面板混凝土裂缝成因与防治措施分析

面板混凝土裂缝成因与防治措施分析

1面板商品混凝土裂缝成因分析

一般认为，根据面板产生裂缝的原因不同可将面板裂缝分为结构性裂缝和非结构性裂缝两类。结构性裂缝主要是面板在外力作用下产生的裂缝，成因主要是由于堆石坝面板支撑体在自重和施工期反向水压力等外荷载作用下，产生不均匀的沉降和水平位移，导致面板和垫层之间脱空，改变了面板以承压为主的力学模型而发生裂缝。结构性裂缝是造成面板后期呈规律性开裂的主要原因。非结构性裂缝主要是面板在非外力作用下产生的裂缝，面板非结构性裂缝的成因主要分为面板商品混凝土施工不当产生的裂缝、因面板商品混凝土材料化学反应造成的裂缝、因面板商品混凝土干缩和温度应力产生的裂缝。其中面板商品混凝土干缩和温度应力造成的裂缝是面板裂缝最普遍的现象，据统计，面板裂缝中有80％属于非结构性裂缝，成为面板裂缝的主要控制对象。由于面板厚度小、结构暴露面积大，因此对环境温度变化敏感。在商品混凝土浇筑时，由于水泥水化热引起的商品混凝土内外温差过大，产生温度应力，一旦温度应力大于商品混凝土的抗拉强度，就会产生裂缝。新浇商品混凝土因表面干燥过快、外层水分失去引起干缩，在表面产生拉应力，形成开裂。商品混凝土表面因商品混凝土干缩和温度而造成的开裂多发生在早期，且多呈龟裂状，一般为表面裂缝，但也可能形成贯穿性裂缝。2面板收缩裂缝形成的机理及分布规律

商品混凝土面板浇筑后，产生水化热，温度上升，受外界蒸发、降温影响，面板内产生干缩和温降变形引起的拉应力，超过面板某截面的抗拉强度时，即在该截面裂开，这种裂缝即是面板收缩裂缝。引发收缩裂缝的：f缩温降应力由商品混

凝土自生应力和地基约束作用产生的应力两部分组成。

2.1商品混凝土自生应力

自生应力是由于面板截面各点干缩和温降变形分布不：啕及其分布梯度产生的应力。设}昆凝土截面上的弹性模量为常量，则沿面板长度方向的自生应力QX和沿宽度方向的自生应力QY均为：

式中：

计算时需将干缩量折合成温降当量一起计算。

由于面板很薄，其散热面积与面板商品混凝土浇筑量之比远比大体积商品混凝土大，因而面板商品混凝土的水化热温升和沿面板厚度温度分布的不均匀程度，均远比大体积商品混凝土小，只要注意及时养护、保温、保湿，如不遇到急剧大幅度的干缩和温降作用，这部分拉应力不是很大，不会产生缝宽较大的贯穿裂缝，即使产生裂缝也多为细小的表面缝。

2.2地基约束作用产生的应力

这部分应力是由于面板平均干缩和温降变形受到面板地基约束作用产生的应力。这种约束作用力是面板基面的摩阻力和面板架立钢筋插入坝体引起的，向上传给面板，向下传给坝体，其大小由两者变形相容条件确定。由于面板的平均温降比大体积商品混凝土小，而且面板地基（挤压边墙或水泥砂浆层及其下的垫层等）具有一定的柔性，面板所受的约束作用力比刚性地基上大体积商品混凝土小的多。但面板长、宽尺度都很大，特别长度更大，而地基约束力沿长、宽方向都是可以积累的，因而对面板宽和长两向截面都可形成较大的拉应力。当遇到因施工不良等因素造成的抗拉强度薄弱的截面，面板必将首先在这里被拉裂。面板开裂后，面板和基础又产生新的变形相容，面板可能继续收缩，裂缝增宽，因而这样形成

的裂缝多为缝宽较大的贯穿性裂缝。抗拉薄弱面越多、越密，贯穿性裂缝也越多、越密。

2.3面板收缩裂缝分布规律

收缩裂缝多呈水平分布，且裂缝间距大小不一。原因是面板水平截面存在较多的抗拉薄弱面，而薄弱面多是施工不良造成的，其分布是随机的。同一块面板，在长、宽方向受到的干缩、温降、地基约束等作用基本相同，唯一区别是板长比板宽大。当出现水平贯穿裂缝后，裂缝间距常比面板宽度小。板宽范围很少出现顺坡的竖向裂缝，显然这是由于面板浇筑是平起的，施工不良时，容易在水平方向造成连续的抗拉薄弱面，而在竖向截面则不容易形成连续的抗拉薄弱面；另外，采用滑模浇筑方式，面板表面脱模过早，新浇商品混凝土受到拉模的破坏作用，也有可能造成水平方向的薄弱面。在出现浇筑不良的因素后，往往不能及时消除，造成不良商品混凝土的区段薄弱酊多，裂缝集中。长的面板和后浇筑块更容易出现大的裂缝显然也是由于它们受到沿板长积累的约束作用力更大，薄弱面存在的机会更多的原故。后浇筑块除面板底面受到约束外，还增加了已浇面板侧面的约束。

3面板商品混凝土裂缝预防措施

完全避免面板商品混凝土裂缝是很困难的，必须采取综合措施加以预防。

3.1结构性裂缝的防治

面板结构性裂缝的防治主要不是从面板本身而是从堆石坝的设计和控制坝体施工质量方面着手，应采取措施防止面板支撑部分过多的不均匀水平位移和沉降造成垫层和面板之间的脱空。设计时对坝坡的选择以及各项坝料的压实指标的选择应考虑面板支撑体的稳定，施工时要严格按照设计要求控制施工质量，待坝体沉

降稳定后才可进行面板浇筑。

3.1.1建基面的处理。一般面板堆石坝建基面，着重在迎水面以下坝厚约1／3处范围内进行严格处理，而其他区域，如有较厚的砂砾石覆盖层，一般不全部挖除，只做压实度或孔隙率检测，基础满足设计要求后即可作为建基面。对两岸坝坡需进行植被和覆盖层清理，对局部坡度较陡或反坡位置进行削坡或用商品混凝土、浆砌石补坡至设计坡比。

3.1.2控制坝体填筑质量。堆石体变形的控制，主要控制填筑密实度和岩体强度。岩体强度的控制主要是施工过程中对不同填筑区按相应要求的岩性：来开挖取料。选择较高的填筑密实度，主要通过控制填筑料的级配及碾压质量实现，尤其是填筑料的级配，堆石体的压实度和力学性质与级配的关系极为密切，级配良好的堆石料经压实后可以获得较高的变形模量和较高的抗剪强度。

在大坝填筑过程中，严格按照设计参数进行施工，采用坑探法、质量附加法对施工参数及压实效果进行双重控制，保证大坝填筑碾压质量，避免大坝后期沉降过大。为减小坝体不均匀沉降，在填筑过程中，尽量使坝体全断面均匀上升。如由于度汛需要抢临时度汛断面的填筑，也应尽量避免上下游出现大的高差。

3.1.3面板合理分缝及合理配置钢筋。根据三维非线性有限元计算结果，面板在大坝两坝肩周边处呈三维复杂受力状态，且多为受拉区，而面板中部多为受压区。根据上述受力特点，受拉区面板宜采用窄型板，并设置张性缝；受压区面板宜采用宽型板，并设置压性缝。压性缝问布置隔缝材料，避免压应力过大而引起面板抬动或翘起。此外，在面板受拉区、压应力较大部位、周边缝等重点部位应布置双层钢筋，提高面板适应变形的能力。

3.2非结构性裂缝的防治