高混凝土面板堆石坝面板裂缝防治.pdf

2 0 1 2年第 1 期 东北水利水电 工程施工 【 文章编号 1 0 0 2 0 6 2 4 ( 2 0 1 2 ) 0 1 0 0 2 7 0 2 高混凝土面板堆石坝面板裂缝防治 冯美 兰 ( 黄冈市白莲河水库管理处 ， 湖北 黄冈 4 3 8 2 1 8 ) 摘要】 混凝土面板堆石坝面板裂缝的成因和控制， 我国进行 了多年的科技研究和实践， 取得 了很 多宝贵的经验和成果， 许 多控制措施和方法用于实际， 效果较好。但对坝高在 1 2 5 m 以上 的高坝。 面板裂缝产生的成 因及防治， 目前处在研究和探讨之 中。文章针对当前高混凝土面板 堆石坝面板产生裂缝的成因和防治， 提 出看法和建议。 关键词混凝土面板堆石坝； 面板裂缝； 防治 【 中图分类号】 T V6 4 1 4 + 3 文献标识码 A 我国对混凝 土面板堆 石坝 的建设 ，是从 1 9 8 5 年开始已有 2 0多年。在这 2 0多年里， 混凝土面板 堆石坝的建设 ， 在我国取得了突飞猛进的发展， 各 种类型的混凝土面板堆石坝；如砂砾石坝、软基 ( 深 复盖层 ) 上的堆石面板 坝 、 软岩筑坝等 ， 都获得 成功 ， 在实际运行 中 ， 效果 良好 。但对 于高在 1 2 5 m以上的高坝， 面板裂缝产生的成因及防治 ， 目前 处在研 究和探讨之 中。 1 裂缝产 生的成 因 混 凝 土面 板 堆 石坝 面 板 产 生裂 缝 的 原 因很 多，按其结构性能可分为 非结构性裂缝和结构性 裂缝。 1 ) 非结构性的裂缝。指面板混凝土原材料中 的水泥、 砂石骨料、 外加剂、 添加剂、 温度、 施工工 艺、 方法、 时段、 防护措施及环境等引起的裂缝。 2 ) 结构性的裂缝。指沉降变形、 位移、 架空而 发生的裂缝。对高面板堆石坝而言， 结构性裂缝是 主要 的因素 ， 是要研究 、 控 制、 防治的重点。 面板是长而薄的长条状混凝土建筑物 ，它应 均匀地摊铺在垫层料迎水面的斜坡上。面板依托 垫层料， 垫层料依托过渡料 ， 过渡料依托主堆石料 来传递水压应力的。垫层料的稳定、 密实、 沉降对 面板变形起着至关重要作用， 如垫层料发生沉降、 位移、 流失、 脱空， 必将导致面板开裂 、 破碎和位 移。因此， 大坝填筑用料的质量和筑坝施工质量， 是关系到面板变形 ， 大坝长期稳定、 安全运行的首 要条件和主要因素。 2 结构 性裂缝 的防治和控 制 当坝址选定后，对坝址区域内筑坝用料的料 场， 要尽可能多做比较选择 ， 在经济成本和安全质 量作比较时， 应把安全质量作为终选依据。 施工方 法要严格要求， 如对填筑区内的基础处理、 岸坡清 理、 填筑分期分区、 施工技术参数、 施工机构组织、 施工时段、施 工环境等 ，均应有严格 的标准与指 标。目的只有一个 ， 增大密实度 ， 减少孔隙率 ， 使其 在面板浇筑之前， 大坝达到最大的沉降值， 尽量减 小面板浇筑后的坝体沉降。 2 1 建基面的处理 一 般面板堆石坝建筑基础面的处理 ，着重在 迎水面 以下坝厚约 1 3处 ( 不全是 ) 范围 内进 行严 格处理， 其它区域 ， 如有较厚的砂砾石覆盖层 ， 一 般不全部挖除 ， 只做压 实度或孔隙率检测 ， 基础 满 足设计要 求后 即可作为建基面。但对高面板堆石 坝的建基面， 要全面进行认真处理 ， 高面板堆石坝 的填筑区基础， 应落实在河床强风化岩层上。 岩基 上的高面板坝必须充分考虑如何尽量减小堆石体 的变形 ， 尤要重视垫层及过渡层区的设计与施工， 并设计好面板及有关接缝的止水， 确保施工质量， 以适应坝体变形， 减少渗水量。 从建基面基础处理 上， 就要防止和减小基础造成的沉降。 2 2 筑坝材料及施工工艺控制 筑坝材料 ， 以选用新鲜、 坚硬、 比重大、 抗压强 度大且易开采， 能满足设计级配要求的填料为好。 以某工程为实例 ： 坝料岩性为白云岩 ， 比重为 2 7 工程施工 东北水利水 电 2 0 1 2年第 1 期 2 8 1 g c ma 。设计要求 ： 垫层料干容重为 2 4 0 g c m3 ， 孔隙率为 1 4 6 ； 过渡料干容重为 2 3 5 2 g c m a ， 孔 隙率为 1 6 3 7 ； 主堆石料干容重为 2 2 5 g c m 3 ， 孔 隙率为 1 9 9 3 。大坝所用填筑料大部为洞室爆破 料， 级配也能满足设计要求， 在填筑施工中， 垫层 料、 过渡料铺厚均为每层 4 0 c m， 用 1 6 t 或 1 8 t 自 行式震动碾碾压 6 遍 ，主堆石料铺厚为每层 8 0 c m，用 2 5 t 牵引式震动碾碾压 8 遍。经挖坑取样 分析， 干容重、 孔隙率、 P 5 含量及含泥量均能满足 设计要求。 从以上实例 可以看 出，对高面板堆石 坝的坝 体填筑， 设计方面提高了要求， 对填筑料进行了严 格的控制 ， 施工方面经过努力 ， 组织施 工机 械优化 组合 ， 也能达到设计所提 出的技术要求参数 ， 满足 了设计意 图。 2 3 大坝填筑 混凝土面板堆石坝主要由堆石体和防渗体组 成 ， 其 中堆石体从上游向下游依次 主要 由垫层 区、 过渡 区、 主堆 区和次堆石区组成 ； 防渗体 由钢筋混 凝土面板、 趾板、 趾板地基的防渗帷幕、 周边缝和 面板 问的接缝止水组成。所 以，面板坝坝体填筑 时 ， 一般都是要分期分 区进行 ， 进行均衡生产。 高面板堆石坝一般体积较大， 如天生桥一级， 填料达 1 8 0 0 万 m 3 ， 水布垭填料达 1 5 2 6 万 m 3 ， 少 的也有几百万立方米之多 ，不 可能在一个枯 水期 就能完成填筑的。面板坝的优点就是利用已填筑 的临时挡水 断面 ， 可以进行挡水渡汛。为此 ， 大坝 填筑 时 ， 在第一个枯水 期 ， 大坝坝体填筑 必须要达 到临时挡水渡汛标准 的高程。此种形式的分区分 期方式 ， 易产生不均匀沉降， 根据 ( 2 0 0 4 年第 4 期 ) 所提供的资料， 也证明了此种 分 区分期的施工方式存在着不足之处 。 笔者认为 ， 在完成临时挡水 断面之后 ， 在剩 下 的填筑 断面上 ，应 自上游向下游 方向按 主堆 石层 厚 ， 分层波浪式的填筑 ， 根据工程实际状况 ， 波浪 式分层以 1 2个主堆石层厚为宜。尽量做 到在同 一 高程上的大坝筑料在同一时段填筑，使之同时 整体均匀沉降， 保证填筑之间的密实结合 ， 减少不 均 匀沉降发生。 2 4 迎水面的临时保护 高坝填筑期间的迎水面保护，有部分工程采 2 8 用“ 挤压边墙” 的方法， 此种方法加快了施工进度， 减少了垫层斜坡面的削坡、 斜坡碾压和斜坡保护， 不失为较快、 较省的施工方法。 但在“ 挤压边墙” 下 游面 ， 总有 2 0 c m左右宽 的区域 ， 振动碾碾压不密 实 ， 用其它方法也达不到振动碾碾压 的效果 ， 给整 体沉降带来不利因素，容易造成面板下面局部架 空现象。 据统计资料显示， 采用“ 挤压边墙” 作为垫 层料斜坡保护施工方式， 在已建成的 2 个工程中， 面板均出现了裂缝。 采取此种方式， 也改变了面板 在垫层料上 “ 软着陆” 。 2 5 面板浇筑工艺 1 ) 不分期一次性 浇筑。面板浇筑施 工， 应在大 坝防浪墙基础高程以下填筑完成，还需经过沉降 期后方可施 工。面板施工可一次拉浇成型。 2 ) 面板施工分期施 工。部分面板浇筑分 1期、 2期、 3期施 工。面板施工分期不能太 多， 以 2期为 宜 。第 1期面板浇筑 的高程位置 ，根据发 电的要 求 ， 可以定在发 电死水位 以上 5 m左右处 ， 待大坝 坝体填筑到防浪墙基础高程后，利用垫层料坡面 上保护层 ， 在汛期可部分蓄水 ， 先发 电 ， 到枯水 期 后 ， 再浇筑第 2期面板 。这样 ， 可利 用施工期内的 汛期 ， 先发 电创效益 ， 主要 目的是让大坝有充分的 沉降期， 给面板沉降裂缝的防治创造条件。 根据 工程 的实际需要 ，第 1期面板浇筑的高 程 ，也可 以定在临时渡汛挡水 断面以上某处。同 理 ， 待大坝坝体填筑 完成 ， 经过沉 降期后 ， 再浇筑 第 2期面板 。目的都是增加在施工期 内的沉降期， 让大坝坝体整体沉降达 到最大值 ，减 小沉 降对面 板裂缝产生影响。 3 ) 缝间处理。面板施工是分块浇筑的， 块与块 问 ， 块与趾板间设有结构缝 ， 面板 周边及受拉应 力 区域为受拉缝， 设置了止水片和嵌缝充填物， 保证 了面板在受拉应 力作 用时 ，保护面板不被拉开和 漏水。 但在 目前 ， 受压应力缝 内设置了抗( 防 ) 挤压 的措施不多，大多数混凝土面板堆石坝面板上的 拉应力缝和压应力缝 ， 在设计和施工上是一样 的， 受压应力缝内，没有设置面板在受到挤压变形时 的伸缩空间。因高面板坝的面板部分变形较大， 在 受压应 力缝处有隆起现象 ，可 在压应 力缝内设置 防挤压设施( 或措施 ) ， 防止面板在压应力的作用 下隆起或抬动变型。 ( 下转第 4 9 页 ) 2 0 1 2年第 1 期 东北水利水电 水文水资源 必须使各图曲线之间互相衔接。 6 ) 低水放大。 按 水文资料整编规范 水位流量关系曲 线下部 读数误差超过 2 5 的部分， 另绘放大图， 流量很小 时可适当放宽。各放大图的衔接部分 ， 都应把关系点和曲 线重复点绘 ， 不能从放大界限截然分开 ， 以避免同一 曲线 在各级图幅上不衔接或出现突然转折的现象。 3 4 推求 流量 根据各曲线使用时间，用瞬时水位由低到高直接在相 应曲线上查读流量 ， 填制在电算加工( 水位流量关系节点) 表中。最大最小流量亦用实测水位推求， 不必在曲线上插补 水位推求最大最小流量 。如果峰顶( 或峰谷) 流量出现邻近 时间观测的相同水位时， 峰顶( 或峰谷 ) 流量应摘录相同水 位的中间流量为宜， 不能摘录同水位的开始与终了流量。 受洪水涨落影响的水位流量关系曲线，当洪水波通过 断面时 ， 各个水力因素极值依次出现是 ： 最大比降、 最大流 速、 最大流量、 最高水位。由此可见， 最大流量在水位流量关 系曲线的涨水支线上， 自该点之后 ， 流量随水位增高开始递 减。最高水位时涨落率为零， 该点在水位流量关系曲线上平 行于横轴 ， 也就是说最高水位不一定是最大流量。 如果实测点没有测到洪水的最大、 最小流量 ， 还需要做 曲线高、 低水延长， 在插补转折和绘制曲线都比较困难时， 可 根据趋势进行绘制 ， 绘制曲线任意性特别大 ， 一般情况下连 时序曲线为 胖下瘦。绘制时要根据水流特性、 洪水涨落程 度 ； 还必须有实测水位， 否则曲线不能凸出最大、 最小流量。 4 结语 水文资料整编工作就是对水文原始资料去粗取精、 去 伪存真， 由此及彼 、 由表及里的分析研究和加工整理。因此 必须细致地进行分析研究 ， 从中找出它的规律性 ， 整理好 原始资料 ，掌握测站特性和正确的运用水文资料整编理 论、 方法， 按照 水文资料整编规范 和科学的工作程序， 根 据不 同影响条件下， 对水文资料整编方法的要求 ， 整编出 符合水文行业技术要求的水文资料成果。 【 收稿 日期】 2 0 1 t 一 0 7 0 8 ( 上接第 2 8页 ) 2 6 利用料 在部分 面板堆 石坝工程 中 ，一般在坝 轴线 以 下 ， 浸润线 以上某一 高程处 ， 设置 “ 利 用料 ” 区( 中 低坝有时也叫次堆石料区) ， 尽量利用一些强度稍 低的开挖料 。利 用软岩筑 坝 ， 在高面板堆石坝工程 中引用( 如天生桥级 ) ， 虽说充分利用了其它水 工建筑物的开挖料， 进行挖填平衡 ， 大大降低筑坝 成本 ， 经济效益 明显。但 对大坝安全稳定、 面板产 生裂缝有一定的影响 。因为在 高面板 堆石坝填筑 区j 设置了这样一个“ 利用料” 区后， 利用料的料质 与主堆石料的料质不同， 其比重、 干容重、 压实度 也不相同， 其施工参数也不相同， 那么， 产生的沉 降量、位移值也会不一样。在高面板堆石坝坝体 内， 设不设 “ 利用料 ” 区 ， 设 置在什 么部位较合 适 ， 又以多大为宜， 才不会让大坝产生“ 摆头” 现象， 而 把 因沉降引起的面板裂缝 的因素降到最低 。需要 经过周密的试验和论证， 得出结论后再决定。 2 7 “ 坝山” 结合部施工控 制 在面板堆石坝坝体填筑施工中， 在“ 坝山“ 结 合部，坝轴线以上要用细颗粒料 ( 一般采用过渡 料 ) 填筑 ， 设计规范规定宽度为 1 2 m。而施工技 术参数采用其下限 1 m宽。 在实际条件下， 岸坡不 可能为一条直线 ， 在施工摊铺中， 也不太可能保证 其宽度只有 1 m。为施工方便， 有的施工单位 自行 “ 加宽” ， 而且 1 m宽 的过渡料 ， 也不好上大型振动 碾碾压 ， 采用其 它方法夯实 ， 不 但费时费 力 ， 也不 密实。在这样的部位和 比较难的施工地方 ， 施工质 量往往难 以保证 ， 甚至会产生质量缺 陷。因此 ， 必 须按设计和 规程规 范要求 ， 做 好 “ 坝 山” 结合部施 工填筑的质量控制工作。 3 结语 由于混凝土面板 堆石坝有许 多优 点 ，非常适 合我国的国情，在我国它的应用与发展比混凝土 坝要快得多 ， 有些 问题的发生 ， 往往 在短 期内得不 到足够的验证， 也会出现一些始料不及的问题。 如 对于高面板坝因沉降引起面板裂缝的现象，不论 怎样提高压 实度 ，减J J , ? L 隙率 ，总 还是有一个限 度， 沉降是客观存在的。 而且高面板坝沉降比值比 中低面板坝沉降比值大， 对于这个现象， 有人把它 归结到“ 高坝效应” 。 是否有“ 高坝效应” ， 让主沉降 期内的沉降达到最大值的沉降时间，流变对面板 产生裂缝的影响程度， 有没有内在规律可循 ， 新技 术、 新材料、 新工艺的应用的论证做的是否充分， 是否忽略了其负面作用等等， 这许许多多的问题， 需要去研究、 探索、 试验， 逐步完善面板坝技术的 发展。 【 收稿日期】 2 0 1 1 1 0 1 8 4 9