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【摘 要】通过对一期面板裂缝的调查，结合现场实际工况，对裂缝产生的原因进行了全面系统分析，找出产生裂缝的成因，为今后更有效地避免裂缝提供依据。
【关键词】混凝土面板;裂缝;成因
一、 工程概况
河口村水库工程位于河南省济源市克井镇黄河一级支流沁河的下游，是一座以防洪、供水为主，兼顾灌溉发电、改善河道等综合利用的大（Ⅱ）型水利枢纽工程。水库控制流域面积为9223k㎡，水库总库容为3.17亿m? 。最大坝高122.5m，正常蓄水位275.00m，装机容量11.6MW。大坝建筑物级别为1级，上、游坝面坡度均为1：1.5。
二、 混凝土面板主要设计尺寸与指标
（一）面板厚度设计
混凝土面板是坝体的主要防渗结构，其厚度是渐变的。其厚度经计算，面板顶端厚度为0.3m，底部最大厚度为0.72m。
（二）面板主要设计参数指标、分块及其配筋
面板混凝土的设计强度等级为C30，抗渗标准为W12，抗冻等级为F25。采用的普通硅酸盐水泥，二级配混凝土。
根据面板分缝分块的要求、坝体受力条件、三维有限元分析坝体受力情况，大坝面板分块宽度有12m和6m两种，一期面板12m宽共22块，6m宽5块，，共计27块，标号从右岸至左岸为6#～32#，河床段13块（编号11#～23#），最长为104.5m，其它块长99.6m—17.4m，均为垂直分缝。一期面板6#～8#仓为张性缝，10#～24#仓为压性缝，26～33#为张性缝。
面板采用双层双向配筋，钢筋直径为Φ18～Φ14，钢筋保护层随面板厚度变化而变化，一期面板最保护层范围为100mm～60mm。考虑到地基变形的影响接缝及周边缝增设加强钢筋。
三、 混凝土面板防裂控制措施与主要施工方案简述
（一）面板防裂控制措施
1.防裂混凝土配合比设计
防止面板裂缝是面板混凝土设计和施工中最重要的工作。本工程经过专家咨询、讨论，决定采用补偿收缩混凝土的防裂机理，也就是让混凝土适度膨胀，受到外部、内部约束后产生压应力来抵消其有害的限制收缩拉应力，从而达到避免或大大减轻混凝土开裂的目的，其补偿模式如下图：
图1 膨胀混凝土补偿收缩模式图
从图1可以看出，要使补偿收缩混凝土不产生裂缝，必须满足下式要求：
即：e+Sk≥Sm
式中：e — 混凝土的限制膨胀率（%）
Sk — 混凝土的极限拉伸值，一般为0.01%～0.02%
Sm — 混凝土在限制條件下收缩总和（%）（即在限制条件下混凝土干缩和冷缩的总和）
表.1 C30W12F200面板防裂混凝土施工配合比
本工程配合比试验结果和防裂计算表明，在施工期现场气候条件下，该混凝土设计能够满足抗裂要求。
2.施工主要工艺及控制裂缝措施
混凝土面板施工主要工艺：面板混凝土在拌和站拌制完成后由12.0 m3混凝土搅拌运输车运输约1.5km运至坝面，经溜槽入仓。控制出机口塌落度为7cm～9cm，至溜槽口塌落度5cm～7cm，仓面塌落度3cm～5cm。混凝土采用无轨滑膜分仓跳块浇注，趾板附近边角部位，采用固定滑轮导向斜拉法滑模浇筑。
控制裂缝措施：
降低面板混凝土的约束方面：
1）挤压边墙局部凿除找平后用砂浆抹平，以减少基础对面板的约束。
2）面板底部与挤压边墙接触面采用“三油两砂”即喷涂三遍阳离子乳化沥青和两遍细砂作为隔离层，以减少基础对面板的约束。
3）设在挤压边墙上的面板架立钢筋在浇筑时及时割除，减少混凝土的外力约束。
混凝土养护方面：
混凝土浇注后应及时采用较厚黑芯棉或土工膜覆盖。面板从高到低设2～3道养护水管，每天24小时不间断喷淋养护至少90天或至蓄水。
四、 混凝土面板裂缝调查结果
（一）裂缝调查统计数量、特征
面板混凝土的浇筑从2013年3月12日开始施工，于5月底全部完成。从裂缝的调查情况来看，一期面板裂缝共有103条（其中66条已钙化弥合），均为横向表层裂缝。其中按规范需要灌浆处理的在受压区大于0.2mm共有16条，受拉区大于0.3mm的共5条，其余裂缝按规范均不需要处理，但按照参建各方意见进行了表面封闭处理。
（二）裂缝特征规律性统计分析
1.从裂缝走向和分部位置统计分析
裂缝基本上是水平方向的，无竖向或斜向裂缝，且大多集中在较长条块的中部，间距相对均匀，左岸6仓位没有裂缝，右岸8仓位也没有裂缝（仓位最大长度小于33m）。
2.从I序仓（为跳仓）和II仓（为夹仓）裂缝数量统计比较分析
I序仓总计22条，其中通缝16条; II仓总计81条，其中通缝67条。II仓裂缝总数约为I序仓裂缝总数的4倍。
3.从裂缝长度统计分析
12m长通缝83条，其他1～6m长短缝共9条，0.1～0.6m长裂缝共11条。
4.从裂缝宽度统计分析
受压区大于0.2mm共有16条，受拉区大于0.3mm的共5条，其余裂缝宽度均小于0.2mm，其中最大宽度为0.65mm（缝长为0.6m）;
5.从裂缝深度统计分析
裂缝深度在4mm～138mm之间，平均深度为52.5mm，应该属钢筋保护层以内裂缝。
6.按面板长度是否超过80m为界统计分析
根据有关文献资料显示，采用补偿收缩混凝土可将大体积超长混凝土结构长度分缝延长到50～60m而不裂缝，面板长度超过80m后及时采用了补偿收缩混凝土技术也很难保证裂缝的产生。本工程一期面板长度大于80m的块数为10#～25#仓（受压区）共16块，共95条，平均每块5.9条;面板长度小于80m块数（主要在受拉区）为6#～9#仓及26#～32#仓，共11块共8条，平均每块为0.7条。 五、 面板混凝土的裂缝类型及本工程面板混凝土裂缝的成因分析
（一）面板混凝土的裂缝类型
面板混凝土裂缝的类型可分为结构性裂缝和非结构性裂缝。
结构性裂缝因面板的受力模式转换而产生，如：（1） 面板浇筑完毕后坝体发生过大的垂直沉降，面板和垫层脱离;（2） 蓄水后坝体局部发生过大的水平位移，面板和垫层脱离。（3） 面板垫层的压缩模量不规则。
非结构性裂缝分为：（1）施工裂缝 ———混凝土出现的施工冷縫及面板施工中工艺缺陷出现的裂缝;（2）化学裂缝———板内钢筋锈蚀膨胀引起的裂缝、碱骨料反应出现的裂缝;（3）收缩裂缝 ——— 在约束条件下，混凝土体积收缩产生的裂缝。
（二）本工程面板混凝土裂缝成因分析
1.排除结构性裂缝的可能
从裂缝产状特征以及目前运行状态分析，本工程面板基础垫层为挤压边墙形式，一期面板浇筑时的坝体填筑沉降达半年以上，坝体变形已满足面板浇筑要求，而且从挤压边墙面检查来看，没有裂缝出现，说明坝体整体沉降均匀。从面板检查结果中无竖向和发状裂缝看，本工程面板现阶段呈现的裂缝可以排除结构性裂缝的可能。
2.非结构性裂缝分析
（1）排除化学裂缝的可能
因混凝土龄期不长（不超过半年），施工过程钢筋基本完好，不存在钢筋锈蚀和碱骨料反应出现裂缝的可能。
（2）施工裂缝的原因分析
结合裂缝产状和混凝土浇筑过程分析，施工过程混凝土浇筑强度满足要求，浇筑也没有因故暂停，没有施工冷缝存在。但施工工艺存在以下问题：
①个别拌和车塌落度控制不严，有偏大现象（坝顶卸料口达9～12cm）;
②二次抹面时机掌握不准，抹面力度不够，存在加水抹面现象;
③个别情况下，湿润溜槽的水不能完全排除至仓外，导致局部水灰比过大，产生薄弱地带。
3.收缩裂缝的原因分析
根据有关资料和经验显示，对80 m长度以上的面板虽然采取优质建筑材料，优化配合，添加防裂材料等措施要想完全解决面板收缩裂缝问题是有困难的。其原因是在面板施工过程中，无论上述各项措施做得如何充分，都不可能完全消除混凝土的收缩变形。当混凝土收缩产生的拉应力超过面板混凝土的抗拉强度或拉应力超过混凝土的极限拉伸值时，就会产生收缩裂缝。
一期面板在河槽段每块宽12m长为104.5m，已属超长结构。每仓浇筑时间为3～4天，而且施工现场昼夜温差大，风力大。在这种条件下，尽管混凝土添加了专用面板混凝土专用防裂剂，而且经过理论计算和试验结果是能够抗裂的，但由于混凝土干缩和冷缩的必然性，从裂缝的产状分析，其主要原因在于设计浇筑长度太长;其次由于施工过程中上述工艺控制不严，导致局部表面裂缝。
六、 结论
从上述裂缝的产状和施工过程记录看，本工程裂缝的产生非结构脱空和温度应力过大的原因造成，而是由于设计构件本身太长加上施工工艺控制不严造成的表面收缩应力超过混凝土的极限拉伸值所造成的表面裂缝。为避免二期面板（单仓长约108m）再度出现类似裂缝，建议如下：
（一）在二期面板中间设后浇带或增设膨胀加强带，通过释放约束应力或提高限制膨胀率来减少收缩裂缝的产生;
（二）从混凝土成品指标分析看，其28天强度值平均达到约40MP，其他抗冻抗渗指标也有富裕，可再次优化配合比，降低塌落度，降低单位用水量和水泥用量以减少混凝土的干缩率，提高砂率以增强混凝土在溜槽的流动性使垂直运输变得更顺畅。
（三）严格控制拌合物质量和施工工艺，特别是塌落度、振捣、抹面及保温保湿养护工艺，确保混凝土成品抗裂能力达到设计标准并均匀分布。
【关键词】混凝土面板;裂缝;成因
一、 工程概况
河口村水库工程位于河南省济源市克井镇黄河一级支流沁河的下游，是一座以防洪、供水为主，兼顾灌溉发电、改善河道等综合利用的大（Ⅱ）型水利枢纽工程。水库控制流域面积为9223k㎡，水库总库容为3.17亿m? 。最大坝高122.5m，正常蓄水位275.00m，装机容量11.6MW。大坝建筑物级别为1级，上、游坝面坡度均为1：1.5。
二、 混凝土面板主要设计尺寸与指标
（一）面板厚度设计
混凝土面板是坝体的主要防渗结构，其厚度是渐变的。其厚度经计算，面板顶端厚度为0.3m，底部最大厚度为0.72m。
（二）面板主要设计参数指标、分块及其配筋
面板混凝土的设计强度等级为C30，抗渗标准为W12，抗冻等级为F25。采用的普通硅酸盐水泥，二级配混凝土。
根据面板分缝分块的要求、坝体受力条件、三维有限元分析坝体受力情况，大坝面板分块宽度有12m和6m两种，一期面板12m宽共22块，6m宽5块，，共计27块，标号从右岸至左岸为6#～32#，河床段13块（编号11#～23#），最长为104.5m，其它块长99.6m—17.4m，均为垂直分缝。一期面板6#～8#仓为张性缝，10#～24#仓为压性缝，26～33#为张性缝。
面板采用双层双向配筋，钢筋直径为Φ18～Φ14，钢筋保护层随面板厚度变化而变化，一期面板最保护层范围为100mm～60mm。考虑到地基变形的影响接缝及周边缝增设加强钢筋。
三、 混凝土面板防裂控制措施与主要施工方案简述
（一）面板防裂控制措施
1.防裂混凝土配合比设计
防止面板裂缝是面板混凝土设计和施工中最重要的工作。本工程经过专家咨询、讨论，决定采用补偿收缩混凝土的防裂机理，也就是让混凝土适度膨胀，受到外部、内部约束后产生压应力来抵消其有害的限制收缩拉应力，从而达到避免或大大减轻混凝土开裂的目的，其补偿模式如下图：
图1 膨胀混凝土补偿收缩模式图
从图1可以看出，要使补偿收缩混凝土不产生裂缝，必须满足下式要求：
即：e+Sk≥Sm
式中：e — 混凝土的限制膨胀率（%）
Sk — 混凝土的极限拉伸值，一般为0.01%～0.02%
Sm — 混凝土在限制條件下收缩总和（%）（即在限制条件下混凝土干缩和冷缩的总和）
表.1 C30W12F200面板防裂混凝土施工配合比
本工程配合比试验结果和防裂计算表明，在施工期现场气候条件下，该混凝土设计能够满足抗裂要求。
2.施工主要工艺及控制裂缝措施
混凝土面板施工主要工艺：面板混凝土在拌和站拌制完成后由12.0 m3混凝土搅拌运输车运输约1.5km运至坝面，经溜槽入仓。控制出机口塌落度为7cm～9cm，至溜槽口塌落度5cm～7cm，仓面塌落度3cm～5cm。混凝土采用无轨滑膜分仓跳块浇注，趾板附近边角部位，采用固定滑轮导向斜拉法滑模浇筑。
控制裂缝措施：
降低面板混凝土的约束方面：
1）挤压边墙局部凿除找平后用砂浆抹平，以减少基础对面板的约束。
2）面板底部与挤压边墙接触面采用“三油两砂”即喷涂三遍阳离子乳化沥青和两遍细砂作为隔离层，以减少基础对面板的约束。
3）设在挤压边墙上的面板架立钢筋在浇筑时及时割除，减少混凝土的外力约束。
混凝土养护方面：
混凝土浇注后应及时采用较厚黑芯棉或土工膜覆盖。面板从高到低设2～3道养护水管，每天24小时不间断喷淋养护至少90天或至蓄水。
四、 混凝土面板裂缝调查结果
（一）裂缝调查统计数量、特征
面板混凝土的浇筑从2013年3月12日开始施工，于5月底全部完成。从裂缝的调查情况来看，一期面板裂缝共有103条（其中66条已钙化弥合），均为横向表层裂缝。其中按规范需要灌浆处理的在受压区大于0.2mm共有16条，受拉区大于0.3mm的共5条，其余裂缝按规范均不需要处理，但按照参建各方意见进行了表面封闭处理。
（二）裂缝特征规律性统计分析
1.从裂缝走向和分部位置统计分析
裂缝基本上是水平方向的，无竖向或斜向裂缝，且大多集中在较长条块的中部，间距相对均匀，左岸6仓位没有裂缝，右岸8仓位也没有裂缝（仓位最大长度小于33m）。
2.从I序仓（为跳仓）和II仓（为夹仓）裂缝数量统计比较分析
I序仓总计22条，其中通缝16条; II仓总计81条，其中通缝67条。II仓裂缝总数约为I序仓裂缝总数的4倍。
3.从裂缝长度统计分析
12m长通缝83条，其他1～6m长短缝共9条，0.1～0.6m长裂缝共11条。
4.从裂缝宽度统计分析
受压区大于0.2mm共有16条，受拉区大于0.3mm的共5条，其余裂缝宽度均小于0.2mm，其中最大宽度为0.65mm（缝长为0.6m）;
5.从裂缝深度统计分析
裂缝深度在4mm～138mm之间，平均深度为52.5mm，应该属钢筋保护层以内裂缝。
6.按面板长度是否超过80m为界统计分析
根据有关文献资料显示，采用补偿收缩混凝土可将大体积超长混凝土结构长度分缝延长到50～60m而不裂缝，面板长度超过80m后及时采用了补偿收缩混凝土技术也很难保证裂缝的产生。本工程一期面板长度大于80m的块数为10#～25#仓（受压区）共16块，共95条，平均每块5.9条;面板长度小于80m块数（主要在受拉区）为6#～9#仓及26#～32#仓，共11块共8条，平均每块为0.7条。 五、 面板混凝土的裂缝类型及本工程面板混凝土裂缝的成因分析
（一）面板混凝土的裂缝类型
面板混凝土裂缝的类型可分为结构性裂缝和非结构性裂缝。
结构性裂缝因面板的受力模式转换而产生，如：（1） 面板浇筑完毕后坝体发生过大的垂直沉降，面板和垫层脱离;（2） 蓄水后坝体局部发生过大的水平位移，面板和垫层脱离。（3） 面板垫层的压缩模量不规则。
非结构性裂缝分为：（1）施工裂缝 ———混凝土出现的施工冷縫及面板施工中工艺缺陷出现的裂缝;（2）化学裂缝———板内钢筋锈蚀膨胀引起的裂缝、碱骨料反应出现的裂缝;（3）收缩裂缝 ——— 在约束条件下，混凝土体积收缩产生的裂缝。
（二）本工程面板混凝土裂缝成因分析
1.排除结构性裂缝的可能
从裂缝产状特征以及目前运行状态分析，本工程面板基础垫层为挤压边墙形式，一期面板浇筑时的坝体填筑沉降达半年以上，坝体变形已满足面板浇筑要求，而且从挤压边墙面检查来看，没有裂缝出现，说明坝体整体沉降均匀。从面板检查结果中无竖向和发状裂缝看，本工程面板现阶段呈现的裂缝可以排除结构性裂缝的可能。
2.非结构性裂缝分析
（1）排除化学裂缝的可能
因混凝土龄期不长（不超过半年），施工过程钢筋基本完好，不存在钢筋锈蚀和碱骨料反应出现裂缝的可能。
（2）施工裂缝的原因分析
结合裂缝产状和混凝土浇筑过程分析，施工过程混凝土浇筑强度满足要求，浇筑也没有因故暂停，没有施工冷缝存在。但施工工艺存在以下问题：
①个别拌和车塌落度控制不严，有偏大现象（坝顶卸料口达9～12cm）;
②二次抹面时机掌握不准，抹面力度不够，存在加水抹面现象;
③个别情况下，湿润溜槽的水不能完全排除至仓外，导致局部水灰比过大，产生薄弱地带。
3.收缩裂缝的原因分析
根据有关资料和经验显示，对80 m长度以上的面板虽然采取优质建筑材料，优化配合，添加防裂材料等措施要想完全解决面板收缩裂缝问题是有困难的。其原因是在面板施工过程中，无论上述各项措施做得如何充分，都不可能完全消除混凝土的收缩变形。当混凝土收缩产生的拉应力超过面板混凝土的抗拉强度或拉应力超过混凝土的极限拉伸值时，就会产生收缩裂缝。
一期面板在河槽段每块宽12m长为104.5m，已属超长结构。每仓浇筑时间为3～4天，而且施工现场昼夜温差大，风力大。在这种条件下，尽管混凝土添加了专用面板混凝土专用防裂剂，而且经过理论计算和试验结果是能够抗裂的，但由于混凝土干缩和冷缩的必然性，从裂缝的产状分析，其主要原因在于设计浇筑长度太长;其次由于施工过程中上述工艺控制不严，导致局部表面裂缝。
六、 结论
从上述裂缝的产状和施工过程记录看，本工程裂缝的产生非结构脱空和温度应力过大的原因造成，而是由于设计构件本身太长加上施工工艺控制不严造成的表面收缩应力超过混凝土的极限拉伸值所造成的表面裂缝。为避免二期面板（单仓长约108m）再度出现类似裂缝，建议如下：
（一）在二期面板中间设后浇带或增设膨胀加强带，通过释放约束应力或提高限制膨胀率来减少收缩裂缝的产生;
（二）从混凝土成品指标分析看，其28天强度值平均达到约40MP，其他抗冻抗渗指标也有富裕，可再次优化配合比，降低塌落度，降低单位用水量和水泥用量以减少混凝土的干缩率，提高砂率以增强混凝土在溜槽的流动性使垂直运输变得更顺畅。
（三）严格控制拌合物质量和施工工艺，特别是塌落度、振捣、抹面及保温保湿养护工艺，确保混凝土成品抗裂能力达到设计标准并均匀分布。