混凝土面板堆石坝防渗面板裂缝控制技术

混凝土面板堆石坝防渗面板裂缝控制技术

陈丽萍

浙江江南春建设集团有限公司浙江杭州311243

摘要：混凝土面板堆石坝（钢筋混凝土面板碾压堆石坝）是60年代以后发展起来的，世界上最高的钢筋混凝土面板堆石坝是中国2011年竣工的233m高的水布垭水利枢纽。斜墙（或面板）堆石坝防渗体位于堆石体上游，材料有土料、钢筋混凝土、沥青混凝土、木材等。防渗土体可以放在堆石体上游，也可在土斜墙上设置较厚的堆石层。主要由堆石体和防渗系统组成，即：面板、趾板、垫层、过渡层、主堆石区、次堆石区组成。

关键词：混凝土面板；石坝；防渗面板；控制技术；分析

1导言

对于低坝，面板采用一期施工，即在完成堆石坝体填筑后，集中进行面板浇筑；对于中坝，面板宜采用分期施工，即堆石填筑达到一定高度以后浇筑面板混凝土，在面板浇筑的同时，可以进行堆石填筑。当坝较高、工程量较大时，面板可分期浇筑，否则，会因坝坡太长，给施工导流和施工工艺带来较大困难，同时不便于组织流水作业。

2混凝土面板堆石坝防渗面板裂缝

成因及控制裂缝的意义在水利水电工程建设中，混凝土面板堆石坝运用较为广泛。然而在已建成的混凝土面板堆石坝中，防渗面板多少都会出现一些裂纹和裂缝，因此防止和消除裂缝达到无缝防渗面板是水利人的追求。混凝土面板堆石坝防渗面板裂缝可分为结构性裂缝和非结构性裂缝。结构性裂缝主要由面板自重、水压力、坝基变形、坝体沉降等因素作用下造成防渗面板的剪切挤压力产生的裂缝。非结构性裂缝是指防渗面板混凝土在各种外界因素（如气温变化、干缩等）的作用下导致其收缩变形而产生的裂缝。结构性裂缝具有较大的危害性，非结构性裂缝一般为表面裂纹，但也会发展成为贯穿性裂缝，从而导致面板渗漏。

3发展过程

面板堆石坝的发展大致可分成三个时期，1850-1940年是以抛填堆石为特征的早期阶段，该阶段修建的面板堆石坝坝高一般低于100m，坝体变形较大，面板开裂渗漏问题严重；1940-1965年为从抛填堆石到碾压堆石的过渡阶段，该阶段面板堆石坝的发展基本停滞；1965年以后是以碾压堆石为特点的现代阶段，碾压堆石完全取代了抛填堆石，随着薄层碾压施工技术的不断进步和完善，面板堆石坝的数量和高度迅速增加，逐渐成为当今水利水电工程建设的主流坝型之一。

面板堆石坝最早出现在19世纪50年代美国加利福尼亚州内华达山脉的矿区，当时的堆石坝采用木面板防渗。经过150余年的发展，现代面板堆石坝基本为混凝土面板堆石坝，因其具有造价低、工期短的特点，混凝土面板堆石坝得到了蓬勃的发展，已成功建设200m级的高坝。坝工界比较一致的观点是150m级面板堆石坝的筑坝技术是成熟的，而200m级面板堆石坝的筑坝技术还需改进和完善。

4防止产生结构性裂缝的措施

4.1加强坝基处理

坝基处理应做到减小地基变形，提高抗剪强度，防止渗漏和地基冲蚀破坏，改善地基表面的平整度，使之符合大坝正常运行和安全运行的要求。根据现场坝基开挖情况，对趾板区、主堆区、次堆区裂隙及软弱夹层进行处理，减小地基变形对防渗面板的影响。一是趾板区裂隙及软弱夹层处理措施。趾板区河床段2处、岸坡段3处软弱夹层、夹泥带进行扩挖、深挖的刻槽处理，扩挖宽度以清除泥土及破碎松动岩块为原则，深度为宽度的1.5-2.0倍，局部裂隙夹泥带较浅部位开挖至基岩面，开挖边坡以1∶0.3为宜。对开挖清理干净后的裂隙采用与趾板同标号的混凝土回填，回填混凝土应振捣密实，回填高程至与相应趾板建基高程齐平，回填混凝土四周不应形成尖角。二是主堆区及次堆区软弱夹层处理措施。主堆区及次堆区局部区域存在软弱夹层，现已开挖形成沟槽和坑洼。

4.2严格控制坝体各区域填筑质量

武义石硖水库工程在施工中严格控制坝体各区域填筑质量，减小坝体后期沉降量，使其对防渗面板的影响降至最低。通过分析可以看出，坝体各分区填筑质量主要控制指标孔隙率均小于设计指标，施工质量优良。

5主要特点

一是坝坡的稳定性好。坝坡坡脚大致与松散抛填堆石的自然休止角相当，低于碾压堆石的内摩擦角。二是防渗面板设于堆石体的上游面，承受水压力的性能好；坝体透水性好，几乎不受渗透力的影响。三是坝体具有良好的抗震性能，地震变形小，不因地震而产生孔隙水压力；地震虽可能导致面板裂缝而引起坝体渗漏增加，但不致溃坝。四是施工导流与度汛方便。五是施工时受气候条件的影响较小。

6防止产生非结构性裂缝的措施

6.1优化面板混凝土质量

水泥：运到工地的水泥，应有制造厂家的品质试验报告；试验室必须进行复验，必要时还要进行化学分析。

砂石料：本工程采用碎石，由工地砂石料系统进行筛分，砂为龙游天然砂，砂石料分为三档料：黄砂、0.5-2cm、2-4cm。

黄砂质量要求：砂的细度模数控制在2.4~2.8范围内，砂中的含泥量小于2%，不应含有粘土团粒，比重大于2.5t/m3。

石子质量要求：以原孔筛来检验，控制标准为：超径<5%，逊径<10%，4cm以下石子含泥量小于1%，比重大于2.55t/m3。

外加剂：为改善砼的抗冻、防渗、防裂性能，大坝面板砼中将掺加适量的高效减水剂、膨胀剂、引气剂等外加剂，其掺量已通过试验确定。使用外加剂时应注意，外加剂必须与水混合配成一定浓度的溶液，各种成份用量应准确。

粉煤灰：为改善砼和易性和物理力学性能，减少砼温升、节约水泥、降低成本等效果，大坝面板砼中将掺加适量的Ⅱ级粉煤灰，其掺量已通过试验确定。

砼配合比选定：

为了确保砼的质量，工程所用的砼配合比必须通过试验确定。本工程砼配合比将采用新安江水电十二局施工科学研究院提供的设计配合比。面板砼设计配合比列表如下：

注：NMR代表高效减水剂，防裂剂、高效减水剂为粉剂，引气剂为水剂。

砼拌制：

拌制砼时，必须严格遵守工地试验室签发的砼配料单进行配料，严禁擅自更改。

在砼拌和过程中，应根据气候条件定时地测定砂、石骨料的含水量，尤其是砂子的含水率；在降雨的情况下，应相应的增加测定次数，以便随时调整砼的加水量。

在砼拌和过程中，应采取相应措施保持砂、石骨料含水率的稳定，砂子含水率应控制在6%以内。

使用外加剂时，应将外加剂溶液均匀配入拌和用水中。

砼拌和程序和拌和时间应通过试验确定。一般最小拌和时间不小于3分钟6.2改进面板混凝土施工技术

武义石硖水库工程面板混凝土的浇筑时间在2014年11月10日至2014年12月20日，气温较低，为面板混凝土施工提供了很好的自然条件。一是混凝土运输。采用自卸汽车经上坝公路运输至坝顶平台。混凝土塌落度在仓面按照5-7cm控制，加上溜槽下料时的塌落度损失，坝顶卸料时的塌落度控制为7-9cm，从混凝土拌和开始至工作面的运输时间控制在45min以内。混凝土入仓方式采用U型溜槽，人字型布置。二是混凝土浇筑。面板分为2序跳仓施工。每一层混凝土入仓后人工平仓，使每车混凝土在仓面上均匀分布，每层布料厚度应为25-30cm。振捣时振捣器不得触及滑模、止水片，振捣间距小于40cm，深入下层混凝土不小于5cm。混凝土振捣充分、密实，振捣时间控制在15-20s。滑模的平均滑升速度控制在1.0-2.0m/h，滑升间隔时间，不超过30min，最大滑升速度不超过3m/h。三是抹面、收光。滑模滑升后，立即进行人工木模收面，采用2m靠尺刮平，检查不平整度不大于5mm，确保面板平整度。四是养护。在混凝土浇筑一次抹面完成后，立即覆盖厚0.5mm塑料薄膜，待混凝土二次抹面后终凝4-5h后覆盖养护毯进行保温保湿。同时沿坝顶布设一条塑料花管，每块面板一次浇筑完成后，连续洒水养护直至水库蓄水时为止。

7结论

混凝土面板堆石坝防渗面板混凝土裂缝控制是一个系统工程，必须参建各方共同努力，全面、全过程认真抓好每个环节，通过武义石硖工程防渗面板裂缝控制采取的措施及取得的效果分析总结出：一是加强坝基处理，严格控制坝体各区域填筑质量，尽量减小坝体沉降变形，是防止防渗面板产生结构性裂缝的关键；二是根据工程的建设条件，优化面板混凝土质量、改进面板混凝土施工技术、严格控制施工质量、采取合理的养护措施等是防止防渗面板产生非结构性裂缝起到重要作用；三是武义石硖水库工程在施工期成功控制了面板混凝土裂缝发生，为工程设计和施工积累了经验，在工程蓄水和运行初期，将继续关注和检查大坝的运行情况。

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