面板堆石坝面板开裂机理与防止措施研究

陈杰

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摘要：在板桩坝施工过程中，应强调结合板开裂的机械特性，科学探索和深入研究板开裂因素，选择有效措施防止开裂问题，提高板的施工质量，确保板的强度和稳定性符合要求，促进工程项目的良好施工。

关键词：面板堆石坝；面板开裂机理；防止措施

1面板堆石坝面板开裂的因素

目前，在板桩坝施工过程中，板材开裂因素主要涉及应力变形、弯曲变形、结构接缝相对于垂直接缝的位移等，也涉及结构设计问题、材料质量问题。在进行面板开裂机制分析研究时，还必须考虑大坝变形后面板的内阻和破坏因素，作为工程项目施工时间、水文地质特征、设计方案内容和边界位置等的函数。例如：结构在重力、变形和面板应力松弛现象的影响下，再加上外部温度和湿度的变化，会降低面板本身的抗拉强度，最终导致开裂变形问题。此外，砌块石坝施工中的连接在重力作用下会导致结构本身过度弯曲变形，或在坝体运行过程中，上游侧的过度水压会导致坝体内部变形问题，使结构变形过高弯曲，导致开裂后果。

2混凝土面板裂缝现状

混凝土面板属于典型的薄形条形板块构造，长、宽、厚三向规格相差太大，造成裂缝的几率比一般水利大体积混凝土大。混凝土面板一旦出现裂缝，会损害构造的全面性，造成面板渗水，提升坝基漏水量。并且将会减少混凝土的抗渗等级耐用性，加重因为冻融、化合物腐蚀、炭化等导致的混凝土劣变，从而使得结构与功能慢慢缺失。已建工程的混凝土面板裂缝呈现出了一定的特征和规律性：从裂缝迈向来看，绝大部分工程的混凝土面板裂缝呈垂直方向；只有少数工程裂缝呈竖向分散，如公伯峡工程。从裂缝造成部位来说，大部分工程的裂缝关键分布于面板的下边；一小部分工程裂缝关键分布于中间，如阿尔塔什工程；一小部分工程裂缝关键分布于上端，如公伯峡工程。从裂缝所产生的面板分序来说，Ⅱ序面板裂缝远超过Ⅰ序面板，如阿尔塔什工程Ⅱ序面板裂缝约占裂缝的七成。从裂缝造成的时间也来说，一部分工程是浇制进行1～3个月时产生的裂缝，如吉林台一级、水布垭、梨园、阿尔塔什等工程；一部分工程为面板浇制第一个冬季后发生裂缝，如大西北口、公伯峡、江坪河等工程。

3面板堆石坝面板开裂机理

3.1沿顺坡向开裂机理

在面板堆叠坝的施工过程中，可能由于上部沙丘材料的数量和重量增加，导致出现相反的水压，整体面板朝上游区域突出，简而言之，面板的上部朝大坝主体的内侧偏移，1/3的大坝高度低于位置，由于大坝肩部对大坝主体两侧的应力效应较高，越低的大坝主体向上游突出，导致变形、开裂，面板中心部分向上游区域突出；并且在储层的储存期之后，可能由于上游侧的水压效应、水流作用的效应，朝向变形的下游区域，下面板被推向原始大坝主体的大坝斜坡，面板的中部和上部朝向下游侧偏移，施工期间大坝高度的1/3以上，面板中心区域将因变形而向下游变窄，该区域两侧的面板受到肩部向上游局部变形问题的影响，可能出现反翘曲问题，可能导致结构开裂。

3.2沿坝轴向开裂机理

面板沿大坝轴线方向的结构出现开裂变形问题，主要是在大坝主体海岸斜坡外部地质应力的影响下，导致石堆内部变形，面板部分沿大坝轴线的方向出现开裂现象，大坝岸边坡度的外力从两岸的岸边坡度到河床的中心区域，导致压力的影响。一旦大坝主体结构和面板的过载力高于数据极限值，面板的中间位置将出现显著的变形裂纹，简而言之，如果其压缩应力大于面板材料的抗压强度，则触发面板开裂的风险。

3.3其他的开裂机理

面板堆垛坝面板开裂问题是机械发生的，除了蓄水期、施工期结构变形等相关因素外，还与材料钢筋设计、上下游堆垛分区情况、材料质量情况、结构质量情况直接相关。此外，与施工期直接相关，面板在施工和储水期不同阶段的应力状态不同，面板开始出现细微裂纹的原因受温度应力、材料干收缩等因素的影响，但在大坝主体连续填充处理后，施工过程中面板结构与覆层材料之间的弹性模量存在很大差异，面板变形程度小于缓冲材料变形程度，两者之间的变形幅度不相同，使面板结构受到缓冲材料的剪切和挤压，面板本身的自重越高，填充过程必须浇水，夏季降水量过大，使面板受到反向水压的影响，形成弯曲元件，拉伸应力在横向位置上游小于2/3的区域过高，由于水头压力较大，面板导致缓冲材料反向挤压，接触表面剪切力呈现与水压相反的状态，下游侧在大坝高度2/3以下的拉伸应力过高，最终导致开裂问题，这导致上游侧裂纹部分闭合。

4面板堆石坝面板开裂防止措施

4.1提升混凝土性能

科学合理的混凝土原材料机制和严格施工质量管理是混凝土控制面板抗裂的关键所在，需尽量制取低绝热温升、低收缩、高抗压强度的混凝土。对原材料管理体系来讲，选用中热混凝土、低热水泥和复掺煤灰等掺和料低凝固放发热量胶凝管理体系，从而降低混凝土绝热温升；规范使用赔偿收缩原材料(轻烧MgO),严格把控骨料里的石粉含量，从而减少自身容积变型和干躁收缩；选用低弹性模具和热膨胀系数小一点骨料，从而减少可塑性收缩；选用高弹性模具的化学纤维，以提升混凝土抗压强度。对混凝土设计指标来讲，需创建控制面板混凝土工作中性出机口和仓面“双控开关”指标值，即不但要确立混凝土出机口坍落度设计指标，同时还要确立混凝土抵达仓面的坍落度设计指标。不一样工程项目应依据运距与时间，开呈现场生产经营性实验，提升和优化坍落度设计指标。在选用比较低坍落度浇制的前提下，保证混凝土可以顺利根据远距离流槽抵达仓面。对施工技术来讲，应严格把控混凝土坍落度起升。在空气干燥、狂风藕合的环境中，非常容易发生料斗上、中、下边细骨料含水率差异较大的现象，对细骨料含水率开展实时检测至关重要。长江科学院创造了一种基于相对介电常数测量混凝土细骨料含水率的办法，能够对混凝土骨料的含水率实时测量，根据终端设备控制系统对工程具体砂浆配合比进行一定的调节，对混凝土需水量开展自动补偿，完成混凝土自动化生产。

4.2配筋的合理设计

防止板桩坝板开裂问题，应符合板材开裂的特点和情况，钢筋的科学设计，主要是因为钢筋在板材中的位置，钢筋率将直接影响整体板材的整体性能，同时，面板边缘抗破碎钢筋的设计速度也会直接影响面板的抗开裂性能，因此在工程项目施工过程中应符合面板堆垛坝的技术特点，严格执行钢筋设计，将钢筋率控制在合理范围内，避免因钢筋率差而导致结构开裂。同时，应注意的是，整体面板内的钢筋应设计合理，不能放置在面板的上侧或部分的下侧，如果是特殊的坝体工程，应设计两层织物钢筋的施工方案，提高钢筋速率控制效果，降低开裂问题的发生率。

4.3养护质量的监控

面板结构施工工作完成后的养护工作非常重要，合理进行结构的养护能够降低开裂问题发生率，因此，在面板堆石坝施工完成后应强化养护质量的监控力度，首先，完善养护工作方案计划，采用光栅测温设备和光纤测温设备等，动态化检验检测结构的温度情况，按照结构的温度针对性进行养护，避免由于温度应力过大出现开裂的现象。

5结论

在我国高面板堆石坝筑坝技术已趋向完善，构成了比较完备的技术管理体系，拥有丰富和过硬的技术贮备。将来可能面临技术规定更为苛刻，服现役环境更加极端，工程施工难度系数更加严峻的混凝土面板堆石坝工程项目，这种都是对的筑坝技术给出了更高的需求。为进一步推动面板堆石坝建设中的高质量发展的，在已经有发展成就的前提下，一方面要提升混凝土材料的性能，制取温度低、微澎涨、低热膨胀系数、调节剂拉得混凝土；另一方面要探寻混凝土智能化生产制造、智能化保养的办法，对混凝土品质完成更为细致的管理方法。

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