大體積混凝土壩質量問題及其處理

　　建國50年來，全國各地在大中型水利樞紐工程建設中取得了巨大的成績，形成了一支水利樞紐工程勘測設計施工及科學研究的隊伍，這支隊伍在實際鍛煉中取得了豐富的經驗。提高了水平，在水工建設方面，我國有可能在較短期間內趕上世界先進水平。在水利樞紐建設取得偉大成績的同時，由于同期建設的工程數(shù)量多、規(guī)模大、而且經驗不足，技術工作與管理工作不能滿足客觀的需要，因而也獲得了不少有益的經驗教訓，各種類型的質量問題的處理就是其中之一。

　　無論是已建或未建的工程，在發(fā)現(xiàn)有質量問題以后應當進行妥善的處理，因而全國普遍采取了質量問題的檢查，并且嚴肅認真地進行質量問題的補強處理，為了總結經驗，避免今后在工作中走彎路，有必要實事求是的就各工程(無論是已成的或未成的)的具體質量問題及其處理，進行具體分析，從中找到有益的經驗，并得出必要的結論。

　　1 大體積混凝土壩施工質量問題的成因及其后果

　　施工質量事故，在目前施工條件下，在一般混凝土大壩施工中雖屬很難完全避免的，但是嚴重的帶有原則性的施工質量事故，必須切實而有效地加以防止，要防止混凝土大壩施工質量事故，首要的是正確分析產生施工質量事故的原因。

　　1.1　混凝土大壩施工質量事故的原因，一般來講有主觀的原因和客觀的原因

　　在主觀方面，首先是領導骨干對保證混凝土大壩施工質量的重要意義認識不足，不能有效地貫徹“百年大計質量第—”的基本建設方針，片面地強調進度而放松了質量；其次在廣大職工群眾中缺少必要的、經常的質量問題教育，不善于運用群眾路線的工作方法來保證質量；第三，組織機構及檢查制度不健全，質量問題沒有得到各級領導應有的重視，或在工作中得不到應有的支持。在客觀方面，技術力量和機械設備不能適應施工需要，缺少正確的、符合實際情況的技術規(guī)程等等。要徹底解決質量問題，還必須對下列若干生產工藝問題、技術處理問題給予特別注意，認真加以改善。

　　1.2　防止質量事故應注意的問題

　　(1)　在混凝土生產方面混凝土生產是決定混凝土質量的首要因素，大壩混凝土質量問題很多是由于混凝土生產不合質量要求而引起的，混凝土生產包括原材料準備及生產工藝兩個方面，在這兩個方面任何—方面降低質量要求都將導致降低強度標號及其他各項力學指標，容易產生裂縫、透水性強、易剝蝕風化等嚴重缺陷，影響大壩安全。

　　原材料準備包括水泥、水泥摻和料、砂石骨料外加劑、拌和用水等需要的原材料，以及供冷、供熱等準備工作，其中水泥的品種尤為重要，大壩混凝土應當采用低發(fā)熱量、低含堿量、初期強度高、塑性性能好、初凝期長的特制大壩水泥，其化學成份的控制最好能作到 C2S十C3S≥80％，C3A≤5％，C4AF≤15％，水泥供應品種不宜過多過雜，水泥運進工地以后應當嚴格地進行檢驗，并進行混凝土試驗。砂石骨料的準備工作包括骨料本身質量以及開采加工的質量，粗粒徑的骨料無論是采用塊石加工或卵石，首先要保證骨料強度以及其他物理力學指標滿足混凝土的設計要求。軟弱顆粒以及針片狀顆粒不能超過規(guī)范規(guī)定，并要嚴格控制無定形二氧化硅比率，否則會降低混凝土的各項力學指標，或引起破壞混凝土結構的堿性膨脹；其次，在開采加工方面，要嚴格按照混凝土設計級配的規(guī)定分極，超徑和遜徑必須有效地加以控制，決不允許超過規(guī)范規(guī)定，超遜徑比率過大往往是降低混凝土質量的重要因素，細顆粒骨料(砂料)應當采用級配比較均勻的中粗砂，如果砂料的細度變化過大，級配組成不好，則應當進行分選采用多級配，水泥摻和料應當采用經過試驗的、符合要求的活性材料，否則摻用不合格料也會大大影響混凝土的強度和壽命，其他外加劑(加氣劑、塑化劑、減水利)、拌和用水，也應當保證質量使之符合設計要求。

　　在工藝方面應當嚴格控制稱量、加水量、拌和時間以及攪拌的均勻程度，特別是采用半機械化生產方法時，更應當特別注意。無論是采用自動控制稱量，或人工稱量都必須達到規(guī)定的精確度。用水量過多，水灰比過大將會造成混凝土泌水、灰漿流失、干縮等質量問題，嚴重影響混凝土的質量，攪拌混凝土時往往為了圖方便而多加水，這是最常見、最有害的質量事故。拌和時間不夠，攪拌不均勻，骨料分離也將嚴重地降低混凝土的質量。

　　(2)　在混凝土澆筑方面 由于混凝土澆筑工藝不良而立模形成的大壩混凝土質量問題是一種最易發(fā)生的質量問題。澆筑工藝包括運輸、澆灌、平倉、振搗等，混凝土運輸路線過長、時間過久易引起骨料分離、出現(xiàn)初凝現(xiàn)象；澆灌方法不當，相應的平倉振搗不合要求時，則易產生灰漿損耗過多、不密實、初凝冷縫等事故，國內混凝土大壩施工有不少這樣的經驗教訓，如利用自卸卡車直接運送混凝土入倉，利用不符合質量要求的皮帶機運送混凝土人倉，采用高差很大的溜管澆灌等等均易造成上述澆筑事故。在乎倉振搗方面，倉面不平正，灰漿分離；振搗不密實，特別是大面積漏震等澆筑事故，也會造成較為嚴重的大壩質量問題。在發(fā)生初凝以后，進行強迫振搗的做法對混凝土結構也是有害的。

　　要防止?jié)仓^程中產生嚴重的質量問題，首先應當進行合理的混凝土施工設計，選定澆筑方案，包括分縫、分塊澆筑方法及施工設備選擇等，廣泛采用高新技術、加強自動監(jiān)測和控制，全面控制總進度和工藝流程等，根據設計方案進行施工準備工作，并擬定混凝土施工規(guī)程，嚴格按照設計規(guī)定及施工規(guī)范施工，全面推行現(xiàn)代化的、科學的工程管理。

　　(3)　在溫度控制方面 為了防止大壩產生危害性較大的溫度裂縫，必須嚴格控制混凝土的溫度及溫度應力。溫度問題應當視作保證大壩混凝土質量最重要的問題之—，溫度裂縫是必須防止而且也是可能防止的。

　　(4)　在保養(yǎng)方面 新澆混凝土的保護和養(yǎng)護對防止產生質量問題具有非常重要的意義，寒冷季節(jié)對混凝土應當采取有效的防凍措施。在新澆筑混凝土表面進行保護，防止氣溫驟降、寒冷氣流沖擊混凝土，這是防止產生嚴重溫度裂縫的一項重要措施。夏季澆筑混凝土應當采取降溫措施，在新澆混凝土的表面，應防止烈日暴曬，予以必要的有效保護。間歇期間與拆模以后應當不間斷地進行養(yǎng)護，經常保持混凝土表面濕潤，防止因干縮而發(fā)生裂縫，混凝土保護問題應當視作一項專門的科學研究問題，展開長期的試驗研究工作。

　　2大壩施工質量問題一般處理方法及其效果

　　混凝土大壩施工過程中產生質量問題以后，必須進行補強處理，根據國內外經驗，質量事故經補強處理以后可以達到安全運轉，但不能與完好混凝土一樣，有些還可能后遺一些問題，需要經常進行檢修。有人懷疑補強處理效果，甚至由于經驗不足而產生否定補強處理的主張。因此在探討補強處理時應當弄清楚混凝土大壩施工質量問題能不能處理?怎樣補強處理?補強處理應當注意那些問題?糾正不注意質量或認為質量問題無法處理好的兩種偏差。

　　2.1　混凝土大壩施工質量問題能否處理

　　混凝土大壩施工質量問題包括溫度裂縫、蜂窩狗洞冷縫等澆筑事故，一般都是可以進行補強處理的。美國的諾里斯壩、方塔那壩，蘇聯(lián)的新西伯利亞水電站以及我國的小豐滿大壩都曾發(fā)生過較嚴重的施工質量事故，有些經過補強處理，證明可以安全運轉，甚至在第二次世界大戰(zhàn)中遭受戰(zhàn)爭嚴重破壞的一些混凝土大壩，如蘇聯(lián)的德尼爾彼得羅夫斯克壩經過修復補強以后，仍然可以安全運轉。由此可見。通過認真的補強處理，質量問題是能夠得到解決的。

　　另外，試驗研究結果也證明了混凝土大壩施工質量事故經補強處理后會得到好的效果。例如水泥灌漿在填充裂隙、空間，增強強度、抗?jié)B性方面均證明是有效的，灌漿工藝試驗方面，也證明了這些質量事故的可灌性是不容懷疑的，因此水泥灌漿的效果在質量事故處理中應當加以肯定，加上化學材料，灌漿快速，效果明顯，因而發(fā)展灌漿補強是完全合適的。

　　根據試驗，丹江口工程混凝土振搗不密實事故經灌漿處理后，各項力學指標改變的情況如下表：
　　凝土澆筑時發(fā)生的初凝事故會留下冷縫，一般冷縫由于張開度很小，且可能有一些影響灌漿質量的冷縫表面膜，因而不易進行灌漿處理。而冷縫最大的危害性在于漏水，使大壩抗滑穩(wěn)定性遭到破壞，因此在處理冷縫事故時，應當采取措施增強壩體的防滲性。壩體混凝土溫度裂縫只要張開度≥lmm，一般可以采用水泥灌漿進行處理，在試驗室中裂縫灌漿試驗如下表：

　　試驗成果說明灌漿措施對處理質量問題是有一定效果的，應當特別重視，改進灌漿材料和灌漿工藝措施，以便進一步提高灌漿效果。進行灌漿補強后仍然不能恢復大壩正常運轉時，還可以采取其他結構補強措施，根據研究結果，這種措施方法很多，只要采用得當，一般都是有效的。

　　總之，從當前國內外積累的實踐經驗以及科學研究成果來看，施工質量事故在一般情況下都是可以進行處理的，除有其他方面如規(guī)劃、設計等問題外，一般并不存在能不能處理的問題。

　　2.2　怎樣進行混凝土大壩補強處理

　　首先從工作程序來看，第一步應查明質量真實情況，系統(tǒng)地進行檢查分析試驗研究工作。包括施工記錄整理分析研究；壩體混凝土鉆孔取樣檢查及壓水試驗；肉眼或使用機械、電子儀器觀測并作長期記錄；第二步在取得足夠資料以后，可以分析各壩段存在的問題及其影響，必要時作模型試驗驗證，確定其補強設計條件；第三步驗算各壩段安全情況，并確定其補強措施方案；第四步進行小規(guī)模的處理，取得經驗并伎處理工藝逐步完善；第五步大規(guī)模進行補強處理施工。

　　其次從補強處理的技術措施方面來看：

　　補強灌漿是處理—般混凝土質量所必需的，灌漿孔布置采用逐步加密的方法，即在需要補強灌漿的混凝土上鉆孔灌漿，鉆于孔的排距在第一序鉆孔時可以稍大，一般6～10m2布置一個鉆孔；灌漿后進行鉆孔檢查，遇有必要，在兩孔間加密進行第二序第三序鉆孔灌漿。

　　在混凝土大壩質量問題十分嚴重的情況下，單純采用灌漿措施是難以完全達到預期效果的。例如在壩體滲漏十分嚴重的情況下，很難設想完全依靠灌漿達到恢復防滲的效果，裂縫情況特別嚴重，尤其是在平行壩軸線方向貫穿性裂縫時，更不能完全依靠灌漿恢復大壩整體性。少量質量特別壞、不能進行有效處理的還應當考慮挖除，更不是灌漿處理所能解決問題的。例如：

　　第一、大壩上游面防滲結構破壞以后。危害極其嚴重，特別是建筑物擋水以后，光憑灌漿處理很難完全恢復防滲的效果。要徹底解決防滲問題，無論是在施工期間或運轉期間都應當考慮加做防滲護面工程。施工期間在圍堰保護之下加作防滲護而工程，在施工技術上是沒有很大困難的，只要需要。就應當堅決地做，不能存僥幸思想。在運轉過程中如果發(fā)現(xiàn)壩體滲漏，而灌漿措施又不能達到預期的效果時，應當考慮放空水庫進行補強處理。防滲護面結構措施有多種，根據國內外經驗有大體積混凝土或鋼筋混凝土而板、薄鋼板、鋼絲網噴漿、瀝青瑪蹄脂、塑料護面等。這些措施都有良好的效果，應當根據工程規(guī)模、重要性、施工條件、有無放空水庫、放空水后對國民經濟的影響等條件，進行技術經濟比較后考慮采用那一種修補措施?？梢苑趴账畮爝M行修補的大壩，可以考慮用鋼絲網噴漿、瀝青瑪脂護面等簡易措施，但在大壩運轉期間。如放空水庫修理將造成巨大的損失時，一勞永逸地進行徹底處理，因此防滲處理應當根據具體情況分別對待，在壩體滲漏不太嚴重的情況下，可以采取灌漿補強，一般即能夠滿足需要。反之，如果滲漏情況十分嚴重。必須加強防滲護面工程時，應當堅決采取措施，進行補強處理，即使在水庫充水以后，也不允許馬虎從事。

　　第二，大壩混凝土發(fā)生貫穿性裂縫，特別是平壩軸線方向的貫穿裂縫，其性質最為嚴重，貫穿性裂縫破壞了大壩整體性，如不進行有效的處理，則會引起壩體應力重新分布，在大壩上游面出現(xiàn)危險的拉應力。平行壩軸線方向的貫穿性裂縫單純依靠水泥灌漿很難滿足需要，除非裂縫的部位很靠上游，而裂縫面上壓力較大，剪力較小，因為水泥灌漿處理后，縫面上可以傳遞壓力，因而計算穩(wěn)定可以作為整體來考慮。但對傳遞剪力則有不同的看法，—般認為灌漿以后，縫面上的抗剪強度很低，根據蘇聯(lián)在第二次世界大戰(zhàn)以后恢復德尼伯爾水電站所進行的試件試驗，裂縫面上允許的混凝土抗剪強度平均只有(0.08～0.16)MPa，經過大口徑鉆機檢查發(fā)現(xiàn)，大于lmm的裂縫經灌漿處理后基本上達到緊密結合的目的，混凝土芯的極限抗剪強度曾達(0.16～0.20)MPa。據分析混凝土裂縫面受滲水作用可能析出鈣質，在裂縫面上形成很薄的膜，因而灌漿后水泥結石并不能使混凝土真正恢復整體性，因而大大降低了抗剪強度，也就不能恢復大壩抗剪的作用。另一種看法則認為裂縫與冷縫性質并不完全一樣，冷縫灌漿效果很差。其原因是張開度很小，根本不能灌進漿體，而裂縫張開度較大，一般均能為水泥漿充滿，至于灌漿后縫面上的抗剪強度試驗結果也不完全—致，一般認為德尼爾試驗的成果是偏低的，而丹江口工地進行試驗的結果縫面的抗剪強度可以達到完好混凝土的90％左右(應該指出，在達到抗剪強度時，縫面的剪切變形值，大大超過完好的混凝土，亦即達到同樣變形時縫面抗剪強度就很低)。加之裂縫面并非鉛垂光滑平面，因而在灌漿以后抗剪強度可以得到較大程度的恢復，但不論灌漿后恢復抗剪強度如何，單純依靠灌漿處理還是不夠安全的，應當結合結構處理。 

 　　結構處理有多種方法，一種是小豐滿補強時所采用的鋼筋錨栓。另一種方法是在壩體達到穩(wěn)定以后，沿裂縫面挖槽，槽寬1m左右，并在兩面鑿成鍵槽形狀，然后回填質量優(yōu)良的混凝土，這種方法在丹江口補強研究過，可能是最有效的措施，但施工上比較復雜?？磥碇挥辛芽p情況不十分嚴重，采用前一種方法是簡易可行的。

　　當壩塊高度尚低，發(fā)現(xiàn)貫穿裂縫時，設置大量的跨鋼筋對防止裂縫在上部新澆混凝土中繼續(xù)發(fā)展，也有一定效果。平行壩軸線方向的貫穿性裂縫處理，還需要根據其產狀，即裂縫的長度、寬度、走向、傾斜度等來判明其嚴重性，以選擇處理方案，因而在確定處理方案以前必須做大量的檢查試驗研究工作。

　　第三，有一些部位裂縫、澆筑事故、混凝土強度不足等情況應有盡有，其影響極為復雜，這時一般水泥灌漿很難收到預期效果，甚至采取結構補強措施也難以做到完全有效，這時往往不得不考慮挖除后重新回填，回填時只要嚴格控制施工質量及溫度應力，一般新老混凝土是可以結合好的。

　　在進行補強灌漿和結構措施以后，校核大壩應力分布與抗滑穩(wěn)定仍不能達到足夠安全時，可以采用擴大斷面加大壩體的辦法以茲補救。在混凝土大壩基礎部位施工質量問題嚴重者，還應特別注意加強基巖帳幕灌漿與固結灌漿，基巖與混凝土接觸灌漿等。

　　大壩混凝土質量問題的處理方法，一般不外是鉆孔灌漿；局部的結構加固；挖除部分質量特別低劣的混凝土；擴大斷面增大壩體等辦法。在補強處理時可以根據需要選擇一項或多項。

　　2.3　混凝土大壩質量問題處理中應當注意的幾個問題

　　混凝土大壩在施工過程中產生嚴重的施工質量問題以后往往需要在大壩施工時進行補強處理，這樣會打亂基本建設程序影響正常施工，這就需要對一系列問題適當?shù)剡M行處理。這些問題有：

　　(1)　關于質量補強的基建程序 質量補強是施工中意外事件，因而在國家正常基建程序中一般不應考慮這一問題。但目前有關部門對這一問題十分重視，要求按照正規(guī)的基建程序即先由設計部門編制補強任務書，經批準以后再編制補強設計，根據設計進行補強施工，這樣重視補強工作的精神是很好的，但在基建程序上是否需要這樣作還值得研究。因為施工質量問題的產生是不正常的。在施工當中應該有效地防止，即使萬一產生了質量問題，需要進行補強處理時，也可以當作不可預見的項目，在國家批準的概算中由不可預見項目開支，至于技術措施應當由施工單位認真地進行研究提出處理方案，經過設計部門同意后施工，并從中取得經驗教訓，在以后的施工中不犯類似的錯誤，建設主管單位與設計單位要協(xié)助施工單位，務必將補強處理工作做好，并在驗收時嚴格進行鑒定，保證滿足安全運轉的需要。

　　(2)　質量補強與正常施工干擾問題在正常施工的同時進行質量問題補強，勢必要產生很多的干擾，這些干擾應當盡可能地設法避免，在正常施工中應當迅速消除產生混凝土質量問題的一切主客觀因素，防止一面不斷施工，一面不斷地產生大量的質量問題。已經發(fā)生質量問題的，處理時可以根據情況分別對待，即從技術可能與經濟合理兩個方面來研究，能夠先繼續(xù)施工而后處理或一面正常施工一面進行處理者，應當先正常施工而后處理，或邊施工邊處理。必須停止正常施工進行質量處理者應當盡量縮小到最小限度，這樣不至于因為處理質量問題而使施工總進度大大推遲，使國家蒙受重大經濟損失。

　　在選擇補強方案時，應當考慮在安全可靠經濟合理的基礎上盡量便于施工，以便創(chuàng)造條件作到縮短工期提前發(fā)揮效益。

　　(3)　關于接縫灌漿與補強灌漿相互關系問題有人認為采用柱狀分塊法澆筑的大壩，由于壩體內通常埋設冷卻水管鉆孔灌漿往往容易打斷冷卻水管，影響壩體冷卻接縫灌漿的質量。因此在處理時首先要求冷卻壩體，使之降低到穩(wěn)定溫度進行接縫灌漿，待縱縫灌漿完畢后，再進行鉆孔灌漿處理質量事故，這樣考慮是不盡合理的，因為鉆孔打斷水管，只要進行簡單的處理，仍能保持水管暢通，因而一面進行壩體冷卻，一面進行鉆孔，干擾并不是很大的。而在縱縫灌漿完畢，剩下來只有事故灌漿的工作量，這樣就可以大大加快事故處理進度，因為鉆孔灌漿時，鉆孔工作量大而且費時，如能提前完成鉆孔，對爭取鉆孔灌漿處理的工期是大大有利的。

　　總之混凝土壩質量問題處理是意外事件，屬于一種不可預見的項目，不能技正常的基建程序辦理，處理質量問題時必然會干擾正常施工，因而在考慮補強方案時，必須同時注意到技術可靠，施工簡單，經濟合理等因素，進行綜合比較選擇，強調一面忽視其他方面都是不對的。

　　3　結論

　　(1)　大型水利樞紐建設過程中，可能產生多種質量問題，有的是由于錯誤引起的，有的是由于施工不良引起的，這些質量問題，都應當查明情況，分別進行適當?shù)奶幚怼?

　　(2)　施工質量問題在施工過程中往往難以完全避免，但需要從思想上、組織上、技術上進行大量的工作，防止產生大量的、集中的、性質嚴重的問題。

　　(3)　施工質量問題在混凝土大壩方面常見的有溫度裂縫、架空、冷縫低強等等。產生的原因往往是由主觀上不重視質量問題，客觀上技術措施不能滿足需要。

　　(4)　混凝土大壩施工質量問題，性質嚴重者會影響大壩安全，引起壩體應力重新分布，產生危害性的拉應力，同時降低大壩的抗滑穩(wěn)定性，降低大壩的壽命，故必須進行妥善的補強處理。

　　(5)　混凝土大壩補強處理，根據國內外經驗及科學研究的成果，證明是可行的。補強處理方法通常有鉆孔灌漿；局部結構補強措施，挖除部分混凝土；加大斷面增大壩體等。可根據需要適當采用一種或多種。

　　(6)　補強措施應當根據檢查鑒定的實際資料，判明各壩段實際情況分別進行處理。

　　(7)　補強措施應當根據技術可靠、施工簡易、經濟合理等綜合考慮，防止片面性，同時要盡量減少對大壩正常施工的干擾，以免不必要的推遲總工期，造成經濟損失。

　　(8)　混凝土大壩施工質量問題，補強可作為施工中不可預見的項目，由施工單位負責進行處理，工程驗收時或驗收以前。建設單位與設計單應嚴格檢查鑒定，務使作到充分可靠。

　　(9)　混凝土大壩施工質量問題是應該防止而且也是可以防止的。