高混凝土面板堆石壩面板裂縫防治

馮美蘭

（黃岡市白蓮河水庫(kù)管理處，湖北 黃岡 438218）

我國(guó)對(duì)混凝土面板堆石壩的建設(shè)，是從1985年開始已有20多年。在這20多年里，混凝土面板堆石壩的建設(shè)，在我國(guó)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，各種類型的混凝土面板堆石壩；如砂礫石壩、軟基（深復(fù)蓋層）上的堆石面板壩、軟巖筑壩等，都獲得成功，在實(shí)際運(yùn)行中，效果良好。但對(duì)于高在125 m以上的高壩，面板裂縫產(chǎn)生的成因及防治，目前處在研究和探討之中。

1 裂縫產(chǎn)生的成因

混凝土面板堆石壩面板產(chǎn)生裂縫的原因很多，按其結(jié)構(gòu)性能可分為非結(jié)構(gòu)性裂縫和結(jié)構(gòu)性裂縫。

1）非結(jié)構(gòu)性的裂縫。指面板混凝土原材料中的水泥、砂石骨料、外加劑、添加劑、溫度、施工工藝、方法、時(shí)段、防護(hù)措施及環(huán)境等引起的裂縫。

2）結(jié)構(gòu)性的裂縫。指沉降變形、位移、架空而發(fā)生的裂縫。對(duì)高面板堆石壩而言，結(jié)構(gòu)性裂縫是主要的因素，是要研究、控制、防治的重點(diǎn)。

面板是長(zhǎng)而薄的長(zhǎng)條狀混凝土建筑物，它應(yīng)均勻地?cái)備佋趬|層料迎水面的斜坡上。面板依托墊層料，墊層料依托過渡料，過渡料依托主堆石料來傳遞水壓應(yīng)力的。墊層料的穩(wěn)定、密實(shí)、沉降對(duì)面板變形起著至關(guān)重要作用，如墊層料發(fā)生沉降、位移、流失、脫空，必將導(dǎo)致面板開裂、破碎和位移。因此，大壩填筑用料的質(zhì)量和筑壩施工質(zhì)量，是關(guān)系到面板變形，大壩長(zhǎng)期穩(wěn)定、安全運(yùn)行的首要條件和主要因素。

2 結(jié)構(gòu)性裂縫的防治和控制

當(dāng)壩址選定后，對(duì)壩址區(qū)域內(nèi)筑壩用料的料場(chǎng)，要盡可能多做比較選擇，在經(jīng)濟(jì)成本和安全質(zhì)量作比較時(shí)，應(yīng)把安全質(zhì)量作為終選依據(jù)。施工方法要嚴(yán)格要求，如對(duì)填筑區(qū)內(nèi)的基礎(chǔ)處理、岸坡清理、填筑分期分區(qū)、施工技術(shù)參數(shù)、施工機(jī)構(gòu)組織、施工時(shí)段、施工環(huán)境等，均應(yīng)有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)與指標(biāo)。目的只有一個(gè)，增大密實(shí)度，減少孔隙率，使其在面板澆筑之前，大壩達(dá)到最大的沉降值，盡量減小面板澆筑后的壩體沉降。

2.1 建基面的處理

一般面板堆石壩建筑基礎(chǔ)面的處理，著重在迎水面以下壩厚約1/3處（不全是）范圍內(nèi)進(jìn)行嚴(yán)格處理，其它區(qū)域，如有較厚的砂礫石覆蓋層，一般不全部挖除，只做壓實(shí)度或孔隙率檢測(cè)，基礎(chǔ)滿足設(shè)計(jì)要求后即可作為建基面。但對(duì)高面板堆石壩的建基面，要全面進(jìn)行認(rèn)真處理，高面板堆石壩的填筑區(qū)基礎(chǔ)，應(yīng)落實(shí)在河床強(qiáng)風(fēng)化巖層上。巖基上的高面板壩必須充分考慮如何盡量減小堆石體的變形，尤要重視墊層及過渡層區(qū)的設(shè)計(jì)與施工，并設(shè)計(jì)好面板及有關(guān)接縫的止水，確保施工質(zhì)量，以適應(yīng)壩體變形，減少滲水量。從建基面基礎(chǔ)處理上，就要防止和減小基礎(chǔ)造成的沉降。

2.2 筑壩材料及施工工藝控制

筑壩材料，以選用新鮮、堅(jiān)硬、比重大、抗壓強(qiáng)度大且易開采，能滿足設(shè)計(jì)級(jí)配要求的填料為好。

以某工程為實(shí)例：壩料巖性為白云巖，比重為2.81 g/cm3。設(shè)計(jì)要求：墊層料干容重為2.40 g/cm3，孔隙率為14.6%；過渡料干容重為2.352 g/cm3，孔隙率為16.37%；主堆石料干容重為2.25 g/cm3，孔隙率為19.93%。大壩所用填筑料大部為洞室爆破料，級(jí)配也能滿足設(shè)計(jì)要求，在填筑施工中，墊層料、過渡料鋪厚均為每層40 cm，用16 t或18 t自行式震動(dòng)碾碾壓6遍，主堆石料鋪厚為每層80 cm，用25 t牽引式震動(dòng)碾碾壓8遍。經(jīng)挖坑取樣分析，干容重、孔隙率、P5含量及含泥量均能滿足設(shè)計(jì)要求。

從以上實(shí)例可以看出，對(duì)高面板堆石壩的壩體填筑，設(shè)計(jì)方面提高了要求，對(duì)填筑料進(jìn)行了嚴(yán)格的控制，施工方面經(jīng)過努力，組織施工機(jī)械優(yōu)化組合，也能達(dá)到設(shè)計(jì)所提出的技術(shù)要求參數(shù)，滿足了設(shè)計(jì)意圖。

2.3 大壩填筑

混凝土面板堆石壩主要由堆石體和防滲體組成，其中堆石體從上游向下游依次主要由墊層區(qū)、過渡區(qū)、主堆區(qū)和次堆石區(qū)組成；防滲體由鋼筋混凝土面板、趾板、趾板地基的防滲帷幕、周邊縫和面板間的接縫止水組成。所以，面板壩壩體填筑時(shí)，一般都是要分期分區(qū)進(jìn)行，進(jìn)行均衡生產(chǎn)。

高面板堆石壩一般體積較大，如天生橋一級(jí)，填料達(dá)1 800萬m3，水布埡填料達(dá)1 526萬m3，少的也有幾百萬立方米之多，不可能在一個(gè)枯水期就能完成填筑的。面板壩的優(yōu)點(diǎn)就是利用已填筑的臨時(shí)擋水?dāng)嗝?，可以進(jìn)行擋水渡汛。為此，大壩填筑時(shí)，在第一個(gè)枯水期，大壩壩體填筑必須要達(dá)到臨時(shí)擋水渡汛標(biāo)準(zhǔn)的高程。此種形式的分區(qū)分期方式，易產(chǎn)生不均勻沉降，根據(jù)《面板堆石壩工程》（2004年第4期）所提供的資料，也證明了此種分區(qū)分期的施工方式存在著不足之處。

筆者認(rèn)為，在完成臨時(shí)擋水?dāng)嗝嬷?，在剩下的填筑斷面上，?yīng)自上游向下游方向按主堆石層厚，分層波浪式的填筑，根據(jù)工程實(shí)際狀況，波浪式分層以1～2個(gè)主堆石層厚為宜。盡量做到在同一高程上的大壩筑料在同一時(shí)段填筑，使之同時(shí)整體均勻沉降，保證填筑之間的密實(shí)結(jié)合，減少不均勻沉降發(fā)生。

2.4 迎水面的臨時(shí)保護(hù)

高壩填筑期間的迎水面保護(hù)，有部分工程采用“擠壓邊墻”的方法，此種方法加快了施工進(jìn)度，減少了墊層斜坡面的削坡、斜坡碾壓和斜坡保護(hù)，不失為較快、較省的施工方法。但在“擠壓邊墻”下游面，總有20 cm左右寬的區(qū)域，振動(dòng)碾碾壓不密實(shí)，用其它方法也達(dá)不到振動(dòng)碾碾壓的效果，給整體沉降帶來不利因素，容易造成面板下面局部架空現(xiàn)象。據(jù)統(tǒng)計(jì)資料顯示，采用“擠壓邊墻”作為墊層料斜坡保護(hù)施工方式，在已建成的2個(gè)工程中，面板均出現(xiàn)了裂縫。采取此種方式，也改變了面板在墊層料上“軟著陸”。

2.5 面板澆筑工藝

1）不分期一次性澆筑。面板澆筑施工，應(yīng)在大壩防浪墻基礎(chǔ)高程以下填筑完成，還需經(jīng)過沉降期后方可施工。面板施工可一次拉澆成型。

2）面板施工分期施工。部分面板澆筑分1期、2期、3期施工。面板施工分期不能太多，以2期為宜。第1期面板澆筑的高程位置，根據(jù)發(fā)電的要求，可以定在發(fā)電死水位以上5 m左右處，待大壩壩體填筑到防浪墻基礎(chǔ)高程后，利用墊層料坡面上保護(hù)層，在汛期可部分蓄水，先發(fā)電，到枯水期后，再澆筑第2期面板。這樣，可利用施工期內(nèi)的汛期，先發(fā)電創(chuàng)效益，主要目的是讓大壩有充分的沉降期，給面板沉降裂縫的防治創(chuàng)造條件。

根據(jù)工程的實(shí)際需要，第1期面板澆筑的高程，也可以定在臨時(shí)渡汛擋水?dāng)嗝嬉陨夏程?。同理，待大壩壩體填筑完成，經(jīng)過沉降期后，再澆筑第2期面板。目的都是增加在施工期內(nèi)的沉降期，讓大壩壩體整體沉降達(dá)到最大值，減小沉降對(duì)面板裂縫產(chǎn)生影響。

3）縫間處理。面板施工是分塊澆筑的，塊與塊間，塊與趾板間設(shè)有結(jié)構(gòu)縫，面板周邊及受拉應(yīng)力區(qū)域?yàn)槭芾p，設(shè)置了止水片和嵌縫充填物，保證了面板在受拉應(yīng)力作用時(shí)，保護(hù)面板不被拉開和漏水。但在目前，受壓應(yīng)力縫內(nèi)設(shè)置了抗（防）擠壓的措施不多，大多數(shù)混凝土面板堆石壩面板上的拉應(yīng)力縫和壓應(yīng)力縫，在設(shè)計(jì)和施工上是一樣的，受壓應(yīng)力縫內(nèi)，沒有設(shè)置面板在受到擠壓變形時(shí)的伸縮空間。因高面板壩的面板部分變形較大，在受壓應(yīng)力縫處有隆起現(xiàn)象，可在壓應(yīng)力縫內(nèi)設(shè)置防擠壓設(shè)施（或措施），防止面板在壓應(yīng)力的作用下隆起或抬動(dòng)變型。

2.6 利用料

在部分面板堆石壩工程中，一般在壩軸線以下，浸潤(rùn)線以上某一高程處，設(shè)置“利用料”區(qū)（中低壩有時(shí)也叫次堆石料區(qū)），盡量利用一些強(qiáng)度稍低的開挖料。利用軟巖筑壩，在高面板堆石壩工程中引用（如天生橋一級(jí)），雖說充分利用了其它水工建筑物的開挖料，進(jìn)行挖填平衡，大大降低筑壩成本，經(jīng)濟(jì)效益明顯。但對(duì)大壩安全穩(wěn)定、面板產(chǎn)生裂縫有一定的影響。因?yàn)樵诟呙姘宥咽瘔翁钪^(qū)，設(shè)置了這樣一個(gè)“利用料”區(qū)后，利用料的料質(zhì)與主堆石料的料質(zhì)不同，其比重、干容重、壓實(shí)度也不相同，其施工參數(shù)也不相同，那么，產(chǎn)生的沉降量、位移值也會(huì)不一樣。在高面板堆石壩壩體內(nèi)，設(shè)不設(shè)“利用料”區(qū)，設(shè)置在什么部位較合適，又以多大為宜，才不會(huì)讓大壩產(chǎn)生“擺頭”現(xiàn)象，而把因沉降引起的面板裂縫的因素降到最低。需要經(jīng)過周密的試驗(yàn)和論證，得出結(jié)論后再?zèng)Q定。

2.7 “壩山”結(jié)合部施工控制

在面板堆石壩壩體填筑施工中，在“壩山”結(jié)合部，壩軸線以上要用細(xì)顆粒料（一般采用過渡料）填筑，設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定寬度為1～2 m。而施工技術(shù)參數(shù)采用其下限1 m寬。在實(shí)際條件下，岸坡不可能為一條直線，在施工攤鋪中，也不太可能保證其寬度只有1 m。為施工方便，有的施工單位自行“加寬”，而且1 m寬的過渡料，也不好上大型振動(dòng)碾碾壓，采用其它方法夯實(shí)，不但費(fèi)時(shí)費(fèi)力，也不密實(shí)。在這樣的部位和比較難的施工地方，施工質(zhì)量往往難以保證，甚至?xí)a(chǎn)生質(zhì)量缺陷。因此，必須按設(shè)計(jì)和規(guī)程規(guī)范要求，做好“壩山”結(jié)合部施工填筑的質(zhì)量控制工作。

3 結(jié)語

由于混凝土面板堆石壩有許多優(yōu)點(diǎn)，非常適合我國(guó)的國(guó)情，在我國(guó)它的應(yīng)用與發(fā)展比混凝土壩要快得多，有些問題的發(fā)生，往往在短期內(nèi)得不到足夠的驗(yàn)證，也會(huì)出現(xiàn)一些始料不及的問題。如對(duì)于高面板壩因沉降引起面板裂縫的現(xiàn)象，不論怎樣提高壓實(shí)度，減小孔隙率，總還是有一個(gè)限度，沉降是客觀存在的。而且高面板壩沉降比值比中低面板壩沉降比值大，對(duì)于這個(gè)現(xiàn)象，有人把它歸結(jié)到“高壩效應(yīng)”。是否有“高壩效應(yīng)”，讓主沉降期內(nèi)的沉降達(dá)到最大值的沉降時(shí)間，流變對(duì)面板產(chǎn)生裂縫的影響程度，有沒有內(nèi)在規(guī)律可循，新技術(shù)、新材料、新工藝的應(yīng)用的論證做的是否充分，是否忽略了其負(fù)面作用等等，這許許多多的問題，需要去研究、探索、試驗(yàn)，逐步完善面板壩技術(shù)的發(fā)展。