生在面面板最下端端，而是發(fā)發(fā)生在從下下向上表4坡向和水水平向受拉拉總應(yīng)變峰峰值與混凝凝土溫度峰峰值對照表軸距方向0+052.55剖面0+111.55剖面0+159.55剖面0+232.55剖面0+304.55剖面拉應(yīng)變峰值με混凝土溫度℃拉應(yīng)變峰值με混凝土溫度℃拉應(yīng)變峰值με混凝土溫度℃拉應(yīng)變峰值με混凝土溫度℃拉應(yīng)變峰值με混凝土溫度℃上20坡向15126(11.5)(14.5)6125(19)(6)4526(16.9)(9.1)6327(18.3)(8.7)7030.4(19)(11.4)水平2840243129上45坡向9624.2(12.5)(11.7)11128(13.6)(14.4)4526(19.7)(6.3)5030(20)(10)8133.4(23)(10.4)水平3045121045上70坡向9724(14.5)(9.5)7030(20.8)(9.2)6126.1(15)(11.1)7429.8(21.3)(8.5)11227.9(19.5)(8.4)水平3363303015上95坡向6823.3(11.7)(11.6)10025(14.7)(10.3)8328.6(20)(8.6)10227.2(16)(11.2)7531(18.3)(12.7)水平315522736上120坡向8025.5(15.5)(10)10428.2(19)(9.2)2828.2(16.8)(11.4)水平425033上145坡向14425(14.8)(10.2)7228.3(15.9)(12.4)水平3964上162坡向4122.8(9.2)(13.6)溫度欄示例峰值溫度(入倉砼溫度)(峰值與入倉溫度度之差)水平-6本塊均值24.4(12.6)(11.8)25.9(15.4)(10.5)27.2(17.8)(9.4)28.4(18.5)(9.9)30.7(20)(10.7)表5坡向和水水平向受拉拉總應(yīng)變與與混凝土谷谷點溫度表表軸距方向0+052.55剖面0+111.55剖面0+159.55剖面0+232.55剖面0+304.55剖面拉應(yīng)變峰值με混凝土溫度℃拉應(yīng)變峰值με混凝土溫度℃拉應(yīng)變峰值με混凝土溫度℃拉應(yīng)變峰值με混凝土溫度℃拉應(yīng)變峰值με混凝土溫度℃上20坡向15126(11)(15)6125(14)(11)4526(16.8)(9.2)6327(17.5)(9.5)7030.4(16)(14.4)水平2840243129上45坡向9624.2(11)(13.2)11128(16.5)(11.5)4526(18.5)(7.5)5030(17.1)(12.9)8133.4(17.7)(15.7)水平3045121045續(xù)表5坡向和水水平向受拉拉總應(yīng)變與與混凝土谷谷點溫度表表上70坡向9724(14.5)(9.5)7030(16.5)(13.5)6126.1(17.3)(8.8)7429.8(16.7)(13.1)11227.9(16)(11.9)水平3363303015上95坡向6823.3(15)(8.3)10025(15.5)(9.5)8328.6(18.8)(9.8)10227.2(16.4)(10.8)7531(17.6)(13.4)水平315522736上120坡向8025.5(16.5)(9)10428.2(16)(12.2)2828.2(18.5)(9.7)水平425033上145坡向14425(16.8)(8.2)7228.3(19.5)(8.8)水平3964上162坡向4122.8(17)(5.8)溫度欄示例峰值溫度(谷點溫度)(峰值與谷點溫度度之差)水平-6本塊均值24.4

(122.9)(11.5)25.9(16.1)(9.8)27.2(17.8)(9.4)28.4(17.2)(11.2)30.7(16.8)(13.9)的第二個測點處處，即距址址板下端斜斜長31米處，與與該塊混凝土澆筑筑后拉應(yīng)變變峰值最大大處位置相相同。兩者位置為為何相同尚尚待進(jìn)一步步論證，但但由此可以以推論蓄水水后面板裂裂縫的可能能性很小。5.5鋼筋與面面板裂縫是是否有關(guān)，單單從溫度變變形看，鋼鋼筋線脹系系數(shù)是1.2××10-5（K-1）,混凝土線線脹系數(shù)是是1.0××10-55（K-1）,兩者之差差為0.2××10-55（K-1），即即溫度每變變化1℃，鋼筋要要多變化0.2××10-55（2με）的應(yīng)變變量，有這個差差值存在，在在溫升和溫溫降階段鋼鋼筋對混凝凝土的作用用也是不一一樣的。在在溫升階段段，鋼筋促促使混凝土土向裂縫趨趨勢發(fā)展；；在溫降階階段，鋼筋限制混凝土土向裂縫趨趨勢的發(fā)展。例例如，在混混凝土澆筑筑后的水化化熱階段，溫溫度開始升升高，但此此時混凝土土還沒有形形成強度，鋼鋼筋與混凝凝土并不同同步變化，談不不上鋼筋促促使混凝土土向裂縫的的趨勢發(fā)展展，而在水水化熱過后后的溫降階階段，鋼筋筋則限制混混凝土向裂裂縫趨勢的的發(fā)展。圖圖6是同一位位置典型的的鋼筋應(yīng)變變與混凝土土應(yīng)變過程程線，其中中鋼筋應(yīng)變變是用鋼鉉鉉式應(yīng)力計計應(yīng)力除以以鋼筋彈模模計算得來來的，混凝凝土應(yīng)變是是用差阻式式應(yīng)變計直直接測來的的，從圖中中看出，水化化熱后谷點點溫度比峰峰值溫度低低了12℃，引起的的鋼筋與混混凝土不均均勻應(yīng)變差差理論為24με，實測為20～25με，這20～25με對限制混混凝土的裂裂縫還是有有一些作用用的。但是是，在6月1日～7月8日的高溫期間間，混凝土土內(nèi)溫度又又上升了10℃，引起的的鋼筋與混混凝土不均均勻應(yīng)變差差為20με，這20με又促進(jìn)了后期期的混凝土土裂縫發(fā)展展。5.6面板板下部擠壓壓墻的不平平整度與面面板裂縫相相關(guān)性到底底有多大，根根據(jù)現(xiàn)場不不同部位施施工情況比比較來看，擠擠壓墻的不不平整度對對裂縫的影影響不是很很大，但是是不平整度度太大時，肯肯定會造成成面板應(yīng)力力集中現(xiàn)象象，促使裂裂縫的產(chǎn)生。6預(yù)防裂縫的綜合合措施歸納常用的措施施有：降低骨料、拌合合水溫度，從從而降低水水化熱溫度度；采用中中低熱水泥泥，降低水水化熱溫度度，堅決不用早早強水泥，以以免水化熱熱過程過于于集中；減減小水灰比比，減小干縮；使用高標(biāo)標(biāo)號水泥設(shè)設(shè)計配合比比，減少水水泥用量，降降低水化熱熱溫度；添添加外加劑劑，減少用用水量，從而減少水泥用用量，降低低水化熱溫溫度；添加加粉煤灰，減少干縮；選取好的骨料級配，降低混凝土收縮性；嚴(yán)格控制塌落度，減少用水量，從而減少混凝土的干縮；提高面板下部擠壓墻的平整度，減少面板應(yīng)力集中現(xiàn)象；加強振搗，提高密實度；采用碎石混凝土，提高抗拉能力；擠壓墻面灑水降溫；面板混凝土及時灑水養(yǎng)護(hù)，降溫保濕。根據(jù)觀測結(jié)果，再再補充幾點點供參考：：1.在水化熱熱溫度峰值值之前，即即混凝土澆澆筑后48小時內(nèi)，加加大灑水降降溫力度，若板塊過長，則不要等到本板塊混凝土澆筑完畢后再灑水養(yǎng)護(hù)，每澆完15米長的面板立即進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，以平抑峰值溫度；在水化熱溫度峰值過后，不應(yīng)該再用大量的冷水（甚至是雪融水）來養(yǎng)護(hù)混凝土，應(yīng)該采用間斷的和小劑量灑水法，將重點轉(zhuǎn)入保溫保濕狀態(tài)，特別是晚上，更應(yīng)該保溫。如觀測資料中有些點位混凝土水化熱過后，溫度降到了比入倉溫度更低的程度，有的點位谷點溫度比入倉溫度甚至低了5℃，可能與冷水過渡養(yǎng)護(hù)有關(guān)。若條件許可，溫水養(yǎng)護(hù)也可能是一種好辦法。同一個配合比用在我國南方不發(fā)生裂縫，而用在我國北方就發(fā)生裂縫，也證明了保溫保濕的重要性。2.每塊面板布置埋埋