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摘要：当大坝发生裂缝时，就需要监测裂缝的发展情况，分析产生的原因和对大坝安全的影响，以便进行处理。本文结合某混凝土大坝裂缝观测资料，分析大坝裂缝成因与相关处理措施。
关键词：混凝土大坝；裂缝成因；防治
中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：
在现代混凝土建筑物种大体积混凝土结构占有重要地位，由于温度、外荷载等的作用下，大体积混凝土结构的裂缝较多，缝宽也较大。混凝土坝是最有代表性的大体积混凝土建筑物。本文结合某混凝土大坝裂缝观测资料，分析大坝裂缝成因与相关处理措施。
1 工程概况
某水库大坝最大坝高119．14 m，坝顶高程660．14 m，正常蓄水位658 m，总库容5．72亿m，装机容量150MW。2010年04月，双曲拱坝和重力墩出现裂缝，随后对该大坝进行了全面的检测，为大坝加固处理提供资料。
2 裂缝检测，确定处理方案
测点的布置主要集中在164m与184m高程坝后桥、下游面坝底等区域的十二条裂缝十五个测点的探测任务。通过现场检测和数据处理分析，共得到了十二条裂缝十五个测点的裂缝深度和宽度值。
2．1从已检测的十二条裂缝结果来看，裂缝的深度范围在467．8～1386．4mm之间，裂缝宽度在0．05～0．95mm之间，混凝土的波速值在3170～3759m／s之间。其中裂缝宽度0．05-0．20mm之间4处，0．20-0．50mm之间6处，0．50-0．95mm之间5处。
2．2混凝土的声速值与混凝土的密实性、孔隙率、弹模、强度等密切相关，从现场测得的混凝土波速值可看到，各个部位存在一定的差异，说明其混凝土的均匀性有一定的差异。
通过裂缝检测，鉴于该大坝工程裂缝的实际情况，经分析决定该大坝所有裂缝采用化学灌浆方案，并选用PSI-CW环氧浆材。
3 关键施工工艺
灌浆施工步骤：搭设施工平台→探缝深→钻灌浆孔→清缝及通气试验→凿槽→PSI→130封缝、固定灌浆嘴→压力水清洗→高压风驱水→环氧灌浆→表面处理→质量检查→现场清理。
探缝深：采用超声波检测混凝土裂缝深度(平测法)。
钻孔：同一条缝上的灌浆孔一次钻成，为了防止钻孔时钻出的粉末将缝隙堵塞，钻孔最好采用取芯钻而不是速度较快的风钻。
压注水试验：由于化学灌浆成本较高，在每条裂缝正式灌浆前都有必要通过压水试验来确定吸浆量，以便及时发现漏浆之处，避免不必要的浪费，同时备足材料，一次性完成灌浆，防止停工待料影响工程质量。
浆材配制：施工配浆时，在缓慢搅动A液（PSI—CWA液）同时将B液（固化剂）缓慢加入A液(搅拌速度要适宜，搅拌太慢，2种液体不能够充分混合，搅拌太快加速两者之间的反应，凝结时间过短)，搅拌用容器具不得有油污及杂质，应根据裂缝宽度、环境温度决定浆材的每次拌合量，并保持浆液在阴凉的环境下，不得长时间暴露在高温空气中。
灌浆：灌浆过程中，邻孔可作为排水、排气孔，若邻孔出浆，排除积水后，开始灌注邻孔，第1孔仍保持压力灌浆，当第3孔出浆时，视进浆情况停止第1孔灌浆(第1孔出现不进浆或在设计最大压力下进浆率小于0．05 L／min，延续灌注时间不少于60 min可停止第1孔灌浆)，灌浆压力应保持在0．1～0．3 MPa，当灌到最后一个灌浆嘴时应适当加大压力进浆，进浆期间应观察是否在进浆，灌浆结束标准以不吸浆为原则，如果进浆率小于0．01 L／min，屏浆30 min可作为结束标准，停止灌浆。
特殊情况处理：当吸浆量较大时(一般认为吃浆在1 t以上仍没有灌浆压力的)，应加强观测，检查有无渗漏之处，特别是对一些裂缝可能存在土埋部分，或者是钻孔可能经过坝体内埋设的冷却水管的地方；处理混凝土裂缝的时间选择上，既要满足工程进度的要求，又要考虑使裂缝的开度尽量大些，最好达到稳定的宽度。
4 裂缝处理后效果检测
裂缝处理后，为了解混凝土拱坝裂缝缺陷的修补处理效果，采用超声波法和钻孔对测比较法。在已修补过的裂缝附近区域钻孔。以跨缝和不跨缝的的两对测孔的超声波检测数据的对比来反应混凝土裂缝缺陷的修补处理效果。当混凝土裂缝缺陷的修补质量良好，则超声波通过与不通过原裂缝，其声学参数值应该基本一致。若混凝土裂缝缺陷的修补区局部存在孔隙、不密实，该部分混凝土与临近正常的混凝土相比，其声学参数值存在明显差异。因此判为异常值的测点在无其他因素影响时，可判定该部位混凝土修补效果不良。下图为现场钻孔布置示意图。
在已修补过的裂缝两侧钻测试孔三个，其中孔A、孔B两个测试孔位于裂缝的两侧，对称布置，其孔轴线应保持平行；比较孔C位于孔A的同侧，其孔轴线应与孔A、孔B保持平行(即三个孔的轴线都应保持互相平行)，孔C跟孔A的距离与孔B跟孔A的距离相同，均为1000mm，孔径均为35mm，即每一对测点都应保持测距相同，倾斜度一致，以保证各测点具有一定的可比性。，三个孔的钻孔深度均为1200mm。三孔轴线方向与坝面成60°角度。
检测结果见下图：
通过后期水库蓄水，大坝也没有出现明显漏水现象，说明浆液在缝内已灌满，并且固结良好，达到了预期的补强加固、防渗的目的。通过本工程可以了解到声波穿透法检测混凝土裂缝，能准确测出混凝土裂缝的深度，具有精度高、工期短、成本低等优点。化学灌浆技术，具有配料简单、操作方便、效果明显等优点，值得推广。
5 讨论
5.1按大体积混凝土裂缝的成因，混凝土坝裂缝有以下几种：
5.1.1表面裂缝，碾压混凝土坝产生的裂缝大部分是表面裂缝，主要是内表温差产生的拉应力和养护、保温不及时引起的。
5.1.2水平裂缝，主要产生在层间结合部位，特别是冬季停工面和施工常间歇面上下游附近，严重时甚至会出现水平贯穿裂缝，在严寒地区这种裂缝难以避免。这类裂缝主要是由于温差引起的应力与坝块长度有关，坝块越长应力越大，由于碾压混凝土坝坝块较长，上下层温差产生的温度应力远远超过碾压混凝土的抗拉强度；另外，层间特别是越冬层面的抗拉强度低于本体抗拉强度，因此容易产生裂缝。
5.1.3横向裂缝，一般起自混凝土与基岩的接触部位，向上延伸入坝体内部， 属结构性裂缝。这类裂缝可能开始于第一个较冷的季节，也可以产生于暴露在日气温快速且大幅度下降的环境中的混凝土表面，并且向坝内扩展，横向裂缝可以是局部的，也可以是贯穿性的，是在温度应力和载荷作用下不断发展的。
5.1.4劈头裂缝，主要原因是施工过程中上游面出现了表面裂缝，在内外温差和遇寒冷空气或蓄水后水温较低并在缝内裂隙水劈裂的共同作用下，存在产生劈头裂缝的可能性。
5.1.5底孔超冷引起的裂缝，主要原因是孔口内壁与空气或水接触，冬季水温或气温远低于坝内稳定温度，在孔口附近出现較大温差，这种现象称为超冷。施工期，孔口暴露在表面，容易出现表面裂缝。
5.2从大坝结构、混凝土材料、大坝施工、综合管理等方面采取措施，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。
5.3混凝土大坝产生的裂缝，绝大多数是表面裂缝，这些表面裂缝主要是由混凝土表面的温差和湿差引起的，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大坝表面，对混凝土表面进行保护，有效降低了混凝土表面温度梯度、湿度梯度，减少了表面裂缝的产生。
参考文献：
[1]廖波．小浪底泄洪工程高标号混凝土裂缝产生的原因及防治[J]．水利学报，2010．
[2]程云峰．毛坦水电站砌石拱坝裂缝的环氧灌桨[J]．小水电，2009.
关键词：混凝土大坝；裂缝成因；防治
中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：
在现代混凝土建筑物种大体积混凝土结构占有重要地位，由于温度、外荷载等的作用下，大体积混凝土结构的裂缝较多，缝宽也较大。混凝土坝是最有代表性的大体积混凝土建筑物。本文结合某混凝土大坝裂缝观测资料，分析大坝裂缝成因与相关处理措施。
1 工程概况
某水库大坝最大坝高119．14 m，坝顶高程660．14 m，正常蓄水位658 m，总库容5．72亿m，装机容量150MW。2010年04月，双曲拱坝和重力墩出现裂缝，随后对该大坝进行了全面的检测，为大坝加固处理提供资料。
2 裂缝检测，确定处理方案
测点的布置主要集中在164m与184m高程坝后桥、下游面坝底等区域的十二条裂缝十五个测点的探测任务。通过现场检测和数据处理分析，共得到了十二条裂缝十五个测点的裂缝深度和宽度值。
2．1从已检测的十二条裂缝结果来看，裂缝的深度范围在467．8～1386．4mm之间，裂缝宽度在0．05～0．95mm之间，混凝土的波速值在3170～3759m／s之间。其中裂缝宽度0．05-0．20mm之间4处，0．20-0．50mm之间6处，0．50-0．95mm之间5处。
2．2混凝土的声速值与混凝土的密实性、孔隙率、弹模、强度等密切相关，从现场测得的混凝土波速值可看到，各个部位存在一定的差异，说明其混凝土的均匀性有一定的差异。
通过裂缝检测，鉴于该大坝工程裂缝的实际情况，经分析决定该大坝所有裂缝采用化学灌浆方案，并选用PSI-CW环氧浆材。
3 关键施工工艺
灌浆施工步骤：搭设施工平台→探缝深→钻灌浆孔→清缝及通气试验→凿槽→PSI→130封缝、固定灌浆嘴→压力水清洗→高压风驱水→环氧灌浆→表面处理→质量检查→现场清理。
探缝深：采用超声波检测混凝土裂缝深度(平测法)。
钻孔：同一条缝上的灌浆孔一次钻成，为了防止钻孔时钻出的粉末将缝隙堵塞，钻孔最好采用取芯钻而不是速度较快的风钻。
压注水试验：由于化学灌浆成本较高，在每条裂缝正式灌浆前都有必要通过压水试验来确定吸浆量，以便及时发现漏浆之处，避免不必要的浪费，同时备足材料，一次性完成灌浆，防止停工待料影响工程质量。
浆材配制：施工配浆时，在缓慢搅动A液（PSI—CWA液）同时将B液（固化剂）缓慢加入A液(搅拌速度要适宜，搅拌太慢，2种液体不能够充分混合，搅拌太快加速两者之间的反应，凝结时间过短)，搅拌用容器具不得有油污及杂质，应根据裂缝宽度、环境温度决定浆材的每次拌合量，并保持浆液在阴凉的环境下，不得长时间暴露在高温空气中。
灌浆：灌浆过程中，邻孔可作为排水、排气孔，若邻孔出浆，排除积水后，开始灌注邻孔，第1孔仍保持压力灌浆，当第3孔出浆时，视进浆情况停止第1孔灌浆(第1孔出现不进浆或在设计最大压力下进浆率小于0．05 L／min，延续灌注时间不少于60 min可停止第1孔灌浆)，灌浆压力应保持在0．1～0．3 MPa，当灌到最后一个灌浆嘴时应适当加大压力进浆，进浆期间应观察是否在进浆，灌浆结束标准以不吸浆为原则，如果进浆率小于0．01 L／min，屏浆30 min可作为结束标准，停止灌浆。
特殊情况处理：当吸浆量较大时(一般认为吃浆在1 t以上仍没有灌浆压力的)，应加强观测，检查有无渗漏之处，特别是对一些裂缝可能存在土埋部分，或者是钻孔可能经过坝体内埋设的冷却水管的地方；处理混凝土裂缝的时间选择上，既要满足工程进度的要求，又要考虑使裂缝的开度尽量大些，最好达到稳定的宽度。
4 裂缝处理后效果检测
裂缝处理后，为了解混凝土拱坝裂缝缺陷的修补处理效果，采用超声波法和钻孔对测比较法。在已修补过的裂缝附近区域钻孔。以跨缝和不跨缝的的两对测孔的超声波检测数据的对比来反应混凝土裂缝缺陷的修补处理效果。当混凝土裂缝缺陷的修补质量良好，则超声波通过与不通过原裂缝，其声学参数值应该基本一致。若混凝土裂缝缺陷的修补区局部存在孔隙、不密实，该部分混凝土与临近正常的混凝土相比，其声学参数值存在明显差异。因此判为异常值的测点在无其他因素影响时，可判定该部位混凝土修补效果不良。下图为现场钻孔布置示意图。
在已修补过的裂缝两侧钻测试孔三个，其中孔A、孔B两个测试孔位于裂缝的两侧，对称布置，其孔轴线应保持平行；比较孔C位于孔A的同侧，其孔轴线应与孔A、孔B保持平行(即三个孔的轴线都应保持互相平行)，孔C跟孔A的距离与孔B跟孔A的距离相同，均为1000mm，孔径均为35mm，即每一对测点都应保持测距相同，倾斜度一致，以保证各测点具有一定的可比性。，三个孔的钻孔深度均为1200mm。三孔轴线方向与坝面成60°角度。
检测结果见下图：
通过后期水库蓄水，大坝也没有出现明显漏水现象，说明浆液在缝内已灌满，并且固结良好，达到了预期的补强加固、防渗的目的。通过本工程可以了解到声波穿透法检测混凝土裂缝，能准确测出混凝土裂缝的深度，具有精度高、工期短、成本低等优点。化学灌浆技术，具有配料简单、操作方便、效果明显等优点，值得推广。
5 讨论
5.1按大体积混凝土裂缝的成因，混凝土坝裂缝有以下几种：
5.1.1表面裂缝，碾压混凝土坝产生的裂缝大部分是表面裂缝，主要是内表温差产生的拉应力和养护、保温不及时引起的。
5.1.2水平裂缝，主要产生在层间结合部位，特别是冬季停工面和施工常间歇面上下游附近，严重时甚至会出现水平贯穿裂缝，在严寒地区这种裂缝难以避免。这类裂缝主要是由于温差引起的应力与坝块长度有关，坝块越长应力越大，由于碾压混凝土坝坝块较长，上下层温差产生的温度应力远远超过碾压混凝土的抗拉强度；另外，层间特别是越冬层面的抗拉强度低于本体抗拉强度，因此容易产生裂缝。
5.1.3横向裂缝，一般起自混凝土与基岩的接触部位，向上延伸入坝体内部， 属结构性裂缝。这类裂缝可能开始于第一个较冷的季节，也可以产生于暴露在日气温快速且大幅度下降的环境中的混凝土表面，并且向坝内扩展，横向裂缝可以是局部的，也可以是贯穿性的，是在温度应力和载荷作用下不断发展的。
5.1.4劈头裂缝，主要原因是施工过程中上游面出现了表面裂缝，在内外温差和遇寒冷空气或蓄水后水温较低并在缝内裂隙水劈裂的共同作用下，存在产生劈头裂缝的可能性。
5.1.5底孔超冷引起的裂缝，主要原因是孔口内壁与空气或水接触，冬季水温或气温远低于坝内稳定温度，在孔口附近出现較大温差，这种现象称为超冷。施工期，孔口暴露在表面，容易出现表面裂缝。
5.2从大坝结构、混凝土材料、大坝施工、综合管理等方面采取措施，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。
5.3混凝土大坝产生的裂缝，绝大多数是表面裂缝，这些表面裂缝主要是由混凝土表面的温差和湿差引起的，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大坝表面，对混凝土表面进行保护，有效降低了混凝土表面温度梯度、湿度梯度，减少了表面裂缝的产生。
参考文献：
[1]廖波．小浪底泄洪工程高标号混凝土裂缝产生的原因及防治[J]．水利学报，2010．
[2]程云峰．毛坦水电站砌石拱坝裂缝的环氧灌桨[J]．小水电，2009.