第３４卷第３２期 ・３５８・ ２ ０ ０ ８年１ １月 山 西 建 筑 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩ 瓜Ｅ Ｖ０１．３４ Ｎｏ．３２ Ｎｏｖ． ２００８ ・水利工程・ 文章编号：１００９—６８２５（２００８｝３２ ０３５８—０２ 混凝土大坝裂缝成因分析与防治措施综述 黄一彬摘刘海博 要：具体分析了混凝土大坝产生裂缝的原因，从结构方面、材料方面、施工方面及综合管理方面提出了防止混凝土裂 缝的措施，并对混凝土大坝表面裂缝危害进行了分析，提出对混凝土表面进行保护，可以有效地减少表面裂缝的产生。 关键词：混凝土大坝，裂缝，成因分析，防治措施 中图分类号：ＴＬＪ７５５．７ 文献标识码：Ａ 混凝土大坝体积庞大，结构设计和施工工艺都较复杂。设计 特性，在没有任何约束的情况下，随温度的变化，混凝土的体积可 和施工稍有不慎，就会对大坝的安全稳定产生影响。在众多影响 以自由胀缩；当存在约束时，体积的胀缩因受约束力的限制，便在 因素中，坝体的开裂在实际工程中是一个较为普遍的现象。裂缝 混凝土内部产生温度应力。当混凝土表面昼夜温差过大或遭遇 的存在会影响其强度和耐久性，对结构产生有害的影响；有的甚 寒潮袭击时，表层混凝土产生收缩，受下层混凝土的约束，表层混 至引起严重的渗漏，导致工程不能正常使用，影响工程寿命和经 凝土出现拉应力，由于混凝土抗拉强度较低，容易被温差引起的 济效益。理论和实践经验表明，只要彻底理解混凝土大坝产生裂 拉应力拉裂。 缝的成因，并在设计和施工中采取适当措施，混凝土大坝的裂缝 是可以有效防止的。 ３）混凝土干缩引起的裂缝。混凝土由于其水分的损失，如蒸 发、于燥等过程引起的体积缩小变形，称之为干缩。干缩是混凝 土材料的一个重要特性，对混凝土结构的长期性能有着十分重要 的影响。处于养护阶段的混凝土是接近水分饱和的，其相对湿度 １ 混凝土大坝裂缝的种类及成因 １）水泥水化热引起的裂缝。水泥在水化过程中产生大量热 混凝土表面的水分向周围较干燥的空气中 量，这是水工大体积混凝土内部热量的主要来源。混凝土结构内 约为１００％。拆模后，扩散较快，而内部水分散发较慢。从而，混凝土结构中产生不均 部截面和体积庞大，加上混凝土导热性能差，水化产生的热量聚 即湿度梯度，引起干缩应力。 集在混凝土结构内部不易散发，使得内部温度很高，而混凝土表 匀的湿度变化，面热量散失快，因而在混凝土内部与外部形成一个温度梯度。由 ４）碱一骨料反应引起的裂缝。当骨料中含有活性氧化硅（如 凝灰岩、安山岩等）的岩石颗粒（砂和石子）时， 于混凝土结构内外温度不一导致膨胀变形不一，在混凝土内部产 蛋白石、某些燧石、会与水泥中的碱（Ｋ２０及Ｎａ２０）发生化学反应（即碱一硅酸反 生压应力、外部产生拉应力，当拉应力或变形超过混凝土当时的 应），使混凝土发生不均匀膨胀，造成裂缝。 抗拉强度或极限拉伸值时，就会产生裂缝。 ２）环境温度变化引起的裂缝。任何物体都具有热胀冷缩的 ５）荷载作用引起的裂缝。构件承受不同性质的荷载作用，会 ４结语 ［２］李青岳．工程测量学［Ｍ】．ｊ匕京：测绘出版社，１９８４． 铁道工程测量［Ｍ］．北京：中国铁道出版社，１９９８． 水准测量是工程建设的基础性工作，在电子水准仪尚未普及 ［３］王兆祥．４］张正禄．工程测量学的发展现状和趋势［Ｊ］．武汉测绘科技 的情况下，光学水准仪在水准测量工作中仍占主导地位。基于 ［ＰＤＡ的水准测量内外业一体化系统解决了内外业结合的瓶颈问 大学学报，１９９９（ｓｕｐ）：１２—１４． ［５］ 马海霞．影响工程水准测量精度的探讨［Ｊ］．山西建筑， 题。记录数据和中间过程数据均由计算机控制，避免了人为因素 ２００８。３４（６）：３６２—３６３． 的影响，作业效率和成果质量大幅度提高，该系统已在兵团基础 精密工程测量［Ｍ］．北京：测绘出版社，１９９３． 测绘Ｃ级，Ｄ级ＧＰＳ控制网四等水准测量项目中应用，产生了显 ［６］张正禄，吴栋才．［７］兰小平，李群杰．城市工程测量中应注意的几个问题［ＭＪ． 著的经济效益。 参考文献： １９６０． 南昌：江西测绘出版社，１９９３． 绘出版社。１９９３． ８］ 易映辉．高速公路沥青路面的施工测量【Ｍ］．南昌：江西测 ［１］孔祥元．控制测量学［Ｍ］．武汉：武汉测绘科技大学出版社， ［Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ ｌｅｖｅｌｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｅｉｄｏｌｏｎ ａｎｄ ＰＤＡ ｗｉｔｈ ｂａｌｍ／ｃｅ ｌｅｖｅｌ ＧＵＯ ｌｏｎｇ ＧＡＯ Ｙｏｎｇ－ｊｉａ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｔｈｉｎｋｉｎｇ ａｎｄ ｓｏｍｅ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｆ ｃｏｎｔｒｏｌ ｅｉｄｏｌｏｎ ｗｅｒｅ ｄｅｔａｉｌ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ｃｈｏｏｓｉｎｇ ＰＤＡ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｂｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｅｉｄｏｌｏｎ ａｎｄＷｉｎｄｏｗｓＭｏｂ￣ｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｔｏ ａｐｐｌｙｏｎｌｅｖｅｌｉｇ，ｔｈｅ ｇｏａｌｎ ｏｆｉｎｓｉｄｅａｎｄ ｏｕｔｓｉｄｅｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｏｆｌｅｖｅｌｉｇＷａＳ ｒｅａｌｎｉｚｅｄ，ｗｈｉｃｈ ｇｕａｒａｎｔｅｅ ｔｈｅ ｆｉｅｌｄ ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ ｄａｔａ ｅａｓｙ ｔＯ ｒｅｃｏｒｄ ｅｘｃｅｐｔ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＰＤＡ，ｌｅｖｅｌｉｇ，ｃｏｎｔｒｏｌｎ ｅｉｄｏｌｏｎ，ｄａｔａ ｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ 收稿日期：２０ｏ８一ｏ６—２３ 作者简介：黄一彬（１９８２．），男，三峡大学土木水电学院硕士研究生，湖北宜昌４４３００２ 刘海博（１９８３一），男，三峡大学土木水电学院硕士研究生，湖北宜昌４４３００２ ３２月 １１黄一彬等：混凝土大坝裂缝成因分析与防治措施综述 ・３５９・ 出现形状不同的裂缝。构件在均布荷载或集巾荷载作用下产生 将发生剧烈变化，而在离开表面仅仅几个毫米的“内部”，混凝土 内力弯矩，当拉应力超过了混凝土的抗拉强度时，即出现垂直于 湿度对环境几乎没有响应。这说明在混凝土的最表层存在着很 构件纵轴的裂缝。当构件在荷载作用下产生较大的剪应力时，在 大的湿度梯度，混凝土拆模后发生干缩裂缝的可能性非常大，所 与纵轴成４５。夹角方向主拉应力值最大，易产生斜向裂缝，并发展 以混凝土表面保湿非常重要…１。 延伸。 基于表面裂缝产生的原因，防止混凝土表面裂缝就要从表面 ６）基础不均匀沉陷引起的裂缝。当混凝土大坝的基础出现 保护入手，降低混凝土内外的温度梯度和湿度梯度。理论与实践 不均匀沉陷时，大坝受到强迫变形，从而使大坝开裂，随着不均匀 都表明，表面保护是防止表面裂缝的最有效措施。 沉陷的进一步发展，裂缝会进一步扩大。 ３．２表面保护材料 在大坝表面保护材料当中，新型的聚氨酯硬质泡沫喷涂工 ２常用避免和减缓混凝土大坝裂缝的预防措施 ２．１ 防止混凝土裂缝在结构方面的措施 １）实践经验表明，现有的混凝土结构裂缝，绝大多数与温度 艺［２ Ｊ运用高压喷涂装置将保温材料直接喷涂到大坝混凝土表面， 对保持大坝相对恒温、恒湿，减少温度梯度变化及干缩造成的裂 应力有关，结构形式选择恰当，就可能减少温度应力，从而减少裂 缝具有显著的效果。缝。２）合理的分层分块对防止混凝土温度裂缝也具有重要作用。 ３．３表面保护方法 混凝土表面永久表面保护，可通过在混凝土表面喷涂聚氨酯 ３）配筋也可以限裂，例如对预计要长期暴露的混凝土层面或过水 度汛的混凝土面，在其表面配置适当数量的钢筋网，可防止贯穿 硬质泡沫进行。聚氨酯硬质泡沫保温保湿效果良好，粘结力很 能和混凝土连为一体，而且水对聚氨酯基本没有溶解腐蚀作 性或深层裂缝的产生。也有一些混凝土坝为加强上游面的抗裂 强，能力，在上游面布设钢筋网。 用，即水与聚氨酯不发生反应，水淹后不会脱落，亦可用于坝体水 位变动区的保温保湿。因此，聚氨酯对混凝土表面的保护时间非 ２．２防止混凝土裂缝在材料方面的措施 在混凝土表面喷涂聚氨酯硬质泡沫，保温保湿 １）混凝土配合比设计和混凝土施工应保证混凝土设计所必 常长。实践证明，效果明显，有效降低了表面裂缝的产生。 需的极限拉伸值或抗拉强度、施工匀质性指标和强度保证率，有 条件时宜优先选用热膨胀系数较低的砂石料，提高混凝土的抗裂 ４结语 能力。２）控制混凝土水化热，通过采用发热量低的中热硅酸盐和 １）大体积混凝土裂缝的形成机理，总体上可分为两类：ａ．混 低热矿渣硅酸盐水泥，选择较优骨料级配和掺粉煤灰、外加剂，以 凝土收缩变形约束裂缝，如混凝土温缩和干缩变形因为受到约束 减少水泥用量和延缓水化热发散速率。３）控制混凝土自生体积 所引起的约束拉伸裂缝；ｂ．混凝土结构的荷载裂缝，指结构在设 变形。采用微膨胀混凝土能补偿部分混凝土温降引起的收缩变 计荷载或其他外力作用下所引起的裂缝。温度应力和干缩应力 形，与此相反，混凝土自生体积变形为收缩者将增大混凝土出现 是导致裂缝的主要原因。防止裂缝产生，要从降低温度应力和干 裂缝的可能性。因此，可采取措施控制混凝土自生体积变形使其 缩应力人手。２）从大坝结构、混凝土材料、大坝施工、综合管理等 具有一定的膨胀性。 ２．３防止混凝土裂缝在施工方面的措施 方面采取措施，对防止混凝土大坝裂缝的产生均可起到一定的效 果，但也存在不足之处。３）混凝土大坝产生的裂缝，绝大多数是 这些表面裂缝主要是由混凝土表面的温差和湿差引起 １）合理安排混凝土施工程序和施工进度是防止基础贯穿裂 表面裂缝，新型材料聚氨酯硬质泡沫，采取喷涂工艺将其喷涂到混凝土 缝、减少表面裂缝的主要措施之一。２）控制坝体最高温度。应采 的，有效降低了混凝土表面温度 取必要温控措施，使坝体实际出现的最高温度不超过坝体设计允 大坝表面，对混凝土表面进行保护，减少了表面裂缝的产生。 许最高温度。控制坝体实际最高温度的有效措施是降低混凝土 梯度、湿度梯度，浇筑温度、控制混凝土水化热温升，铺设冷却水管等。 参考文献： ２．４防止混凝土裂缝在综合管理方面的措施 温控防裂工作是一项复杂的系统工程，除了在配合比设计、 ［１］刘光延，黄达海．混凝土温湿耦合研究［Ｊ］．建筑材料学报， ２００３，６（２）：１７３—１８０． ２］杜斌．聚氨酯硬质泡沫在大坝工程中的应用研究［Ｊ］．水 拌和、浇筑、冷却通水、养护外露面保护几个环节做好工作外，合 ［利水电科技进展，２００２，２２（４）：１４—１６． 理安排舱位、科学配备资源、加快入仓速度及加强仓面保护等综 ［３］ＤＩ ＰＴ ５１４４—２００１，水工混凝土施工规范［Ｓ］． 合管理方面对混凝土温控也有重要作用。 ３加强混凝土大坝表面保护 ３．１表面裂缝危害及成因分析 清华大学刘光廷教授等人对水工混凝土的湿热传导特性进 ［４］Ｔｒｏｘｄｌ Ｇ Ｅ，Ｄａｖｉｓ Ｈ Ｅ．Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｃｏｎ— ｃｒｅｔｅ［Ｍ］．Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ：ＭｃＧｒａｗ２Ｈｉｌｌ，１９５６． ［５］ 朱伯芳．寒冷地区有保温层拱坝的温度荷载［Ｊ］．水利水电 技术，２００３，３４（１１）：４３—４６． 行了研究，研究结果认为混凝土温湿耦合机制是研究混凝土产生 ［６］赵宁，夏磊，李 鑫．西霞院工程混凝土坝段接缝灌浆 表面裂缝机制的重要基础。温湿耦合现象更多地集中在混凝土 简介［Ｊ］．山西建筑，２００７，３３（２８）：３５７—３５８． 的表面。在混凝土拆模后的几小时内，混凝土的表面温度与湿度 Ｓｕｍｍａｒｉｚｉｎｇ ｐｒｅｖｅｎｔｉｎｇ ｍｅａｓｕｒｅｓ ａｎｄ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｒｅａｓｏｎｓ ｏｆ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｄａｍ ｃｒａｃｋ ＩＩＩＩＡＮＧ Ｙｉ－ｂｉｎ ＬＩＵ ａａｉ－ｂｏ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｔ ｃｏｎｃｒｅｔｅｌｙ ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ｒｅａ￣ｒｌｓ ｗｈｙ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｄａｍ ａｐｐｅａｒｅｄ ｃｒａｃｋ．ｐｕｔｓ ｆｏｒｗａｒｄ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｏｆ ｐｒｅｖｅｎｔｉｎｇ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｃｒａｃｋ ｆｒｏｍ ｒ ｆａｃｔｏｍ，ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｍａｔｅｒｉａｌ，ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｒｎａｎａｇｅｍｅａｑｔ，ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ｈａｒｍ ｏｆ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｄａｍ ｅｘｔｅｒｉｏｒ ｃｒａｃｋ，ｉｎｄｉｃａｔｅｓ ｔｈａｔ ｐｒｏｔｅｃｔｉｎｇ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｃａｎ ｄｅｃｒｅａｓｅ ｅｘｔｅｒｉｏｒ ｃｒａｃｋ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｄａｍ，ｃｒａｃｋ，ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｒｅａｓｏｎ，ｐｒｅｖｅｎｔｉｎｇｍｅａｓｕｒｅ