两河口水电站心墙盖板混凝土裂缝控制研究

(中国水利水电第五工程局有限公司，成都，610066)

1 工程概况

两河口水电站为雅砻江中下游的龙头电站。坝高295m，水库正常蓄水位2865m，总库容107.67亿m3，装机容量300万kW。大坝心墙核心区域设置有厚1.0m的大体积混凝土盖板，混凝土总量共计约7.6万m3。其中河床廊道混凝土5763m3，河床水平段盖板混凝土7408m3，左右岸盖板混凝土6.3万m3。大坝心墙盖板混凝土施工质量直接影响整个水电站挡水工程的质量。

坝区主要分布砂质板岩，板岩混凝土骨料存在细骨料石粉含量高，粗骨料裹粉高，且富含大量游离石灰等特点。混凝土配比用水量较同类工程高30kg～40kg、胶材用量高60kg～80kg，导致混凝土温度升高，混凝土内外温差大，容易形成裂缝等问题。从而影响心墙盖板混凝土的整体性、抗渗性和耐久性能，为建筑物后期运行留下重大安全隐患。

为有效控制两河口水电站大坝心墙盖板混凝土裂缝的产生，两河口水电站在施工过程中主要研究，在外界条件相同且严格控制施工工艺、养护条件的条件下，对不同配合比和不同配筋方式进行组合试验研究，得出一种产生裂缝最少的最优组合方式。

2 裂缝分类及成因

大体积混凝土裂缝一般可以分为荷载裂缝和变形裂缝。荷载裂缝又可以分为外荷载裂缝和荷载次应力裂缝；变形裂缝也可以分为材料自身变形裂缝和结构变形裂缝。

(1)在荷载作用下，结构的强度、刚度或稳定性不够而出现的裂缝称为荷载裂缝。这类裂缝主要是由于混凝土早期抗拉强度和弹性模量低，在外部荷载的作用下导致结构变形，从而出现裂缝。

(2)由于温度、收缩、不均匀沉降等所引起的裂缝称为变形裂缝。这类裂缝是混凝土开裂的主要原因，具体原因如下：

①混凝土的收缩：收缩是混凝土的一个主要特征，对混凝土的性能有很大影响。由于收缩而产生的微观裂缝一旦发展，则有可能引起结构的开裂、变形甚至破坏。

②温度应力：混凝土内的水泥在水化反应过程中散发出大量热量，使混凝土升温，并与外部气温形成一定的温差，从而产生温度应力，其大小与温差有关，并直接影响到混凝土的开裂及裂缝的宽度。

③配筋情况：配筋间距大，配筋率小的混凝土结构开裂多。无筋混凝土比有筋混凝土开裂多。钢筋的大小、间距、位置，保护层过大或过小都有可能导致混凝土开裂。

④混凝土材料及配合比：配合比设计不当，直接影响混凝土的抗拉强度，是造成混凝土开裂不可忽视的原因。配合比不当指水泥用量过大，水灰比大，含砂率不当，骨料种类不佳，选用外加剂不当等，这几个因素也是互相影响的。

⑤养护条件：养护是使混凝土正常硬化的重要手段。养护条件对裂缝的出现有着关键的影响。在标准养护条件下，混凝土硬化正常，不会开裂，但是只适应于试块或是工厂的预制件生产，现场施工中不可能拥有这种条件。现场混凝土养护越接近标准条件，混凝土开裂的可能性就越小。

⑥施工质量：混凝土浇筑施工中，振捣不均匀或是漏振等情况，会造成混凝土离析、密实度差，降低结构的整体强度。混凝土内部气泡不能完全排除时，钢筋表面的气泡则会降低混凝土与钢筋的粘结力。钢筋若受到过多振动，则水泥浆在钢筋周围密集，也会大大降低粘结力。

解决大体积混凝土在施工过程中的裂缝是国际上的一个难题。许多国家都成立了专门的研究机构，理论成果颇多，但在工程实践中仍然缺乏成熟和实用的理论依据，一些规范和规程尚不能完全解决现实设计和施工中提出的问题。所以，面对如此复杂的工作，在实际施工中应十分慎重，否则容易出现事故，造成不必要的损失。组织大体积混凝土结构施工，在模板、钢筋和混凝土工程方面有许多技术问题要逐个解决。目前，国内外对机械荷载引起的开裂问题研究得较为透彻。而对温度、荷载引起的有关裂缝的研究尚不充分，应对此加以重视，防止危害结构的裂缝产生。

3 配合比及配筋情况

3.1 配合比

配合比设计不当，直接影响混凝土的抗拉强度，是造成混凝土开裂不可忽视的原因。配合比不当指水泥用量过大，水灰比大，含砂率不当，骨料种类不佳，选用外加剂不当等，这几个因素也是互相影响的。

两河口水电站大坝心墙盖板混凝土在施工过程中共使用以下几种通过试验确定、并允许使用的配合比，见表1。

表1 混凝土配合比汇总

表注：水泥品种：峨胜P·M42.5水泥，粉煤灰掺量25%。外加剂品种：减水剂为江苏博特高效减水剂、减水剂掺量0.7%、0.8%，引气剂掺量0.26‰、0.22‰。塌落度70mm～90mm外加剂为萘系、塌落度120mm～140mm外加剂为聚羧酸。

3.2 配筋情况

配筋不恰当、间距大，配筋率小的混凝土结构开裂多。无筋混凝土比有筋混凝土开裂多。钢筋的大小、间距、位置也要正确，保护层过大或过小都有可能导致混凝土开裂。

两河口水电站大坝心墙盖板混凝土钢筋网片经过与业主、设计沟通、允许后，共采用两种型号、两种间距布置形式进行混凝土浇筑施工并对比研究，即：一种为φ12@12.5(φ12螺纹钢、间排距为12.5cm)；另外一种为φ16@20(φ16螺纹钢、间排距为20cm)。

4 组合搭配

根据上述三种不同配合比及两种不同的配筋情况进行两两组合，共组合出6种不同情况，主要研究在不同水泥、外加剂用量及不同面层钢筋、间距情况下，混凝土所产生裂缝的情况，详见表2。

表2 不同配合比与不同配筋情况组合统计

说明：表中三种不同配合比均是通过前期试验并通过监理复核后允许使用的配合比。表中的两种不同配筋情况是根据设计蓝图及设计通知的相关要求执行。

5 裂缝控制情况

两河口大坝心墙盖板混凝土从2016年4月正式开始至2017年7月结束，通过多次对不同配合比及不同配筋情况进行试验研究，盖板混凝土施工进度及施工质量均满足相关要求，所产生的裂缝均按照设计要求及批复的混凝土缺陷方案中的相关内容进行处理。

按照不同组合情况进行混凝土浇筑施工后，对所有混凝土均进行了缺陷(裂缝)排查，裂缝情况统计见表3。

表3 不同组合情况混凝土裂缝统计

根据对两河口大坝心墙已完成混凝土进行裂缝统计、分析，得出数据见表4。

表4 混凝土裂缝统计分析对比

6 结论

两河口水电站工程通过对施工工艺、养护条件等对混凝土产生裂缝的因素进行严格控制的前提下，对不同配合比和不同配筋方式进行组合试验研究，最后得出使用C25W10F100混凝土、塌落度70mm～90mm、水泥用量为255kg、减水剂用量为2.38kg、引气剂为0.088kg的配合比与配筋为φ16@20的组合方式所产生的裂缝比例最小。使用该配合比与配筋情况的组合方式，保证了混凝土施工质量，也大大减少了后期混凝土缺陷处理工作，同时也大大减少了成本投入，故该种配合比与配筋在两河口大坝心墙盖板混凝土已全面运用，后续心墙混凝土在该配比和配筋参数下已全部顺利施工完成。

通过对两河口水电站大坝心墙盖板混凝土不同配合比与配筋进行组合试验研究，最终对方案进行择优选取，大大减少了盖板混凝土裂缝的产生，不仅保证了施工质量与进度，同时也为项目赢得了经济效益，为电站后期运行提供有效的安全保障。

两河口水电站大坝心墙盖板混凝土裂缝的研究与应用，为后续类似混凝土工程施工提供了宝贵的经验，相信在将来的类似混凝土工程设计、施工建设时，在总结本工程经验的同时，能较好地解决混凝土产生裂缝的施工难题，确保工程建设有序推进与目标实现。