青海黄河公伯峡水电站混凝土面板堆石坝面板混凝土裂缝成因分析与处理方法陕工局集团公伯峡项目经理部 刘 虎 （2004年3月至5月本人参加了公伯峡面板混凝土浇筑施工，作为施工现场负责人之一，掌握公伯峡面板混凝土、混凝土施工条件和具体施工情况等大量的第一手资料本文针对面板混凝土常见的裂缝问题进行了详细的研究和分析）一、项目概况黄河公伯峡水电站位于青海省循化县与化隆县交界处的黄河干流上，上游76km为李家峡水电站，下游148km为刘家峡水电站距西宁市153km，距李家峡工程平安驿转运站118.5km混凝土面板堆石坝坝顶长429.0m,坝顶宽10.0m,最大设计坝高139m,上游坡比1:1.4,下游坡比1:1.3～1:1.5，坝顶设有高度为5.8m的“L”墙与面板相接，坝顶高程2010.0m坝前盖重顶部高程为1940m大坝趾板沿X线共布置41块，分块长度9～15m,宽度6～9m，厚度50～75cm，其右岸趾板坡度与面板坡度基本一致趾板混凝土设计标号为C25W12F100,二级配砼坝址处河谷断面呈不对称“U”形，左岸为一阶梯状地形，在1930.0m高程存在宽约100m的Ⅱ级阶地，阶地以上岸坡为50°左右的斜坡，右岸坝肩为75～50°斜坡，下陡上缓。
在左、右岸坝肩部位设计有重力式混凝土高趾墙，最大高度达47.5m，在国内目前属最高坝址处主要岩石为云母石英片岩、片麻岩及花岗岩，断裂构造较发育，但延伸不大，规模小，岩体相对比较完整虽岩性软硬不均匀，岩相变化大，透水性差，但能满足坝体基础要求二、砼面板基本数据公伯峡工程混凝土面板为不等厚结构，顶部厚度30.0cm，底部最大厚度为70cm，面板分块宽度为12m和6m，共计38块，其中宽度12m的有 34块，宽度6m 的有4块，垂直缝长度约5000延米，周边缝长度约700延米，面板最大单块长度约218m，面板表面积5.8万m2面板混凝土设计标号为C25W12F200，二级配混凝土，工程量2.6万m338块面板钢筋工程量为1920.0t，有六种规格钢筋Φ28、25、22、20、18、16除第1、2和第37、38块面板钢筋为双层双向布置外，其余板块均为单层双向布置，同时在每块面板底部、顶部和垂直缝两侧一定的范围内布设有Φ16挤压筋单层钢筋布置在面板中间位置，双层钢筋和挤压筋保护层上部为5cm，下部为8cm，垂直缝两侧保护层为10cm，钢筋间距20cm面板配筋率为65-115kg/ m3，其中9、10、11三块长面板配筋率为79.7kg/ m3。
三、面板砼施工工艺概述3.1 挤压墙表面处理坡面整修完成后，根据设计要求坡面喷涂乳化沥青，厚度为0.5～1mm，喷涂时，将18 m3空压机和乳化沥青桶置于坝顶，喷枪加长吸管后，从上到下、从右到左依次喷涂，喷涂速度1m2/min3.2混凝土浇筑仓面验收合格后，填写开仓证和砼要料通知单，经监理审批后报拌和楼，混凝土由建设公司拌和楼提供砼采用6m3搅拌车运输，运输道路有两条：坝后“之”字形道路，运输距离4km；左岸高线路、跨溢洪道，距离3.5km并要求搅拌车在运输途中尽量缩短运输时间,根据现场实测，从拌和站到坝顶的运输时间为10～15min根据混凝土运输、入仓、布料、振捣等要求，在每块面板上布置两道溜槽，对溜槽进行遮阳覆盖采用VF-II混凝土配合比时，6m3混凝土搅拌车每次运输3m3砼，以缩短混凝土卸料时间同时根据业主、监理的现场指示，每车料卸完后对搅拌车内部进行清理冲洗，保证搅拌罐内无混凝土积存每块面板浇筑时先用1～2m3同标号砂浆包围周边缝的铜止水、橡胶止水，以防止混凝土下滑时飞溅的石子集中在周边缝附近滑模上安装了5台（Ф30mm-Ф80mm）插入式振捣器，每一处振捣时间控制在15～20s左右。
滑模设计尺寸为160×1400cm，滑模重约8t，卷扬机控制电路布置在滑模上，由滑模上施工人员操作， 每次滑升距离不大于 30cm，滑模平均滑升速度为1.3～1.8m/h，最大滑升速度未超过 3m/h混凝土浇筑完成24小时后即可拆除侧模板，拆模后立即进行“V”形止水槽修整工作3.3 养护趾板初期养护采用覆盖麻袋的办法进行，存在覆盖厚度不够、不严密的缺点后期采用土工布作为保温材料，相比其它材料效果要好一些 面板滑模后拖5-7m长塑料薄膜，对浇筑成型的砼进行覆盖，面板混凝土二次收面后，及时覆盖EPE或400g/m2的土工布并洒水养护前期采用EPE保温时用钢架管加以固定后期采用土工布覆盖，并顺坡面方向布设花管，洒水养护，保证土工布湿润养护水温为8～10℃每一块面板砼侧面养护，在侧模板拆除后，面板侧面涂刷乳化沥青，防止砼水分蒸发四、裂缝检查在面板混凝土浇筑养护期间，我部安排专人对面板裂缝进行检查截止面板蓄水前，共发现裂缝594条，裂缝长度为12m的有537条，长度小于12m的有57条其中缝宽＞0.2mm的31条，缝宽＝0.2mm的168条，缝宽＜0.2mm的395条，最大长度为12 m，最大宽度为0.6mm，与国内已建工程相比，裂缝率并不大，尤其是一次性浇筑218m长面板。
五、裂缝成因分析5.1趾板砼的裂缝原因前期主要是基础面不平整和锚筋造成的基础约束力以及公伯峡地区早晚温差大、气候干燥引起的；后期主要因灌浆抬动造成裂缝较多下面主要对面板砼裂缝进行详细分析5.2 面板砼裂缝特点1）裂缝出现时间早：面板砼大约在3天后就出现裂缝但数量很少，8～14天左右裂缝发生较快，前期裂缝较宽大约在0.1～0.3㎜之间，以后随着裂缝数量增多，缝宽逐步变小2）遇大风、下雨和气温、湿度变化较大后，裂缝发展较快如3月20、24、26、31日、4月6、12、(21、24日30℃高温)25日下雪、5月1、5日下雨或大风现象3）裂缝基本为水平方向，与坡面方向垂直4）裂缝开展宽度小,在多数在0.1～0.2㎜左右，≤0.2㎜裂缝占裂缝数量的95%；0～7m长度的裂缝占总数9.6%，12m通缝占总数的90.4%5）裂缝分布规律性：大部分分布在面板顶0+50～0+150m（斜长）范围内，Ⅰ序块面板比Ⅱ序块面板裂缝数量较少长度大于100m块较多，短面板裂缝较少，第29、31、33块等Ⅰ序块面板无裂缝发生，最大长度129m6）裂缝评价：截至6月24日，共检查了38块面板，开裂32块，总面积57431.7m2，面板总长度5024.3m，≥0.2mm裂缝199条，裂缝长度2386m,平均41.6延米/千m2。
5.3面板砼裂缝成因分析5.3.1坝体填筑质量对面板的影响从坝体填筑和挤压混凝土挡墙各项质量指标分析结果看，坝体的填筑质量是良好的未造成坝体坡面挤压墙不均匀沉陷，使面板折裂观测资料表明在2003年10月22日至2004年4月10日填筑完成后的竣工初期，坝体沉陷量为60mm， 面板施工期4月10日～7月10日测试结果坝体沉降只有3mm，说明在面板混凝土施工时段坝体已基本稳定至2004年10月底电磁式沉降仪观测的坝体总沉降量为701mm，仅为坝高的0.5%，若按照水管式沉降仪观测资料分析坝体总沉降量只有430mm，为坝高的0.31%，与国内外同类工程相比属领先水平，说明填筑质量很好5.3.2 面板混凝土浇筑质量对面板的影响从施工质量控制效果看，施工现场混凝土共取样122组，28天抗压强度最大值43.9MPa，最小值29.8 MPa，平均值41.0 MPa，强度保证率100%，其他各项指标，抗冻、抗渗均达到了国内较好水平从浇筑后拆模情况看；表面平整光滑、振捣密实、无蜂窝麻面，因此，完全可以排除施工本身造成的面板混凝土裂缝的可能性5.3.3混凝土拌制参数的控制对面板的影响混凝土浇筑过程中从机口到下料口到仓面，每道工序配备专人负责检测，气温、混凝土塌落度、混凝土入仓温等各项指标，严格把质量关。
为了确切掌握气温与环境和面板混凝土内部温度变化情况再浇筑及养护期间，分别在面板内部埋设温度观测点，每2h观测记录，可以看出：面板浇筑后36～48h，混凝土内部温度达39℃左右；7天后温度基本趋于平稳，稳定在15℃左右,测点接近表面温度(2.5～32℃)，气温(0～29.5℃)变化较大,砼入仓温度检测(6～20℃)仍然偏高,平均17.0℃,砼入仓温度越高,越不利于防止裂缝发生从拌合均匀性上也存在不足，入仓坍落度2.3～11.5cm，由拌合站运至坝顶坍落度损失67%左右，由溜槽到仓面损失3cm左右由此看来在气候条件较差的，西北地区，掌握好砼的各项参数尤为重要5.3.4地理位置和气候环境的影响公伯峡大坝位于高原寒冷气候区域，多年平均气温8.5℃，极端最底气温-19℃气温低、暴雨频繁、温差大、风速大、湿度低、气候干燥、寒潮频繁，增加了防止面板裂缝的难度建议下气温、地面温度、降水特征值及施工时段温度测量统计结果（日气温过程线）年、月气温特征值统计年数项目年、月气温特征值（℃）123456789101112年40年平均-5.00-1.164.8010.8314.7117.5719.8119.5215.019.342.13-3.568.66极端最高12.7018.4026.1032.8032.1034.1038.2034.4032.0026.6020.0014.8038.20极端最低-19.90-18.80-12.40-9.40-1.503.006.806.300.60-8.30-15.00-18.40-19.90年、月地面温度特征值统计年数项目年、月地面温度特征值（℃）123456789101112年40年平均-4.710.247.4815.1020.1423.3224.5823.0717.6011.302.84-3.8910.90极端最高31.2041.5050.9063.4066.5070.5067.5063.9061.1051.0038.0028.3070.50极端最低-26.80-23.40-19.90-13.60-6.100.304.303.30-2.80-14.30-20.00-26.00-26.80年、月降水特征值统计年数项目年、月降水特征值（mm）123456789101112年40年平均降水量0.330.542.179.9829.4539.5180.2567.9550.4920.531.140.17266.16最大日降水量1.502.204.9011.7025.0026.8044.4040.2027.6023.605.802.1044.405.3.5面板长度超长也是裂缝发生的原因之一公伯峡面板采用一次性浇筑工艺施工，在施工进度上显示出较大的优点，保证了电站按期下闸蓄水。
但面板一次性拉至坝顶，长度较长，最大长度达218米，平均长度也在150米左右，累计收缩量大，对防止收缩性裂缝的产生有非常不利的影响5.3.6表面止水施工与养护之间的矛盾表面止水施工时，要求混凝土表面干燥无水，这与保湿养护相矛盾，再者表面止水施工工期很紧，无法达到二者兼顾此现象在其它同类工程中同样存在，是表面止水施工期间养护效果不佳，面板表面处于外露暴晒状态，加之大风、降雨、降温的影响，对防止后期裂缝的发展不利综上所述，从目前观察到的裂缝来看，是多种因素综合作用产生的根据裂缝统计资料可以看出95%左右的裂缝均等于或小于0.2mm，大于0.2mm的裂缝仅有31条，为总数的5%依据国内外文献资料研究认为0.1～0.3mm的细缝不会对面板耐久性产生不利影响，经过一定时间部分裂缝也可自愈公伯峡大坝位于高原寒冷气候区域，多年平均气温8.5℃，极端最底气温-19℃气温低、暴雨频繁、温差大、风速大、湿度低、气候干燥、寒潮频繁，增加了防止面板裂缝的难度从裂缝的性状分析，面板混凝土裂缝为温度变形及干缩性裂缝，致于挤压墙平整度是否会对面板砼产生应力约束，还待进一步研究，当然了在砼表面止水施工中交叉作业短时暂停洒水养护，并将养护材料拆除，也使后期产生了少量裂缝。
六、面板裂缝处理方法根据设计所发《黄河公伯峡水电站混凝土面板、趾板裂缝处理施工技术要求》和设计更改通知中的要求，面板趾板裂缝的处理方法如下：裂缝宽度＜0.2mm的裂缝采用“GB胶板及GB三元乙丙复合板”表面粘贴封闭处理方法；裂缝宽度≥0.2mm的裂缝采用化学灌浆、柔性GB止水材料表面粘贴封闭处理方法6.1“GB胶板及GB三元乙丙复合板”表面粘贴封闭处理方法6.1.1 GB止水材料性能 GB止水材料是专门为混凝土面板堆石坝周边缝和伸缩缝止水而研制的止水材料，具有塑性高、耐老化、冷施工简便、与基面粘接力高等特性GB胶板及GB三元乙丙复合板，以及SK封边剂的封边，确保了GB止水材料与混凝土基面的柔性密和、密封；下图为裂缝缝宽小于0.20mm处理示意图： 6.1.2 施工工艺1）清理混凝土表面 将裂缝两侧各20cm范围内的混凝土表面用钢丝刷刷毛，除去松动的浆皮及凸出部位，并将混凝土表面的油渍、浮土、灰浆皮及杂物清除掉，用湿棉纱将清理后的混凝土表面搽拭一遍；要求表面平整、无灰尘、无明水；晾干后立即进行下一道工序，以防止混凝土表面再次受污染2）粘贴GB胶板 待基础面干燥后，沿缝两侧各10cm宽范围内，均匀涂刷SK底胶(要求必须均匀涂刷，不能涂厚及漏涂)。
SK底胶涂刷范围为待粘贴GB胶板的混凝土面，SK底胶晾干后(静停2～4min, 用手触拉胶面能拉丝，细丝长度为1cm左右断即可)，揭掉GB胶板保护纸，沿裂缝一端逐步向前；采用橡胶手锤适度锤击的方式，挤压密实，排尽空气GB胶板接头的搭接长度不小于3cm3）粘贴GB三元乙丙复合板 在已粘贴GB胶板两侧各10cm宽范围内的混凝土表面均匀涂刷SK底胶，待SK底胶晾干后（用手触拉胶面能拉丝，细丝长度为1cm左右断即可），揭掉GB三元乙丙复合板保护纸，沿裂缝一端逐步向前粘贴GB三元乙丙复合板，粘贴时同样采用橡胶手锤适度锤击的方式对其挤压密实，排尽空气，使用配套的封边剂封边处理6.2化学灌浆、GB柔性止水材料表面粘贴封闭处理方法6.2.1 化学灌浆材料的性能面板趾板裂缝的化学灌浆材料采用华东院研制的HW和LW两种水溶性聚氨酯材料，其特点是遇水立即发生聚合反应，聚合后的固接体具有良好的延伸性、弹性和抗渗性，固结体在水中浸泡后对人体无害，对水质无污染，对混凝土和钢筋无腐蚀；而且，HW和LW两种材料各有特性，LW固结体为弹性体，可遇水膨胀，具有弹性止水和以水止水的双重功能，适用于变形缝的防水处理，HW固结体有较高的力学性能，适用于混凝土或基础的补强加固处理。
表面封闭材料采用GB柔性止水材料，具有高塑性、耐老化的特点，冷施工简便，且与混凝土有良好的粘接力下图为裂缝宽度大于0.20mm的处理示意图：6.2.2施工工艺1）清理裂缝表面 沿裂缝用铲刀铲除混凝土表面析出物、灰尘，用钢丝刷或电动打磨光机打磨，使砼面洁净、新鲜清洁宽度为裂缝两边各2～3cm，总宽度4～6cm2）钻孔和埋设注浆管 沿裂缝一侧10cm位置，用冲击钻沿缝间隔30cm打斜孔，倾角45～60，孔径16mm，孔深25cm,使其穿过缝面，并用风冲洗干净灌浆塑料管直径10mm,用棉纱将灌浆塑料管包紧，并浸透HW浆液，带浆液滴净后插入孔内6cm, 外露长度10～15cm，用螺丝刀、手锤将棉纱塞紧3）封缝 沿缝面及灌浆嘴周围均匀涂刷1cm宽HK961环氧增厚剂，保证缝面及灌浆嘴外密封，避免浆液外漏4）试压 灌浆结束24h后做压水试验，以了解吃浆量、灌浆压力及各孔之间的串通情况，同时检验止封效果5）灌浆：采用华东院研制的手压灌浆泵，灌浆压力0.3～0.5Mpa，灌浆顺序由上而下，由深而浅当邻孔出现纯浆液后，将灌浆管由铁丝扎紧，继续灌浆，所有邻孔都出浆后，继续维持0.3Mpa压力灌浆3min，停止灌浆。
6）待浆液固化（一般24小时即可）后，割掉灌浆嘴，进行下一步表面处理7）清理混凝土表面 将裂缝两侧各20cm范围内的混凝土表面用钢丝刷刷毛，除去松动的浆皮及凸出部位，并将混凝土表面的油渍、浮土、灰浆皮及杂物清除掉，用湿棉纱将清理后的混凝土表面搽拭一遍；要求表面平整、无灰尘、无明水；晾干后立即进行下一道工序，以防止混凝土表面再次受污染8）粘贴GB胶板 待基础面干燥后，沿缝两侧各10cm宽范围内，均匀涂刷SK底胶(要求必须均匀涂刷，不能涂厚及漏涂)SK底胶涂刷范围为待粘贴GB胶板的混凝土面，SK底胶晾干后(静停2～4min, 用手触拉胶面能拉丝，细丝长度为1cm左右断即可)，揭掉GB胶板保护纸，沿裂缝一端逐步向前；采用橡胶手锤适度锤击的方式，挤压密实，排尽空气GB胶板接头的搭接长度不小于3cm9）粘贴GB三元乙丙复合板 在已粘贴GB胶板两侧各10cm宽范围内的混凝土表面均匀涂刷SK底胶，待SK底胶晾干后（用手触拉胶面能拉丝，细丝长度为1cm左右断即可），揭掉GB三元乙丙复合板保护纸，沿裂缝一端逐步向前粘贴GB三元乙丙复合板，粘贴时同样采用橡胶手锤适度锤击的方式对其挤压密实，排尽空气，使用配套的封边剂封边处理。
七、施工质量控制措施7.1 施工质量的控制1）我部组织专门人员进行趾板的砼缺陷处理，对参与施工的人员在施工前认真进行技术培训和考核，熟悉趾板砼缺陷处理的施工工艺；2）施工前，对趾板砼缺陷所使用的材料均要进行认真检测和验收，并将检测资料及时上报业主和监理，保证了所用材料的质量；3）施工过程中为保持粘贴面干燥，在雨、雪天均暂停施工； 4）GB胶板及GB三元乙丙复合板在未使用时，不得将防粘纸撕开，以防止材料表面受到污染，影响使用效果；5）施工完成后，对处理后的裂缝采取保护措施，12小时内禁止过水，并严禁任意撕扯，造成认为破坏；6）施工过程严格执行“三检制”，每个施工班组均有质检员跟班作业，严格施工操作工艺；项目部质检站专人负责趾板砼缺陷处理的质检工作，在现场跟班作业，做到过程控制，确保施工工序质量；7）施工中遇特殊情况，及时向监理和设计提出，严格按监理和设计意图施工八、施工质量检测成果8.1 对于采用表面封闭粘贴的GB复合板及GB胶板的裂缝（<0.2mm），我部质检人员会同现场监理进行检查，具体做法为采用一看、二按、三剥离的方式进行检查施工质量检查要求GB填料与混凝土面粘贴比例不小于80％，共检查封闭裂缝25条，其中1条不合格进行了返工处理，8.2 为检查化学灌浆的效果，我部会同大坝监理部对面板裂缝进行了处理前后取芯对比试验：根据大坝标会议纪要，我部分别在面板5号仓（裂缝缝宽为0.3mm）及23号仓（裂缝宽度为0.6mm）取芯，以下对芯样做简单描述：灌浆前5号仓 ，取样位置： 坝左0+55.24 坝上0-34.369 高程 1981.814 采用取芯机取芯样，芯样直径120mm, 芯样长度约为20cm左右，混凝土芯样完整，整体较为密实，坚硬，局部含少量气泡孔，其中发育一条陡似裂隙，其中顶宽约0.3mm，向下部逐渐减小，至20cm处已基本减灭，经现场监理人员确认，该处裂缝未贯穿面板混凝土。
由此判断，宽度小于0.3mm的裂缝均为表面裂缝，未贯穿面板混凝土后附岩芯照片灌浆后5号仓 ， 取样位置：坝左0+56.24 坝上0-34.369 高程 1981.814 采用取芯机取芯样，芯样直径120mm, 芯样长度约为15cm左右，混凝土芯样完整，整体较为密实，坚硬，局部含少量气泡孔，裂缝缝面填充密实，充满化灌浆材，而且具有一定强度后附岩芯照片灌浆前23号仓，取样位置：坝左0+ 256坝上0-50.8 高程1976.0采用取芯机取芯样，芯样直径120mm,芯样长度约为19cm左右，混凝土芯样完整，整体较为密实，坚硬，局部含少量气泡孔，其中发育一条陡似裂隙，其中顶宽约0.6mm，底部缝宽约为0.3mm，现场监理人员判断该缝为贯穿性裂缝由此判断，宽度大于0.3mm的裂缝均为贯穿性裂缝 灌浆后23号仓, 取样位置：坝左0+257 坝上0-50.8 高程1976.0采用取芯机取芯样，芯样直径120mm,芯样长度约为17cm左右，混凝土芯样完整，整体较为密实，坚硬，局部含少量气泡孔，其中发育两条陡似裂隙，两缝于深约10cm处交汇，主缝宽约0.6mm，侧缝宽约为0.2mm，经化灌后，两缝中填充化灌材料，填充密实，而且具有一定的强度，根据以上结果，可以判定0.3mm以下裂缝均未窜透钢筋结构，并且灌浆后裂缝接密实。
8.3 面板裂缝（大于0.2mm）压水试验 根据设计要求和大坝标会议纪要会议精神，我部会同现场监理人员对面板和趾板裂缝进行了多次压水试验试验采取在每条化灌裂缝上随机造2-3个检查孔进行压水的办法检查裂缝的灌浆效果，压水压力为灌浆压力的80％（根据2001灌浆规范要求），保持压力3分钟压水后，均未发现化灌裂缝缝面出现渗水现象压水试验结束后，所有检查孔均采用化灌方式进行封孔实际水压力大于0.3Mpa）8.4检查结果分析根据取芯结果和压水试验的结果表明，面板趾板裂缝化学灌浆的施工质量是可靠的，达到了预期的效果，裂缝的处理达到了设计的要求对采用的 “GB胶板及GB三元乙丙复合板”表面粘贴封闭的裂缝（<0.2mm），通过一看、二按、三剥离的检查方式，也证明其施工质量是可靠的，能够满足设计的要求通过采用以上性能好的材料和可靠的裂缝处理技术和精心的施工，面板裂缝缺陷处理起到了补救的预期效果，面板缺陷处理后质量有了根本性的保证9 结语公伯峡水电站堆石面板坝工程集结了挤压式混凝土边墙、坝前充水促进坝体沉降试验、超长面板（218m）一次性施工、大坝填筑全断面上升、面板钢筋直螺纹连接、面板砼土工布全面覆盖养护等新技术的成功应用，为公伯峡混凝土面板堆石坝工程在开工日期推迟、截流日期推迟、围堰闭气等不利条件下，能按期完成施工任务，并达到优良标准，起到了非常重要的作用。
超长面板虽然发生了较多裂缝，但经认真处理后，满足设计要求自2004年8月8日下闸蓄水，3个月内坝后量水堰未出水，根据内部观测资料分析渗流量估计在5-8升/秒，在同类工程中处于领先地位。