南山水库面板堆石坝混凝土面板防裂技术.pdf

张聪慧 南山水库 面板堆石坝混凝土面板防裂技术 文章编号： 1 0 0 6 -2 6 1 0 ( 2 0 1 2 ) O 3 O 0 3 4 O 5 南 山水库 面板堆石坝混凝 土面板 防裂 技术 张 聪慧 ( 中国水电建设集团十五工程局科研院， 陕西咸阳7 1 2 0 0 0 ) 摘要： 通过介绍南山水库面板堆石坝混凝土面板的防裂技术和在施工过程中采取的一系列防裂措施， 取得了南山 水库面板混凝土在施工期无裂缝的良好成绩 ， 为同类堆石坝面板混凝土防裂积累和提供了新的施工经验。 关键词： 南山水库； 混凝土面板； 防裂技术 中图分类 号 ： T V 6 9 8 2 3 1 文献标识码 ： A Te c hn o l o g y o n Cr a c k Pr e v e nt i o n o f CFRD Co n c r e t e Fa c e o f Na ns ha n Re s e r v o i r Z HAN G C o n g h u i ( S c i e n t i fi c R e s e a r c h I n s t i t u t e ， S i n o h y d r o C o r p o r a t i o n E n g i n e e ri n g B u r e a u 1 5 C o ， L t d ， X i a n y a n g C i t y ， S h a n x i P r o n c e 7 1 2 0 0 0 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ：T h r o u g h i n t r o d u c t i o n o f t e c h n o l o g y o n c r a c k p r e v e n t i o n o f C F R D c o n c r e t e f a c e o f Na n s h a n Re s e r v o i r a n d o f me a s u r e s t a k e n d u ri n g c o n s t r u c t i o n f o r c r a c k p r e v e n t i o n，wh i c h a c h i e v e d c r a c k - f r e e f a c e c o n c r e t e o f N a n s h a n Re s e r v o i r d u r i n g c o n s t ruc t i o n，n e w c o n - s t r u e t i o n e x p e r i e n c e O ff c r a c k p r e v e n t i o n o f f a c e c o n c r e t e o f s i mi l a r r o c k f i l l d a m i s a c c u mu l a t e d an d p r o v i d e d a c c o r d i n g l y Ke y wo r d s ： N a n s h a n R e s e rvo i r ；c o n c r e t e f a c e； c r a c k - p r e v e n ti o n t e c h n o l o gy 1 工程概况 2 混凝土面板 的设计 南山水库位于广西壮族 自治区桂林市龙胜县平 等乡境 内， 电站主要以发电为主 、 兼顾防洪和人畜饮 水等综合利用 的中型水利枢纽工程 ， 采用跨流域 、 混 合式开发的形式 ， 南 山水库 为地表径流蓄水水库 。 水库为南山水利枢纽一级 电站的压力前池 ， 南 山水 库主坝为钢筋混凝土面板堆石坝 ， 最大坝高 6 0 m， 水库库容 1 9 3 6万 m ， 坝顶宽度 7 m ， 坝顶长度 2 9 0 m， 坝顶高程 1 5 2 5 0 0 m， 坝基趾板 高程 1 4 6 5 0 0 m， 水库正常 蓄水位 1 5 2 3 0 0 m； 坝前坡设计坡 比 1： 1 4 。南山水利枢纽流域气候温和 ， 属亚热带气 候 ， 降雨量充沛 ， 降雨多集中在 3 月份 ， 多年平均 气温 1 1 4 q C ， 最高气温2 3 5 q C ， 最低气温一 7 5， 平均风速2 1 m s ， 年降雨量 1 9 9 4 m m， 多年平均蒸 发量 8 3 3 m m。 收稿 日期 ： 2 0 1 1 1 2 1 4 作者简介： 张聪慧( 1 9 7 8 一) ， 女， 陕西省周至县人， 工程师， 从事 水利水电工程质量检测质 量控制 质量管理及室 内试验工作 ( 1 )面板厚度 南山水库坝高 6 0 m属中低坝面板 ， 厚度 采用 0 4 m等厚。 ( 2 )面板混凝土 主坝混凝土面板设计指标为 C ： W F 。 。 。 ， 二级配 混凝土 ， 混凝土砂石骨料采用石料场花 岗岩人工轧 制而成 ， 混凝土 中掺人 级粉煤灰 2 0 ， 每立 方混 凝土掺人 0 6 k g格雷斯聚丙烯纤维 ， 并掺加优质高 效减水剂和引气剂。 ( 3 )面板分块 面板分缝分块主要从 改善面板受力状态 、 方便 施工的 目的出发 ， 面板宽度分别为 6 m和 1 2 m两 种 ， 共计 2 8块 。板 间设 置垂直缝 ， 面板与防浪墙间 设置水平缝 。垂直缝共 2 7条 ， 其 中两岸张性缝 2 0 条 ， 河床段压性缝 7条 ， 长度共计 1 6 9 9 8 m。 3面板混凝土施 工 混凝土面板 总面积 1 9 5 0 0 m ， 混凝 土总方量 西北 水 电 2 0 1 2年 第 3期 3 5 7 8 0 0 m ， 根据工程施工进度安排 ， 混凝 土面板分 2 期施工 ： 一期 面板施工 高程 1 4 6 51 4 9 5 m， 共 9 块 ， 面积 7 1 2 5 m ， 混凝土方量 2 8 5 0 m。 ， 施工 时间 2 0 0 7年 1 1 月 2 5 E t 2 0 0 8年 1月 1 E t ； 二期面板施 工高程 1 4 9 51 5 2 5 m， 共 1 9块 ， 面积 1 2 2 5 0 m ， 混 凝土方量 4 9 5 0 m ， 施 工时间 2 0 0 8年 6月 2 9日一 2 0 0 8年 8月 1 5 E t ， 面板施工 中采用 一套 自制无轨 滑模进行 面板混凝土浇筑 。 4 混凝土 面板裂缝 的分类及成 因 面板混凝土裂缝从成因主要分为温度裂缝 、 干 缩裂缝 、 结构裂缝 。 温度裂缝是 由于水泥水化热作用或外界温度影 响 ， 特别是气温骤降 ， 形成混凝土 内外温差过大 ， 致 使混凝土产生裂缝 。 干缩裂缝是由于外界和温度条件影响混凝土面 板因失去过多水分而产生收缩裂缝 ； 混凝土干缩通 常是一个渐进 的过程 ， 可能要延续 3个月甚至 1年 以上 。虽然混凝土 的徐 变可 以使 其松弛并 延缓开 裂 ， 但后期有温度应力和干缩叠加 ， 对混凝土裂缝产 生严重威胁。所以尽量减少混凝土的干缩仍然是十 分必要的。另外 ， 新浇混凝土尚未终凝 ， 由于表面蒸 发过快失水引起混凝土塑性 收缩而产生浅表细微裂 缝 ， 也应采取措施预防和及时处理。 结构裂缝主要是 由于面板长而薄的特点 、 外荷 载或坝体 、 坝基的不均匀变形而引起 ， 需要采取一系 列结构和施工措施研究解决 。 5 混凝土防裂技术的研究及在南山水 库面板堆石坝面板混凝土中的应用 5 1 加强坝体填筑质量控制 ， 减少坝体沉降量， 防 止 混凝 土面板 裂缝 S D 1 7 5自行 式 振 动 碾 和 陕西 水 利 机 械 厂 生 产 的 Z D T 1 8拖式振动碾相 配合进行坝体碾压 ， 其主要技 术特性是 自重大 、 激振力强， 对各种填料压实性能效 果好 。 严格按 照设计和施 工规范要求优选各 区填料 ， 施工过程严格控制各 填筑 区填筑层厚和碾压遍数 ， 以实现设计规定压实干容重和渗透性。合理规划填 筑分 区， 处理好分期填筑搭接带 ； 尽可能延长坝体在 面板浇筑前的沉降期 ， 尽量减少坝体变形对面板的 影响。南山大坝 2 0 0 7年 6月初填筑完成 ， 截至 2 0 0 7 年 1 1月 2 5 E t 坝体沉降量为 3 5 0 m m， 说明该坝填筑 比较密实 ， 沉降量相对较小 ， 2 0 0 7年 1 1月 2 5 E l 进 行面板第一块浇筑 。 5 2 优化面板混凝土配合比设计， 提高混凝土的抗 裂 性能 5 2 1 优选混凝土原材料 砂石骨料选用线膨胀系数较小的花岗岩轧制而 成 ， 其检测结果见表 1 ， 各项 指标均满足规范要求 ； 碎石最佳级配试验见表 2 ， 采用最大振实密度 法确 定最佳 比例 ， 从试验结果可知 ， 碎石级配 52 0 m m和 2 O一 4 0 mm碎石比例在 5 0 ： 5 0 时级配最佳 ； 水泥选 用桂林鲁 山建材联合有限责任公司生产 的“ 驼 山” 牌 P 0 4 2 5水泥 ， 其物理力学性能检测结果见表 3 ， 化学指标检测结果见表 4 。试 验结果 表明 ， 该水 泥 各项指标均满足 G B 1 7 5 1 9 9 9 ( 硅酸盐水泥、 普通硅 酸盐水泥 中有关规定 ， 为合格水泥。 粉煤灰选用广西来宾发电有限公司生产的粉煤 灰 ， 其检测结果 见表 5 ， 符合 D L T S 0 5 5 2 0 0 7 水工 混凝土掺用粉煤灰技术规范中 级粉煤灰标 准要 求 ， 混凝土 中掺 人 2 0 粉煤灰 改善混 凝土 的和 易 性 ， 减少水泥用量 ， 减少单位体积的水化热和混凝土 南山水库面板坝在填筑过程中， 采用英格索兰 的最高温升， 从而减少混凝土温度收缩。 表 1 粗 、 细骨料检验结果表 3 6 张聪慧 南山水库面板堆石坝混凝土面板 防裂技术 表 2 碎石最佳级配试验检测结果表 表 3 “ 驼山” 牌 P 0 4 2 5水泥物理力学性能检验结果表 检验值3 2 2 7 3 合格 1 5 5 2 3 3 4 0 7 8 2 0 5 4 9 8 标 准 加 一 合格 4 5 6 0 0 3 5 6 5 J 6 0 4 2 5 表4 “ 驼山” 牌 P 042 5水泥化学指标检验结果表 霉 检 测 项 目 警 箬 蓁 外加 剂选 用 山西新 型化 工 有 限公 司生 产 的 H J U N F 一 2 A萘系高效减水剂和 H J A E A混凝 土引 气剂 ， 显著改善了混凝土的和易性 ， 提高 了抗渗 、 抗 冻和耐久性。根据工程所使用 的原材料 ， 依据 D L T 5 1 0 0 1 9 9 9 ( 水工混凝土外加剂技术规程 对外加 剂进行适应性试验 ， 其结果如表 6 。 表 6 减水剂检验结果表 目 堡 垒 堕 董 ! 垫 堡 塑 壁 些 初凝 终凝 3 d 7 d 2 8 d 掺用格雷斯聚丙烯纤 维( 掺量 0 6 k g m ) ， 其 亲水性 、 离散性均较好 ， 纤维混凝土的抗拉强度 、 极 限拉伸值明显提高 ， 有效降低了细微裂缝尖端的应 力 ， 使混凝土因干缩引起的拉应力减弱 ， 同时抑制混 凝土塑性干缩开裂 ， 增强了混凝土的早期抗裂性能 。 其主要性能指标见表 7 。 表 7 格雷斯聚丙烯纤维主要参数表 5 2 2 面板 混凝 土配合 比设 计试验 研 究 面板混凝土配合比通过原材料物理力学性能指 标试验 ， 大坝面板混凝土设计中掺入 2 0 的来宾 级粉 煤灰 ， 掺 山 西 黄河 H J u N F _2 A 高 效 减 水 剂 0 8 ， 用 以减少混凝土单位体积 中的水泥用量 ， 降 低混 凝 土 的水 化 热， 掺 格 雷 斯 聚 丙 烯 纤 维 0 6 kg m。 ，同 时 在 减 水 剂 中掺 人 H J A E A 引 气 剂 1 1 万 ( 以胶凝材料重量百分 比计 ) ， 以提高面板混 凝土的抗裂性和耐久性 ， 增加混凝土的和易性。 5 2 2 1 C 2 5 F 0 0 W8 面板混凝土配合比设计试验成果 C ： F 。 。 w 面板混凝土配合 比设计试验成果 ， 见 表 8 。 5 2 2 2混凝土抗压强度和劈拉强度 面板配合比混凝土抗压强度和劈拉强度试验结 果 ， 见表 9 。 5 2 2 3 混凝土抗渗、 抗冻性能试验 不同水胶 比抗渗试验和抗冻融循环试验结果， 见表 1 0 。 试验数据结果分析表明， 水胶 比0 4 0 0 5 5时 混凝土的抗渗 、 抗冻性能均满足设计要求 。 5 2 2 4混凝 土极 限拉 伸 混凝土的极限拉伸试验结果见表 1 l 。 试验结果表明： 配合 比系列水胶比、 混凝土极限 拉伸值均较高， 对面板混凝土抗裂有利 。 通过 c W。 F 。 。 配合 比系列试验数据 ， 根据一元 线性回归法计算分析， 确定 出抗压强度与胶水 比之 间的函数关系， 从而得出混凝土 7 ， 2 8 d抗压强度与 胶水 比关 系 式 ：R ，： 1 6 1 O O c w 一 1 1 5 4 9 ( R = 0 。 9 9 7 ) ； R 2 8 =1 9 。 6 9 1 c w一7 0 1 5 ( R=0 9 9 2 ) ； 根据 规范要求和专家意见 ， 结合 面板混凝土配合 比系列 试验 、 优化 ， 最终确定面板混凝土施工配合 比， 见表 1 2 西 北水 电 2 0 1 2年 第 3期 3 7 表 9 面板 配合 比混凝土抗压强度和劈拉强度试验 结果表 试验水 塑壁 2 8 d 劈拉 2 8 d 抗压与 胶 比 7 d 2 8 d 强度 MP a 劈拉强度 比 注 ： 括号中百分 比为以 2 8 d抗压强度为基准 的增长率 。 表 1 0不同水胶 比抗渗试验和抗冻 融循环试 验结果表 e 辄 表 1 2 C w F 0 。 面板 混凝土施工配合比 混凝土材料用量 ( k g 111 - 3 ) 水泥 沙 石子 H 引 J A 制 E - A 触 H J U N 排 F - 2 剂 A 水 1 1 7 i ( o 8 ) 一 0 4 8 3 8 二4 o一 6 0 2 5 5 6 4 7 3 0 1 1 9 l 2 5 8 7 5 2 强化施工管理 ， 严格施工过程质量控制 。 提高 面板 混凝 土工 程质 量 加强面板混凝土施工的过程控制是面板防裂 的 重 中之重。在总结国内外大型堆石坝面板防裂经验 的基础上 ， 对管理层和作业层进行系统地培训交底 ， 确保每道工序 、 每个环节层层监督 ， 严格把关 。 严格按照试验确定 的混凝土配合 比进行拌制 ， 严格控制外加剂的掺量和拌和时间， 各项材料计量 准确 ， 确保混凝土搅拌均匀 ， 保证混凝土和易性和聚 丙烯纤维的分散性。应用混掺配合比在南 山面板混 凝土施工过程 中， 混凝土拌和物坍落度损失较小且 比较稳定 ， 根据 现场 实测 资 料反 映 ( 气 温 1 02 0 ) ， 拌 和站 出机 口混凝 土与仓 面 混凝 土 2 03 0 mi n内坍落度损失稳定在 11 5 c m， 9 01 8 0 rai n 内坍落度损失稳定在 1 5 2 5 c m。混凝土拌和物 黏聚性好 ， 在坡面溜槽输送过程 中混凝土物料并未 出现分离现象 ， 在坡 面溜槽 中呈现整体 下滑状态 。 仓面做到布料均匀 ， 充分振捣 ， 确保 混凝 土密实 ； 采 用双层拖架人工压浆收面 ， 保证表面密实平整光滑 ； 做好面板混凝土浇筑 防雨遮盖措施 ， 遇到大雨或特 大暴雨时停止浇筑 ， 过后做好 接头处理 ， 再恢复施 工 。 5 3面板 混凝 土 防裂 的工程 措 施 5 3 1改善面板约束条件 南山水库主坝应用混凝土挤压边墙施工新工艺 具有同层垫层料填筑与上游坡面防护一次性完成的 特点 ， 简化 了传统施工工艺上游坡面垫层超填 、 坝坡 整修 、 斜面碾压 、 坡 面防护等工艺 ， 加快 了垫层料施 工进度 ， 提高了坡面保护能力 ， 同时也提高了垫层料 的填筑碾压质量 ， 避免了由于垫层料碾压不密实产 生的不均匀沉降而导致面板产生裂缝 。 平顺 、 光滑 的垫层 面 ， 有效 地减少表 面摩察 系 数 ， 防止应力集 中。挤压 边墙施工严格控制表面平 整度 ， 对超 出规范值 + 5一 8 c m 的部位采用人工找 平 ， 有 陡坎 的人工不平减少表面突变 ， 挤边墙坡面喷 涂 阳离子乳化沥青 ， 减少 了挤压边墙对面板混凝 土 接触基面的摩阻和约束而产生的拉应 力 ， 减少了裂 缝 的产生 。 面板分 I 序 和 序块 ， 序块 浇筑前在 I序块 缝面上涂刷 3 m i l l 厚乳胶沥青 ， 从而减少 了 I， 序 块之问的侧向约束。 3 8 张聪慧 南山水库面板堆石坝混凝土面板防裂技术 5 3 2改善 面板 配 筋结构 面板 的配筋采用双层双 向配筋形式 ， 单向配筋 率约为 0 4 ， 坡 面水 平 钢筋 和坡 向钢筋 均 采用 01 6 2 0 0钢筋 网片 ， 面板钢筋采用套筒连接 ， 保护 层厚度 5 0 m m。为了防止面板边缘局部挤压破坏 ， 在面板周边配 置加强封 闭钢筋 。采用双层双 向配 筋 ， 有效遏制了薄板结构混凝土 由于保护层过大而 产生的裂缝 。 5 3 3 加 强 面板 混凝 土的保 湿 、 保 温养 护 在面板施工过程 中， 采用塑料布覆盖减少因太 阳直射和刮风引起 的混凝土表面水分散失 ， 起到保 湿以减少混凝土干缩、 避免早期产生微裂纹的作用 ； 面板混凝土表面人工收面压光后采用 0 1 m m塑料 薄膜立即覆盖 ， 混凝土终凝后揭开塑料薄膜改用线 毡覆盖并洒水养护， 养护时沿坝顶主水 管给每块分 接打孔花管形成喷淋洒水 ， 养护时间不少于 9 0 d 。 采用线毡覆盖并洒水养护 ， 一方 面起到保湿 以 减少混凝土干缩的作用， 另一方面， 覆盖线毡使混凝 土表面避免直接与外界接触 ， 使其受到外界气温变 化的影响减少 ， 使面板 由于气温骤变而引起表面产 生裂缝 的可能性减小。 5 3 4保证 混凝 土 的浇 筑质量 在加强各种原材料质量控制 的前提下 ， 加强混 凝土拌和物质量控制 ， 各种材料计量准确 ， 混凝土坍 落度控制在 3 05 0 ram( 夜间) 、 4 0 6 0 mm( 白天) ， 保证混凝土拌和物质量的均一 陛和稳定性 。 混凝土拌和物黏聚性好 ， 混凝土在运输和入仓 过程 中未出现离析和骨料分离现象 ， 在坡面溜槽 中 呈现整体下滑状态 ； 仓面加强布料 、 振捣 、 滑模提升 、 人工压浆收面等工序的质量控制。 以上多种措施保证了成型混凝土 的质量 ， 有利 于保证混凝土 自身的抗裂性能。 5 3 5选择 适 宜的施 工时段 一 是待坝体自 然沉降时间到达 3 个月后， 进 行面板混凝土的施工， 以减少坝体沉降过大导致面 板结构性裂缝 的产生。 二是合理选择面板混凝土浇筑时间， 最好是气 温适宜 、 湿度较大的低温时节 ， 日均气温 1 O2 0 为宜 ， 避开高温、 负温、 多雨 、 大风季节 ， 在广西 当地 一 般多选在 9 1 2月为宜， 为实现 2 0 0 8年底业主发 电 目标 ， 南山二期面板混凝土施工只好选在 2 0 0 8年 6 8月施工。 6 结语 南山水库主坝面板混凝土通过科学的配合 比研 究与优化 ， 采用掺粉煤灰、 高效减水剂 、 引气剂 、 格雷 斯聚丙烯纤维“ 多掺技术” ， 增强了混凝土的抗裂性 能和耐久性 ； 采用双层双 向配筋有效遏制了薄板结 构混凝土由于保护层过大而产生的裂缝 ； 挤 压边墙 新工艺的应用 ， 确保面板下面垫层料碾压质量 ； 挤压 边墙坡面喷涂阳离子乳化沥青 ， 减少 了挤压边墙对 面板混凝土的约束而产生拉应力 ， 减少 了裂缝的产 生 ； 精心的组织管理和严格 的过程控制 、 及时周到的 养护等一系列工程施工措施 ， 提高了混凝土 自身抗 裂能力 ， 减少了外界对面板混凝土的影响 ， 实现南 山 水库面板混凝土浇筑后无裂缝 的成绩。经过南 山水 库面板混凝土施工实践和应用 ， 为同类堆石坝面板 混凝土防裂积累和提供了新的施工经验。 参考文献 ： 1 张应立 ， 杨柏科 ， 申爱琴 现代混 凝土配合 比设计 手册 M 北 京 ： 人民交通 出版社 ， 2 0 0 2 2 高亚， 刘 勇峰 面板堆 石坝 面板 的裂缝 机理 分析 与 防裂措施 J 电网与清洁能源 ， 2 0 0 9， 2 5 ( 8 ) ： 6 6 - 6 8 3 顾永明 ， 陈树联 ， 王伟 面板堆石 坝坝体 沉降 监测方 法技术 总 结 J 西北水 电， 2 0 1 1 ， ( 1 ) ： 7 3 - 7 6 4 郭靖 ， 李华 浅述面板堆石坝开裂原 因及 防裂措施 J J 葛洲坝 集团科技 ， 2 0 1 1 ， ( 3 ) ： 6 7 6 9 5 罗福海 ， 张保 军， 夏界平 水布 垭大坝 施工期 面板裂 缝成 因分 析及处理措施 J 人 民长江 ， 2 0 1 1 ， ( 1 ) ： 5 0 - 5 3 6 冯毅军 滩坑水电站面板堆石坝施工期沉降分析 J 西北水 电， 2 0 1 1 ， ( 0 4 )： 1 0 1 1 0 4 7 翁国华 混凝土面板堆石坝面板裂缝成因与防治措施 J 水 I 科技与经济 ， 2 0 0 9 ( 2 )： 1 7 4 1 7 5