镜泊湖水库大坝表面裂缝的成因分析

马景胜

(牡丹江市水务科学研究院，黑龙江牡丹江 157000)

1 工程概况

镜泊湖水库位于黑龙江省牡丹江市境内的松花江支流牡丹江中上游河段，距牡丹江市约110 km。水库控制流域面积11 820 km2，占牡丹江流域的31%，多年平均流量31.38×108m3，多年平均入库流量100 m3/s，2006年11月始对镜泊湖水库进行了除险加固。

工程建设的主要项目为:混凝土挡水坝加高加固(186 m);混凝土溢流坝加固(1 532 m);混凝土盖板土石混合溢流坝加固(1 035 m);在挡水坝段新建泄水闸;坝体固结灌浆和帷幕灌浆。

到2008年7月，挡水坝工程、泄水闸工程、混凝土溢流坝工程、土石混合溢流坝工程及基础灌浆工程等主体工程已全部完成，完成总工程量20.26万 m3，其 中 土 石 方 15.73万 m3，混 凝 土4.53万m3，帷幕灌浆11 900 m，固结灌浆进尺5 000 m。挡水坝、溢流坝混凝土浇筑时间在2007年6—7月，施工期间和工程完工后，挡水坝、溢流坝段局部出现不同程度裂缝。

2 裂缝检查及成因分析

根据裂缝成因普遍规律，先从块体边缘或断面突变处检查，发现裂缝，沿缝追踪，采用米尺、读数显微镜分别测记缝长和缝宽，并进行素描登记。详见表1。

这些裂缝可归纳为3种:贯通性应力缝、表面收缩缝和沉降收缩缝[1]。

表1 挡水坝、溢流坝段裂缝统计表 条

应力缝从坝前至坝后贯通整个坝面，主要分布在挡水坝段桩号0+000～0+055、0+082.5～0+186.3处和溢流坝段桩号0+186～0+550、0+696～0+936处。后两种裂缝主要分布在混凝土溢流坝高程▽353.00～▽353.50处。裂缝开度在在0.5～2.5 mm范围。

混凝土挡水坝和溢流坝属大体积混凝土结构，引起裂缝的主要原因是水泥水化热大量积聚，使混凝土出现早期温升和降温现象，由此形成的温度收缩应力是导致混凝土产生裂缝的主要原因。应着重从坝体约束程度、设计构造、混凝土生产和施工方面查找原因[2]。初步分析推测可能导致混凝土产生裂缝的主要原因有以下几个方面原因:

2.1 设计构造方面

2.1.1 保留混凝土坝体原有裂缝影响

根据大坝安全评价报告记载(P－59～60);(原坝体)桩号0+170 m附近防浪墙附近有两处裂缝，最大缝宽8 mm，其中一处裂缝延伸至坝顶。溢流坝0+930 m处有宽5～8 mm的裂缝。

挡水坝段、溢流坝段混凝土都有长裂缝，裂缝宽度＞0.5 mm，属于危害堤坝安全的结构裂缝。这些裂缝的分布情况、是否经过处理或处理程度如何;在贴衬混凝土前，植入了一定数量的锚筋或锚杆，这些锚筋或锚杆对新、老混凝土相对形变产生一定的约束力。这些因素，与目前堰面上产生的贯通性裂缝(主要是后期形成的)有一定的相关性。

2.1.2 坝体结构尺寸因素

设计方面坝体分缝平均为15 m，对玄武岩基础和保留原有混凝土的强约束结构来看可能偏长;分段分层浇筑体积可能偏大。

挡水坝段共有14条裂缝前后贯通，裂缝开度最大1.60 mm，最小0.65 mm，位置均为每段中间位置左右，溢流坝段桩号0+186～0+550、0+696～0+935段共有61条裂缝前后贯通，裂缝开度最大1.60 mm，最小0.65 mm。

保留部分混凝土坝段裂缝较多部位，坝段分缝长度为15 m或15 m以上。

溢流坝段桩号0+550～0+696、0+935～1+996段共有15条裂缝前后贯通，裂缝开度最大1.60 mm，最小0.65 mm。

保留部分混凝土坝段裂缝较少部位，坝段分缝长度为7～9 m。

2.2 混凝土材料方面

1)工程用水泥为普通硅酸盐水泥，水泥水化热较大(高于大坝水泥)，坝体施工正值高温季节，水泥在高温条件下水化速度快产生大量热量，温度应力集中也会导致大量裂缝。

2)挡水坝段和溢流坝段桩号0+186～0+550、0+696～0+935段为整个坝段裂缝较多部位，混凝土浇筑大部分采用了泵送，水灰比较大，砂率偏小，易引起混凝土表面干缩，有可能产生表面收缩或沉降裂缝。

2.3 混凝土入仓温度方面

该工程混凝土浇筑期在2007年6月中旬—7月底，正值高温季节，此时砂、石等原材料基温较高，因此必然导致混凝土拌合物入仓基温偏高;进而导致混凝土初期水化速度加快，混凝土内部温度急剧上升(据资料记载新浇混凝土3～5 d内，内部温升可达60～70℃)，当时白天气温≥30℃，夜间温度18～20℃，在此环境温度条件下，完全有可能导致混凝土内、外温差≥25℃(据资料介绍新浇混凝土内、外温差≥25℃，产生温度应力缝是必然的)。因此，这是导致裂缝产生的重要因素之一[3]。

2.4 混凝土浇筑强度方面

混凝土挡水坝和混凝土溢流坝施工期在5月中旬开始，在7月15日按时完工。完成混凝土浇筑近4万m3，日均强度约900 m3，最大日强度达1 200 m3。

在连续时间内大强度的施工条件下过程控制包括质量控制尤为重要，此方面工作做好了，可避免或减少裂缝发生。反之将增加裂缝发生可能性及密集程度。主要相关因素有:

1)温控措施，即控制降低拌合物入仓温度或采用适当保温方法控制内外温差≤25℃。

2)采用缓凝剂、掺用粉煤灰，延缓或滞后水化集中放热。

3)单元浇筑间隔期限安排的合理性。

3 裂缝发展变化趋势判断分析

该工程的裂缝，最早形成期应在2007年6月—7月期间，水化反应已基本进行完，内部应力已释放殆尽;可以认为影响裂缝变化因素只有来自环境温度变化和混凝土自收缩;以及水浸、溶蚀、冻融等综合作用;裂缝在综合因素作用下，开度逐渐增大，对混凝土耐久性和工程运行稳定性的威胁，将日趋严重。为保证混凝土耐久性，避免裂缝进一步发展开裂，影响工程运行的稳定，这些裂缝应及时进行修复处理。

[1]方琳，汤永福，刘宪亮.浅谈混凝土大坝裂缝成因及其预防措施[J].科技信息，2011(17):727－728.

[2]刘海博，程燕，朱宏伟.混凝土大坝裂缝成因分析与防止措施综述[J].西北水电，2008(06):22－25.

[3]王淑花.浅谈混凝土大坝裂缝原因分析与预防措施[J].河南科技，2010(14):24.