混凝土重力坝裂缝成因分析

混凝土重力坝裂缝成因分析

杨东晖

单位：水工1103邮编：475004

摘要：混凝土重力坝裂缝问题是工程领域长期关心和不断进行研究的重要课题，也是现实重力坝工程安全运行的重要内容，探讨混凝土重力坝危害性裂缝的产生原因，从而实现根据不同原因进行裂缝的防治与维修，具有较为重要的意义。

关键词：混凝土重力坝、裂缝、处理措施、分析

引言

大坝混凝土裂缝是大坝的病害表现之一，裂缝的存在直接导致混凝土抗拉性能的降低，裂缝也会引导有害物质进入混凝土内部，造成钢筋锈蚀，甚至混凝土结构破坏。对于水库蓄水发电和灌溉来说，挡水混凝土结构的裂缝会直接引起渗漏，如果渗漏量达到一定贯穿度和深度，会引起坝体内压力的急剧增长，削弱坝体的抗滑能力，对结构抗震非常不利，甚至会对整个坝体的结构稳定和安全造成威胁。几乎所有的大坝混凝土工程都有不同程度的裂缝，知识裂缝的多少、大小不同而已。

一、混凝土重力坝裂缝概述

混凝土是指以胶凝材料、骨料、水及其它材料为原料，按适当比例配制而成的混合物，再经硬化形成的复合材料，其发展历史非常悠久，应用也极其广泛。为了达到挡水、泄洪、

输水、排泄、供水、航运等目的，会根据不同需要修建不同类型的重大水利工程建筑物，这些建筑物称为混凝土重力坝。这一类建筑物所用的混凝土就是水工混凝土，由于混凝土重力坝一般体积庞大，因此混凝土块体尺寸也较大，通常称为水工大体积混凝土。

1.1混凝土重力坝裂缝影响因素

混凝土重力坝对混凝土有多方面的要求，既要有一定的强度、硬度，也要有耐腐蚀，低水化热等性能，在选取原材料方面通常也有较为特殊的要求。

（1）水泥的影响。混凝土重力坝工程应优先考虑使用中热硅酸盐水泥。（2）掺合料的影响。在重力坝工程实践中，优质粉煤灰、磨细矿渣等在混凝土得到较为普遍的应用。（3）外加剂的影响。根据工程所处的环境和对混凝土的要求选着使用，水工大体积混凝土多使用减水剂和引气剂。（4）纤维材料的影响。纤维材料由于其自身的特性，在混凝土中经常被加以运用。在一定程度上对于提高混凝土的抗拉强度、限制混凝土的前期的收缩裂缝效果较为明显。

1.2混凝土重力坝裂缝的危害

混凝土重力坝裂缝是混凝土一种常见的现象和多发病，绝大多数发生于重力坝施工阶段，造成混凝土重力坝裂缝的成因很多，也较为复杂多变，其主要的危害包括：

首先，混凝土的收缩而产生的微观裂缝一旦扩散及发展，则有可能引起重力坝的开裂、变形甚至破坏。如果混凝土材料及配合比设计不当，将直接影响到混凝土的抗拉强度，也会造成混凝土重力坝进一步开裂。在混凝土浇筑施工中振捣不均匀，或是漏振、过振等情况，则会造成混凝土离析、密实度差、降低结构的整体强度。当混凝土内部气泡不能完全

排除时，则在内部产生空隙，降低了混凝土与钢筋的黏结力，钢筋若受到过度振动，则水泥浆在钢筋周围密集，造成混凝土离析，也将大大降低与钢筋的黏结力。由此可知，混凝土裂缝对重力坝的危害是极大的，不可忽视的，应该引起工程建设者们的格式重视。

二、 混凝土重力坝裂缝形成的原因分析

2.1荷载作用

混凝土重力坝混凝土结构在使用荷载作用下，由于截面的混凝土拉应变大多是大于混凝土极限拉伸值的，所以构件在使用时总是带缝工作的。这类裂缝总是与主拉应力方向大致垂直，且最先在荷载效应最大处产生。如果荷载效应相同，裂缝首先在混凝土抗拉能力最薄弱处产生。

预防荷载作用引起的裂缝的措施是合理的配筋。在施工过程中，选用混凝土粘结较好的变形钢筋，控制钢筋的应力不过高，钢筋的直径不过粗，并用钢筋不在混凝土中分布比较均匀。这样就能较好地控制正常使用条件下裂缝宽度，不致过宽。

2.2非荷载作用

在混凝土重力坝混凝土物件中，大部份缝是由非荷载因素引起的，如温度变化、混凝土收缩、基础不匀沉降等等。

① 温度变化引起的裂缝

混凝土重力坝结构件随着温度的变化而产生变形，也就是通常所说的热胀冷缩。当变形受到约束时，便产生了裂缝，约束的程度越大，裂缝就越宽。

长期的工程实践表明，由于温度变化而造成混凝土重力坝出现裂缝的因素极其复杂而且是多方面的。其中有①混凝土配合比设计上的问题；②混凝土施工质量上的问题；③砼养护上的问题；④结构型式及构造上的问题；⑤地基问题。

防止温度裂缝产生的措施是：①尽量选用低热或中热降低泥矿渣水泥、粉煤灰水泥；②减少水泥用量，将水泥用量尽量控制在450kg/m2以下；③降低水灰比，一般混凝土的水灰比控制在0.60以下；④改善骨科级配，掺加粉煤灰或高效减少水剂等来减少水泥用量，降低水化热；⑤改善混凝土的搅拌工艺，采用“二次风冷”新工艺降低混凝土的浇筑温度；⑥在混凝土中掺加一定量的具有减水、增塑、缓凝等作用的外加剂，改善混凝土拌和物的流动性、保水性，降低水热化，推迟热峰出现的时间；⑦合理安排施工工序，分层、分块浇筑，以利于散热，减小约束；⑧在大体积混凝土内部设置冷却管道，通过冷水或冷气冷却，减小混凝土的内部温差；⑨加强混凝土温度的监控，及时采取冷却保护措施；⑩加强混凝土养护，混凝土浇筑后，及时用湿润的草帘、麻片等覆盖，并洒水养护，适当延长养护时间，保证混凝土表现缓慢冷却，在寒冷季节，混凝土两面必须采取保温措施，以防寒潮袭击。

② 混凝土收缩引起的裂缝

在工程建设中，混凝土需要在空气中凝固到结硬之时，这一过程中混凝土体积要缩小，产生收缩变形，当受到约束时，就可能导致裂缝的产生。

从混凝土开始浇筑至使用期，收缩过程大致可以分为五个阶段即：塑性收缩期，自生收缩期，水化热温差收缩期，干燥收缩期，环境温度收缩期等。

防止和减少收缩裂缝的措施：①合理设置收缩缝；②改善水泥土性能，降低水灰比，

减少水泥用量；③配筋率不宜过高，设置构造钢筋收缩裂缝健分布均匀，避免发生集中的大裂缝；④强混凝土的时期养护，并适应当延长混保养期；③ 混凝土塑性坍落引起的裂缝

混凝土塑性坍落发生在混凝土浇筑后的头若干小时内，这时混凝土还处于塑性状态，如果混凝土出现泌水现象，在重力作用下混合料中的固体颗粒有向下沉移而水向上浮动的倾向。这种移动当受到钢筋骨架或者模板约束时，在上部就容易形成沿钢筋长度方向的裂缝。

针对这一类由于特殊原因而产生的裂缝，其预防措施通常包括：（1）要仔细选择集料的配级，做好混凝土的配合比设计，特别是要控制水灰比，采用适量的减水剂；（2）施工时混凝土既不能漏振也不能过振，避免混凝土泌水现象的发生，防止模板沉陷；（3）如果发生这类裂缝，可在混凝土终凝以前重新抹面压光，使裂缝闭合。

④ 基础不均匀沉降引起的裂缝

混凝土重力坝由于基础不均匀会造成沉降，使重力坝结构受迫，从而导致裂缝。防止基础不均匀引起裂缝的措施是：根据地基条件及上部结构形式，采用合理的构造措施及设置沉降缝。

⑤ 冰冻引起的裂缝

水在结冰过程中，荷重要增加，因此，水在设灌浆或灌浆不饱满的预应力构件孔道中结冰，就可以产生沿着孔道方向的纵向裂缝。预防冰冻裂缝的措施：在建筑物基础梁下填一定厚度的松散材料。

⑥ 钢筋锈蚀引起的裂缝

由于钢筋的生锈过程实际上是电化学反应过程，这种效应可在钢筋周围的混凝土中产生胀拉应力，如果混凝土的保护层比较薄，不是以抵抗这种拉应力时，就会沿着钢筋形成一条顺筋裂缝。顺筋裂缝一旦产生，又进一步促进钢筋锈蚀程度的增加，形成恶性循环，最后导致混凝土保护层剥落，甚至钢筋锈断。这种顺筋裂缝对结构的耐久性影响最大。

预防措施：防止顺筋裂缝的措施是提高混凝土的密实度和抗渗性，适当加大保护层的厚度。

三、混凝土重力坝裂缝的维修方法

混凝土结构的裂缝问题和应注意的防裂措施虽然已属于老生常谈的内容，可是在实际工程建设中我们仍不时碰到裂缝问题。

发现裂缝后是否需要对它修补和如何修补，主要应根据结构的使用要求，分析裂缝产生的原因，对照设计和施工规范中的规定，根据不同情况采取不同的措施。在实际工程应用中，钢筋混凝土在未受设计荷载时产生裂缝大于0.2毫米时均应进行修补。

通常可以采用的裂缝修补方法有：1表面处理法；2充填法；3注入法。

总之，为了防止在重力坝混凝土结构中产生裂缝应在施工中尽可能采取各种有效措施，特别是要避免有害裂缝出现，确保工程质量。

结论

混凝土重力坝裂缝是重力坝建筑物混凝土结构中广泛存在的一种现象，裂缝的出现不仅会降低水利建筑物的抗渗能力，影响水利建筑物的使用功能，混凝土的碳化，降低材料的耐久性，影响水利建筑物的承载能力。因此，必须对混凝土裂缝进行深入细致的调查研究，区别对待，在施工中采取各种有效的预防措施来预防裂缝的出现和发展，以保证混凝土重力坝的构件的安全、稳定、经久、耐用。