从坝体混凝土面板原型观测看混凝土裂缝0 前言混凝土面板坝的面板裂缝在目前一直是一个难以解决的问题，在我国昼夜温差较大和空气干燥的北方与西部地区问题更为突出裂缝不仅要投入大量的资金进行裂缝处理，较大的裂缝甚至威胁到坝体的安全运行在混凝土施工过程中虽对拌和、塌落度、振捣等工艺进行了严格的控制，但裂缝仍不可避免鉴于以上原因，进一步了解裂缝产生的机理，揭示裂缝产生的规律，对裂缝进行综合预防研究非常必要公伯峡大坝面板内部埋设有混凝土应变计、钢筋应力计，仪器全部完好，观测数值符合规律，为裂缝分析提供了可靠的观测资料但由于篇幅所限，本文略去了各种资料的计算方法和计算公式，仅拿出观测分析成果来，供大家参考1 关键词解释混凝土总应变：由自生体积变形应变和外力共同引起的应变叫总应变混凝土自生体积变形应变：由混凝土内部温度、湿度、水化反应引起的应变叫自生体积变形应变混凝土应变：仅由外力作用如坡向自重下滑力、蓄水压力等引起的变形叫应变应变在数值上等于混凝土总应变减去混凝土自生体积变形应变混凝土单轴应变：混凝土内部任何质点的某一方向的实测应变都包含另外两个垂直于该方向的正应力产生的应变，由三个互相垂直的应变计算出只含有一个方向的应力产生的应变，这种由同一个方向的应力产生的应变叫单轴应变。
2 面板混凝土技术指标混凝土配合比设计参数见表1实测结果见表23 面板及面板内部观测仪器简介公伯峡面板堆石坝最大坝高132.2米，每块面板宽度12米，面板最大斜长218米，底部厚度70厘米，顶部厚度30厘米，面板下部为混凝土挤压墙垫层分析与面板裂缝有关的观测仪器有三向混凝土应变计，共计78支，分为26组，每组三支应变计，配合一支无应力计每组应变计方向分为坡表1 配比设计设计标号级配塌落度（cm）水灰比砂率（%）C25W12F200Ⅱ7～90.434.5粉煤灰（%）外加剂骨料比例（小：中）容重（Kg/m3）减水剂、减缩剂、引气剂2050：502400水泥强度保证率（%）砂细度模数永登中热505#90FM=2.8表2 实测结果混凝土浇筑温度（℃）气温（℃）塌落度（cm）含气量（%）抗压强度（MPa）8～233～293.3～9.54～830～40向、45°、水平向三种各组应变计水平间距25米，平面布置见图1；另有钢筋应力计42支，分24组，每组两支，每组方向分为坡向、水平向两种每组钢筋计水平间距25米，平面布置见图24 用观测资料分析面板裂缝的方法追查裂缝产生原因的工作人员分为三个工作小组，第一组人员每天巡视面板，检查裂缝产生的准确时间，第二组人员用全站仪配合测定裂缝位置，第三组人员每天对观测仪器进行日常观测。
选取裂缝位置与仪器埋设位置在2米之内的裂缝资料与观测资料进行整合分析，绘制出相关过程图5 裂缝原因 5.1 表3为埋设应变计板块的实测极限拉伸应变平均值，供参考表3 实测极限拉应变值 单位：με桩号0+0520+1110+1590+2320+304实测极限拉应变均值100.380.26843.578.3设计要求配合比极限拉伸应变值1005.2 图3为混凝土内部坡向和水平向应变比较图（单轴应变图与此应变图曲线非常接近，故也可以认为图3就是单轴应变图）的典型曲线，从图中可以看出，在蓄水前同一时间的坡向应变与水平向应变存在差值，坡向应变明显的偏向了拉应变区（上方），这是面板产生水平裂缝的原因蓄水后应变进入压应变区各点位在混凝土浇筑后第5～11天之间（裂缝高发时段）的坡向和水平向应变差值见表3表3 坡向和水平向应变差值表单位：με轴距0+052剖面0+111剖面0+159剖面0+232剖面0+304剖面上209525403040上456060304545上7068303050100上955580857538上1205055-1540上14512510上16250注： 1）表3中正值表示坡向拉应变大于水平向拉应变，值表示水平向拉应变大于坡向拉应变。
2）με——微应变(1με=1×10-6ε) 5.3 根据对观测资料的分析把裂缝分为两类：一类发生在面板水化热完成后混凝土内温度下降的最低点（定义为谷点），此时混凝土内部大量水分发生了水化反应后生成了新的物质，游离水分的减少使混凝土也发生了干缩变形，温降和干缩共同作用，使混凝土拉应变达到峰值最大点，在峰值最大点附近前后均有可能发生裂缝，这类裂缝典型曲线参见图4，裂缝分布时间大约在混凝土浇筑后5～11天之间，此时混凝土抗压强度大约是标准强度的0.45～0.75倍，对应的抗压强度在16～26MPa之间拉应变大，抗压强度低，抗拉强度则更低（1～3MPa），这些因素共同决定了这一时段属于混凝土裂缝的高发期，约占裂缝总量的70%左右从70%这个比例的意义来看，裂缝的多少与面板长短视乎关系并不是很大各点位拉应变峰值、混凝土水化热温度峰值、入仓温度见表4从表4看出，每组混土应变计坡向拉应变峰值均大于水平向拉应变峰值；许多点位坡向拉应变峰值超过了规定极限拉应变 85με；每个板块坡向最大拉应变发生位置在址板向上第二个测点处，距址板坡向距离31米，无宁这些部位也是裂缝的高发区；从表4还可以看出，混凝土水化热的峰值温度、入仓温度、水化热峰值温度与入仓温度之差均与混凝土峰值拉应变关系不明显。
另外表4中整个面板水化热温度平均值为27.3℃，比12局预计的平均24.4℃高2.9℃表5为混凝土拉应变峰值与水化热过后谷点温度以及两者之差从表5中看出，峰值大小与峰值～谷点间温差有对应关系看来，混凝土的坡向峰值拉应变大小除了与坡向位置、混凝土干缩有关外，还与峰值与水化热过后的谷点间温差有关另一类裂缝发生在混凝土面板浇筑完成后的夏季高温时段，乃至蓄水前，这类裂缝约占总裂缝总量的30%在此期间，面板内部温度上升了10℃，由此引起的钢筋压应变比混凝土大20με，在面板混凝土粉煤灰掺量过多，极限拉应变变偏低的情况下，这20με是有可能给面板增加新的裂缝的掺粉煤灰后能降低水化热后拉应变峰值，但掺量过多时，在峰值拉应变较小时也可能发生裂缝，这两点在大量观测图中视乎可以证实5.4 蓄水后面板是否还会发生裂缝，虽然没有现场检查资料，但从观测资料来看，面板90%点位已进入了压应变区如图5所示的面板应变分布图，除坝顶个别点位处在较小的拉应变区外，其他点位随着水深增加，压应变也随之增大，但是最大压应变并不是发生在面板最下端，而是发生在从下向上 表4 坡向和水平向受拉总应变峰值与混凝土温度峰值对照表轴距方向0+052.5剖面0+111.5剖面0+159.5剖面0+232.5剖面0+304.5剖面拉应变峰值με混凝土温度℃拉应变峰值με混凝土温度℃拉应变峰值με混凝土温度℃拉应变峰值με混凝土温度℃拉应变峰值με混凝土温度℃上20坡向15126(11.5)(14.5)6125(19)(6)4526(16.9)(9.1)6327(18.3)(8.7)7030.4(19)(11.4)水平2840243129上45坡向9624.2(12.5)(11.7)11128(13.6)(14.4)4526(19.7)(6.3)5030(20)(10)8133.4(23)(10.4)水平3045121045上70坡向9724(14.5)(9.5)7030(20.8)(9.2)6126.1(15)(11.1)7429.8(21.3)(8.5)11227.9(19.5)(8.4)水平3363303015上95坡向6823.3(11.7)(11.6)10025(14.7)(10.3)8328.6(20)(8.6)10227.2(16)(11.2)7531(18.3)(12.7)水平315522736上120坡向8025.5(15.5)(10)10428.2(19)(9.2)2828.2(16.8)(11.4)水平425033上145坡向14425(14.8)(10.2)7228.3(15.9)(12.4)水平3964上162坡向4122.8(9.2)(13.6)温度栏示例峰值温度(入仓砼温度)(峰值与入仓温度之差)水平-6本块均值24.4(12.6)(11.8)25.9(15.4)(10.5)27.2(17.8)(9.4)28.4(18.5)(9.9)30.7(20)(10.7)表5 坡向和水平向受拉总应变与混凝土谷点温度表轴距方向0+052.5剖面0+111.5剖面0+159.5剖面0+232.5剖面0+304.5剖面拉应变峰值με混凝土温度℃拉应变峰值με混凝土温度℃拉应变峰值με混凝土温度℃拉应变峰值με混凝土温度℃拉应变峰值με混凝土温度℃上20坡向15126(11)(15)6125(14)(11)4526(16.8)(9.2)6327(17.5)(9.5)7030.4(16)(14.4)水平2840243129上45坡向9624.2(11)(13.2)11128(16.5)(11.5)4526(18.5)(7.5)5030(17.1)(12.9)8133.4(17.7)(15.7)水平3045121045续表5 坡向和水平向受拉总应变与混凝土谷点温度表上70坡向9724(14.5)(9.5)7030(16.5)(13.5)61。