大体积混凝土坝质量问题及其处理

申请免费试用、咨询电话：400-8352-114

建国50年来，全国各地在大中型水利枢纽工程建设中取得了巨大的成绩，形成了一支水利枢纽工程勘测设计施工及科学研究的队伍，这支队伍在实际锻炼中取得了丰富的经验。提高了水平，在水工建设方面，我国有可能在较短期间内赶上世界先进水平。在水利枢纽建设取得伟大成绩的同时，由于同期建设的工程数量多、规模大、而且经验不足，技术工作与管理工作不能满足客观的需要，因而也获得了不少有益的经验教训，各种类型的质量问题的处理就是其中之一。

无论是已建或未建的工程，在发现有质量问题以后应当进行妥善的处理，因而全国普遍采取了质量问题的检查，并且严肃认真地进行质量问题的补强处理，为了总结经验，避免今后在工作中走弯路，有必要实事求是的就各工程(无论是已成的或未成的)的具体质量问题及其处理，进行具体分析，从中找到有益的经验，并得出必要的结论。

1大体积混凝土坝施工质量问题的成因及其后果

施工质量事故，在目前施工条件下，在一般混凝土大坝施工中虽属很难完全避免的，但是严重的带有原则性的施工质量事故，必须切实而有效地加以防止，要防止混凝土大坝施工质量事故，首要的是正确分析产生施工质量事故的原因。

1.1　混凝土大坝施工质量事故的原因，一般来讲有主观的原因和客观的原因

在主观方面，首先是领导骨干对保证混凝土大坝施工质量的重要意义认识不足，不能有效地贯彻“百年大计质量第—”的基本建设方针，片面地强调进度而放松了质量；其次在广大职工群众中缺少必要的、经常的质量问题教育，不善于运用群众路线的工作方法来保证质量；第三，组织机构及检查制度不健全，质量问题没有得到各级领导应有的重视，或在工作中得不到应有的支持。在客观方面，技术力量和机械设备不能适应施工需要，缺少正确的、符合实际情况的技术规程等等。要彻底解决质量问题，还必须对下列若干生产工艺问题、技术处理问题给予特别注意，认真加以改善。

1.2　防止质量事故应注意的问题

(1)　在混凝土生产方面混凝土生产是决定混凝土质量的首要因素，大坝混凝土质量问题很多是由于混凝土生产不合质量要求而引起的，混凝土生产包括原材料准备及生产工艺两个方面，在这两个方面任何—方面降低质量要求都将导致降低强度标号及其他各项力学指标，容易产生裂缝、透水性强、易剥蚀风化等严重缺陷，影响大坝安全。

原材料准备包括水泥、水泥掺和料、砂石骨料外加剂、拌和用水等需要的原材料，以及供冷、供热等准备工作，其中水泥的品种尤为重要，大坝混凝土应当采用低发热量、低含碱量、初期强度高、塑性性能好、初凝期长的特制大坝水泥，其化学成份的控制最好能作到C2S十C3S≥80％，C3A≤5％，C4AF≤15％，水泥供应品种不宜过多过杂，水泥运进工地以后应当严格地进行检验，并进行混凝土试验。砂石骨料的准备工作包括骨料本身质量以及开采加工的质量，粗粒径的骨料无论是采用块石加工或卵石，首先要保证骨料强度以及其他物理力学指标满足混凝土的设计要求。软弱颗粒以及针片状颗粒不能超过规范规定，并要严格控制无定形二氧化硅比率，否则会降低混凝土的各项力学指标，或引起破坏混凝土结构的碱性膨胀；其次，在开采加工方面，要严格按照混凝土设计级配的规定分极，超径和逊径必须有效地加以控制，决不允许超过规范规定，超逊径比率过大往往是降低混凝土质量的重要因素，细颗粒骨料(砂料)应当采用级配比较均匀的中粗砂，如果砂料的细度变化过大，级配组成不好，则应当进行分选采用多级配，水泥掺和料应当采用经过试验的、符合要求的活性材料，否则掺用不合格料也会大大影响混凝土的强度和寿命，其他外加剂(加气剂、塑化剂、减水利)、拌和用水，也应当保证质量使之符合设计要求。

在工艺方面应当严格控制称量、加水量、拌和时间以及搅拌的均匀程度，特别是采用半机械化生产方法时，更应当特别注意。无论是采用自动控制称量，或人工称量都必须达到规定的精确度。用水量过多，水灰比过大将会造成混凝土泌水、灰浆流失、干缩等质量问题，严重影响混凝土的质量，搅拌混凝土时往往为了图方便而多加水，这是最常见、最有害的质量事故。拌和时间不够，搅拌不均匀，骨料分离也将严重地降低混凝土的质量。

(2)　在混凝土浇筑方面由于混凝土浇筑工艺不良而立模形成的大坝混凝土质量问题是一种最易发生的质量问题。浇筑工艺包括运输、浇灌、平仓、振捣等，混凝土运输路线过长、时间过久易引起骨料分离、出现初凝现象；浇灌方法不当，相应的平仓振捣不合要求时，则易产生灰浆损耗过多、不密实、初凝冷缝等事故，国内混凝土大坝施工有不少这样的经验教训，如利用自卸卡车直接运送混凝土入仓，利用不符合质量要求的皮带机运送混凝土人仓，采用高差很大的溜管浇灌等等均易造成上述浇筑事故。在乎仓振捣方面，仓面不平正，灰浆分离；振捣不密实，特别是大面积漏震等浇筑事故，也会造成较为严重的大坝质量问题。在发生初凝以后，进行强迫振捣的做法对混凝土结构也是有害的。

要防止浇筑过程中产生严重的质量问题，首先应当进行合理的混凝土施工设计，选定浇筑方案，包括分缝、分块浇筑方法及施工设备选择等，广泛采用高新技术、加强自动监测和控制，全面控制总进度和工艺流程等，根据设计方案进行施工准备工作，并拟定混凝土施工规程，严格按照设计规定及施工规范施工，全面推行现代化的、科学的工程管理。

(3)　在温度控制方面为了防止大坝产生危害性较大的温度裂缝，必须严格控制混凝土的温度及温度应力。温度问题应当视作保证大坝混凝土质量最重要的问题之—，温度裂缝是必须防止而且也是可能防止的。

(4)　在保养方面新浇混凝土的保护和养护对防止产生质量问题具有非常重要的意义，寒冷季节对混凝土应当采取有效的防冻措施。在新浇筑混凝土表面进行保护，防止气温骤降、寒冷气流冲击混凝土，这是防止产生严重温度裂缝的一项重要措施。夏季浇筑混凝土应当采取降温措施，在新浇混凝土的表面，应防止烈日暴晒，予以必要的有效保护。间歇期间与拆模以后应当不间断地进行养护，经常保持混凝土表面湿润，防止因干缩而发生裂缝，混凝土保护问题应当视作一项专门的科学研究问题，展开长期的试验研究工作。

2大坝施工质量问题一般处理方法及其效果

混凝土大坝施工过程中产生质量问题以后，必须进行补强处理，根据国内外经验，质量事故经补强处理以后可以达到安全运转，但不能与完好混凝土一样，有些还可能后遗一些问题，需要经常进行检修。有人怀疑补强处理效果，甚至由于经验不足而产生否定补强处理的主张。因此在探讨补强处理时应当弄清楚混凝土大坝施工质量问题能不能处理?怎样补强处理?补强处理应当注意那些问题?纠正不注意质量或认为质量问题无法处理好的两种偏差。

2.1　混凝土大坝施工质量问题能否处理

混凝土大坝施工质量问题包括温度裂缝、蜂窝狗洞冷缝等浇筑事故，一般都是可以进行补强处理的。美国的诺里斯坝、方塔那坝，苏联的新西伯利亚水电站以及我国的小丰满大坝都曾发生过较严重的施工质量事故，有些经过补强处理，证明可以安全运转，甚至在第二次世界大战中遭受战争严重破坏的一些混凝土大坝，如苏联的德尼尔彼得罗夫斯克坝经过修复补强以后，仍然可以安全运转。由此可见。通过认真的补强处理，质量问题是能够得到解决的。

另外，试验研究结果也证明了混凝土大坝施工质量事故经补强处理后会得到好的效果。例如水泥灌浆在填充裂隙、空间，增强强度、抗渗性方面均证明是有效的，灌浆工艺试验方面，也证明了这些质量事故的可灌性是不容怀疑的，因此水泥灌浆的效果在质量事故处理中应当加以肯定，加上化学材料，灌浆快速，效果明显，因而发展灌浆补强是完全合适的。

根据试验，丹江口工程混凝土振捣不密实事故经灌浆处理后，各项力学指标改变的情况如下表：
凝土浇筑时发生的初凝事故会留下冷缝，一般冷缝由于张开度很小，且可能有一些影响灌浆质量的冷缝表面膜，因而不易进行灌浆处理。而冷缝最大的危害性在于漏水，使大坝抗滑稳定性遭到破坏，因此在处理冷缝事故时，应当采取措施增强坝体的防渗性。坝体混凝土温度裂缝只要张开度≥lmm，一般可以采用水泥灌浆进行处理，在试验室中裂缝灌浆试验如下表：

试验成果说明灌浆措施对处理质量问题是有一定效果的，应当特别重视，改进灌浆材料和灌浆工艺措施，以便进一步提高灌浆效果。进行灌浆补强后仍然不能恢复大坝正常运转时，还可以采取其他结构补强措施，根据研究结果，这种措施方法很多，只要采用得当，一般都是有效的。

总之，从当前国内外积累的实践经验以及科学研究成果来看，施工质量事故在一般情况下都是可以进行处理的，除有其他方面如规划、设计等问题外，一般并不存在能不能处理的问题。

2.2　怎样进行混凝土大坝补强处理

首先从工作程序来看，第一步应查明质量真实情况，系统地进行检查分析试验研究工作。包括施工记录整理分析研究；坝体混凝土钻孔取样检查及压水试验；肉眼或使用机械、电子仪器观测并作长期记录；第二步在取得足够资料以后，可以分析各坝段存在的问题及其影响，必要时作模型试验验证，确定其补强设计条件；第三步验算各坝段安全情况，并确定其补强措施方案；第四步进行小规模的处理，取得经验并伎处理工艺逐步完善；第五步大规模进行补强处理施工。

其次从补强处理的技术措施方面来看：

补强灌浆是处理—般混凝土质量所必需的，灌浆孔布置采用逐步加密的方法，即在需要补强灌浆的混凝土上钻孔灌浆，钻于孔的排距在第一序钻孔时可以稍大，一般6～10m2布置一个钻孔；灌浆后进行钻孔检查，遇有必要，在两孔间加密进行第二序第三序钻孔灌浆。

在混凝土大坝质量问题十分严重的情况下，单纯采用灌浆措施是难以完全达到预期效果的。例如在坝体渗漏十分严重的情况下，很难设想完全依靠灌浆达到恢复防渗的效果，裂缝情况特别严重，尤其是在平行坝轴线方向贯穿性裂缝时，更不能完全依靠灌浆恢复大坝整体性。少量质量特别坏、不能进行有效处理的还应当考虑挖除，更不是灌浆处理所能解决问题的。例如：

第一、大坝上游面防渗结构破坏以后。危害极其严重，特别是建筑物挡水以后，光凭灌浆处理很难完全恢复防渗的效果。要彻底解决防渗问题，无论是在施工期间或运转期间都应当考虑加做防渗护面工程。施工期间在围堰保护之下加作防渗护而工程，在施工技术上是没有很大困难的，只要需要。就应当坚决地做，不能存侥幸思想。在运转过程中如果发现坝体渗漏，而灌浆措施又不能达到预期的效果时，应当考虑放空水库进行补强处理。防渗护面结构措施有多种，根据国内外经验有大体积混凝土或钢筋混凝土而板、薄钢板、钢丝网喷浆、沥青玛蹄脂、塑料护面等。这些措施都有良好的效果，应当根据工程规模、重要性、施工条件、有无放空水库、放空水后对国民经济的影响等条件，进行技术经济比较后考虑采用那一种修补措施。可以放空水库进行修补的大坝，可以考虑用钢丝网喷浆、沥青玛脂护面等简易措施，但在大坝运转期间。如放空水库修理将造成巨大的损失时，一劳永逸地进行彻底处理，因此防渗处理应当根据具体情况分别对待，在坝体渗漏不太严重的情况下，可以采取灌浆补强，一般即能够满足需要。反之，如果渗漏情况十分严重。必须加强防渗护面工程时，应当坚决采取措施，进行补强处理，即使在水库充水以后，也不允许马虎从事。

第二，大坝混凝土发生贯穿性裂缝，特别是平坝轴线方向的贯穿裂缝，其性质最为严重，贯穿性裂缝破坏了大坝整体性，如不进行有效的处理，则会引起坝体应力重新分布，在大坝上游面出现危险的拉应力。平行坝轴线方向的贯穿性裂缝单纯依靠水泥灌浆很难满足需要，除非裂缝的部位很靠上游，而裂缝面上压力较大，剪力较小，因为水泥灌浆处理后，缝面上可以传递压力，因而计算稳定可以作为整体来考虑。但对传递剪力则有不同的看法，—般认为灌浆以后，缝面上的抗剪强度很低，根据苏联在第二次世界大战以后恢复德尼伯尔水电站所进行的试件试验，裂缝面上允许的混凝土抗剪强度平均只有(0.08～0.16)MPa，经过大口径钻机检查发现，大于lmm的裂缝经灌浆处理后基本上达到紧密结合的目的，混凝土芯的极限抗剪强度曾达(0.16～0.20)MPa。据分析混凝土裂缝面受渗水作用可能析出钙质，在裂缝面上形成很薄的膜，因而灌浆后水泥结石并不能使混凝土真正恢复整体性，因而大大降低了抗剪强度，也就不能恢复大坝抗剪的作用。另一种看法则认为裂缝与冷缝性质并不完全一样，冷缝灌浆效果很差。其原因是张开度很小，根本不能灌进浆体，而裂缝张开度较大，一般均能为水泥浆充满，至于灌浆后缝面上的抗剪强度试验结果也不完全—致，一般认为德尼尔试验的成果是偏低的，而丹江口工地进行试验的结果缝面的抗剪强度可以达到完好混凝土的90％左右(应该指出，在达到抗剪强度时，缝面的剪切变形值，大大超过完好的混凝土，亦即达到同样变形时缝面抗剪强度就很低)。加之裂缝面并非铅垂光滑平面，因而在灌浆以后抗剪强度可以得到较大程度的恢复，但不论灌浆后恢复抗剪强度如何，单纯依靠灌浆处理还是不够安全的，应当结合结构处理。

结构处理有多种方法，一种是小丰满补强时所采用的钢筋锚栓。另一种方法是在坝体达到稳定以后，沿裂缝面挖槽，槽宽1m左右，并在两面凿成键槽形状，然后回填质量优良的混凝土，这种方法在丹江口补强研究过，可能是最有效的措施，但施工上比较复杂。看来只有裂缝情况不十分严重，采用前一种方法是简易可行的。

当坝块高度尚低，发现贯穿裂缝时，设置大量的跨钢筋对防止裂缝在上部新浇混凝土中继续发展，也有一定效果。平行坝轴线方向的贯穿性裂缝处理，还需要根据其产状，即裂缝的长度、宽度、走向、倾斜度等来判明其严重性，以选择处理方案，因而在确定处理方案以前必须做大量的检查试验研究工作。

第三，有一些部位裂缝、浇筑事故、混凝土强度不足等情况应有尽有，其影响极为复杂，这时一般水泥灌浆很难收到预期效果，甚至采取结构补强措施也难以做到完全有效，这时往往不得不考虑挖除后重新回填，回填时只要严格控制施工质量及温度应力，一般新老混凝土是可以结合好的。

在进行补强灌浆和结构措施以后，校核大坝应力分布与抗滑稳定仍不能达到足够安全时，可以采用扩大断面加大坝体的办法以兹补救。在混凝土大坝基础部位施工质量问题严重者，还应特别注意加强基岩帐幕灌浆与固结灌浆，基岩与混凝土接触灌浆等。

大坝混凝土质量问题的处理方法，一般不外是钻孔灌浆；局部的结构加固；挖除部分质量特别低劣的混凝土；扩大断面增大坝体等办法。在补强处理时可以根据需要选择一项或多项。

2.3　混凝土大坝质量问题处理中应当注意的几个问题

混凝土大坝在施工过程中产生严重的施工质量问题以后往往需要在大坝施工时进行补强处理，这样会打乱基本建设程序影响正常施工，这就需要对一系列问题适当地进行处理。这些问题有：

(1)　关于质量补强的基建程序质量补强是施工中意外事件，因而在国家正常基建程序中一般不应考虑这一问题。但目前有关部门对这一问题十分重视，要求按照正规的基建程序即先由设计部门编制补强任务书，经批准以后再编制补强设计，根据设计进行补强施工，这样重视补强工作的精神是很好的，但在基建程序上是否需要这样作还值得研究。因为施工质量问题的产生是不正常的。在施工当中应该有效地防止，即使万一产生了质量问题，需要进行补强处理时，也可以当作不可预见的项目，在国家批准的概算中由不可预见项目开支，至于技术措施应当由施工单位认真地进行研究提出处理方案，经过设计部门同意后施工，并从中取得经验教训，在以后的施工中不犯类似的错误，建设主管单位与设计单位要协助施工单位，务必将补强处理工作做好，并在验收时严格进行鉴定，保证满足安全运转的需要。

(2)　质量补强与正常施工干扰问题在正常施工的同时进行质量问题补强，势必要产生很多的干扰，这些干扰应当尽可能地设法避免，在正常施工中应当迅速消除产生混凝土质量问题的一切主客观因素，防止一面不断施工，一面不断地产生大量的质量问题。已经发生质量问题的，处理时可以根据情况分别对待，即从技术可能与经济合理两个方面来研究，能够先继续施工而后处理或一面正常施工一面进行处理者，应当先正常施工而后处理，或边施工边处理。必须停止正常施工进行质量处理者应当尽量缩小到最小限度，这样不至于因为处理质量问题而使施工总进度大大推迟，使国家蒙受重大经济损失。

在选择补强方案时，应当考虑在安全可靠经济合理的基础上尽量便于施工，以便创造条件作到缩短工期提前发挥效益。

(3)　关于接缝灌浆与补强灌浆相互关系问题有人认为采用柱状分块法浇筑的大坝，由于坝体内通常埋设冷却水管钻孔灌浆往往容易打断冷却水管，影响坝体冷却接缝灌浆的质量。因此在处理时首先要求冷却坝体，使之降低到稳定温度进行接缝灌浆，待纵缝灌浆完毕后，再进行钻孔灌浆处理质量事故，这样考虑是不尽合理的，因为钻孔打断水管，只要进行简单的处理，仍能保持水管畅通，因而一面进行坝体冷却，一面进行钻孔，干扰并不是很大的。而在纵缝灌浆完毕，剩下来只有事故灌浆的工作量，这样就可以大大加快事故处理进度，因为钻孔灌浆时，钻孔工作量大而且费时，如能提前完成钻孔，对争取钻孔灌浆处理的工期是大大有利的。

总之混凝土坝质量问题处理是意外事件，属于一种不可预见的项目，不能技正常的基建程序办理，处理质量问题时必然会干扰正常施工，因而在考虑补强方案时，必须同时注意到技术可靠，施工简单，经济合理等因素，进行综合比较选择，强调一面忽视其他方面都是不对的。

3　结论

(1)　大型水利枢纽建设过程中，可能产生多种质量问题，有的是由于错误引起的，有的是由于施工不良引起的，这些质量问题，都应当查明情况，分别进行适当的处理。

(2)　施工质量问题在施工过程中往往难以完全避免，但需要从思想上、组织上、技术上进行大量的工作，防止产生大量的、集中的、性质严重的问题。

(3)　施工质量问题在混凝土大坝方面常见的有温度裂缝、架空、冷缝低强等等。产生的原因往往是由主观上不重视质量问题，客观上技术措施不能满足需要。

(4)　混凝土大坝施工质量问题，性质严重者会影响大坝安全，引起坝体应力重新分布，产生危害性的拉应力，同时降低大坝的抗滑稳定性，降低大坝的寿命，故必须进行妥善的补强处理。

(5)　混凝土大坝补强处理，根据国内外经验及科学研究的成果，证明是可行的。补强处理方法通常有钻孔灌浆；局部结构补强措施，挖除部分混凝土；加大断面增大坝体等。可根据需要适当采用一种或多种。

(6)　补强措施应当根据检查鉴定的实际资料，判明各坝段实际情况分别进行处理。

(7)　补强措施应当根据技术可靠、施工简易、经济合理等综合考虑，防止片面性，同时要尽量减少对大坝正常施工的干扰，以免不必要的推迟总工期，造成经济损失。

(8)　混凝土大坝施工质量问题，补强可作为施工中不可预见的项目，由施工单位负责进行处理，工程验收时或验收以前。建设单位与设计单应严格检查鉴定，务使作到充分可靠。

(9)　混凝土大坝施工质量问题是应该防止而且也是可以防止的。