水庫堆石壩混凝土面板防裂優(yōu)化設(shè)計研究

摘 要：某水庫工程擋水建筑物為混凝土面板堆石壩，面板堆石壩有很多優(yōu)點，但混凝土面板在施工期、蓄水前及蓄水后容易產(chǎn)生裂縫。為了防止面板裂縫的產(chǎn)生，針對混凝土面板堆石壩面板出現(xiàn)裂縫的原因進行分析，在水庫工程設(shè)計中進行防治措施的探討，并將防治措施運用到施工中以減少裂縫的產(chǎn)生，以提高水庫工程施工建設(shè)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：水庫；混凝土面板堆石壩；防止；裂縫

1 工程概況

某?。?）型水庫工程，其壩址以上流域集雨面積為21.7km2，多年平均徑流量1833萬m3，多年平均流量為0.67m3/s，總庫容865萬m3，工程等別為Ⅳ等。工程建成后可解決19886人及9233頭大小牲畜飲水問題，兼顧下游約6875畝的農(nóng)業(yè)良田灌溉及園區(qū)工業(yè)供水，年供水量月1186萬m3。

2 混凝土面板易產(chǎn)生裂縫問題

水庫工程擋水建筑物為混凝土面板堆石壩，壩頂高程699m，河床段趾板建基面高程629.00m，最大壩高70m?；炷撩姘宥咽瘔渭夹g(shù)發(fā)展迅速，在中國已有30多年的歷史，該壩型具有安全性強、施工簡便、經(jīng)濟性好、運行維護方便、壩體填筑施工不受雨季影響等優(yōu)點。但是防滲面板在施工期、蓄水前及蓄水后常產(chǎn)生裂縫一直是該壩型容易發(fā)生的問題。例如，位于南盤江干流的天生橋一級壩的面板在施工期、蓄水期共發(fā)現(xiàn)了4537條裂縫，水布埡二期面板壩共發(fā)生12條裂縫。針對面板堆石壩面板容易產(chǎn)生裂縫的問題，所以在設(shè)計時就應(yīng)分析面板發(fā)生裂縫的原因，并在設(shè)計中提出防裂措施并運用到施工中，以使面板在施工期、蓄水前及蓄水后避免裂縫的發(fā)生[1]。

3 混凝土面板裂縫產(chǎn)生的原因及防裂設(shè)計措施

3.1 混凝土面板裂縫產(chǎn)生的原因

3.1.1 自身裂縫產(chǎn)生的原因

（1）混凝土剛澆筑完畢水分過早蒸發(fā)而導(dǎo)致的收縮裂縫；（2）混凝土澆筑完7d左右低齡期水化熱溫升30℃以上混凝土膨脹階段，混凝土內(nèi)部與外界溫差過大而引起的溫差裂縫；（3）高齡期水化熱溫降階段混凝土收縮而引起的干縮裂縫。

3.1.2 結(jié)構(gòu)性裂縫產(chǎn)生的原因

混凝土面板堆石壩大多為結(jié)構(gòu)性裂縫，結(jié)構(gòu)性裂縫會使面板后期呈規(guī)律性開裂作用，一旦發(fā)生此裂縫，面板將產(chǎn)生貫穿性張裂。

（1）壩上部區(qū)域的水平變形。高面板壩蓄水至高水位后，因巨大水壓力作用，壩頂易出現(xiàn)了水平位移，出現(xiàn)水平位移后面板易產(chǎn)生撓曲變形，從而產(chǎn)生了彎矩、拉應(yīng)力及壓應(yīng)變，直至產(chǎn)生一系列裂縫。水庫大壩最大壩高69m，混凝土面板分擔(dān)的水荷載及承受的彎矩較小可以忽略，所以可以不考慮壩上部因水壓力而產(chǎn)生的水平變形。

（2）壩上部區(qū)域的水平位移。若壩體下游次堆石區(qū)用軟巖填筑，軟巖填筑不僅會加劇下游次堆石區(qū)的施工期沉降，而且還容易造成了竣工后下游坡大范圍的水平位移，甚至有可能危及下游坡的變形穩(wěn)定性，甚至?xí)魅鯄误w上部的整體剛度，在高水位下，有可能增大壩上部的水平位移。

（3）壩體沉降產(chǎn)生的影響。堆石壩壩體不管在施工中或施工后都會發(fā)生壩體沉降，壩體沉降會導(dǎo)致面板和墊層之間出現(xiàn)脫空，改變了面板的受力狀態(tài)，增大了面板的撓曲變形。當(dāng)面板上作用荷載的應(yīng)力大于混凝土的抗拉強度后便產(chǎn)生裂縫。因此，面板澆筑不宜過早，待設(shè)計沉降期過后，再澆筑面板。

水庫大壩壩體施工期的沉降值，按推薦公式進行估值，計算結(jié)果表明：沉降量沿壩高呈拋物線分布，h=0.5H處沉降量最大，Smax=0.638m。

水庫大壩壩頂蓄水期的沉降值，按推薦公式進行估值，計算結(jié)果表明：蓄水期沉降量為S2=0.145m。

為了克服壩體沉降可能對面板帶來的裂縫影響，水庫工程大壩在施工中采用擠壓邊墻技術(shù)，并預(yù)留3個月大壩沉降期，待大壩填筑完畢才澆筑面板，所以可忽略施工期大壩沉降的影響[2]。但水庫工程大壩竣工后沉降量與壩高的理論比值達到2.1‰，因此不能忽略竣工后沉降量所產(chǎn)生的影響，所以在水庫工程設(shè)計及施工中應(yīng)采用多種面板防裂措施。

3.2 水庫工程設(shè)計中的防裂措施

（1）設(shè)計中指出工程施工時壩體填筑不宜在兩岸及上下游分區(qū)填筑，填筑速度應(yīng)均衡上升[3]；（2）設(shè)計中提出面板建基面應(yīng)平整，不應(yīng)存在過大起伏差、局部深坑或尖角；（3）合理選用筑壩材料。主堆石區(qū)是面板壩的主體，是承受水荷載及其它荷載的主要支撐體，其巖石的性質(zhì)、碾壓的效果，都要有嚴(yán)格的要求，一般要求低壓縮性即高密度，高抗壓剪強度，施工期及運行期均不產(chǎn)生空隙水壓力，為減少壩體的位移和周邊縫的三向變位，要求有高的壓縮模量，故該部分材料選用弱風(fēng)化到新鮮基巖料，要求有良好的級配，以保證碾壓密度和較高的摩擦角，材料最大粒徑800mm，設(shè)計孔隙率≤20%，小于5mm的顆粒含量不超過20%，小于0.075mm顆粒含量不宜超過5%，設(shè)計干密度≥21.20kn/m3。下游堆石區(qū)處于壩體次要部位，位于壩軸線下游，由于下游壩坡為1：1.4，為保證碾壓密度和較高的摩擦角，故該部分采用選用中風(fēng)化至新鮮基巖，材料最大粒徑800mm，設(shè)計孔隙率≤21%，小于5mm的顆粒含量為5%～20%，設(shè)計干密度≥20.90kn/m3；（4）提高堆石體壓實密度。面板應(yīng)變與堆石體變形特性密切相關(guān)，而與面板自身厚度關(guān)系不大。提高堆石體壓實密度，減小其變形，是降低面板變形應(yīng)變直至產(chǎn)生裂縫的重要措施；（5）運用監(jiān)測儀器監(jiān)測施工期壩體的水平位移、沉降位移，根據(jù)觀測數(shù)據(jù)判斷其變形是否在設(shè)計允許范圍內(nèi)判斷壩體填筑質(zhì)量，觀察控制壩體沉降，最終防止面板產(chǎn)生裂縫；（6）采用噴射混凝土作為墊層料的固坡保護，并將其28d抗壓強度控制在5MPa左右；（7）采用擠壓邊墻技術(shù)。水庫工程設(shè)計采用擠壓混凝土邊墻技術(shù)，因混凝土擠壓邊墻強度低、彈性模量小，有一定的透水性，能更好地適應(yīng)壩前墊層區(qū)的變形，有效防止壩面脫空，防止面板產(chǎn)生不均勻受力直至產(chǎn)生裂縫的有效方法；（8）預(yù)留一定時間的大壩沉降期。水庫工程大壩沉降期為2016年6月至8月底，沉降期為3個月，以減小堆石徐變對面板產(chǎn)生裂縫的影響；（9）水庫工程設(shè)計面板壓性縫頂部的V形切口深度不宜大于5cm；（10）在大壩混凝土中摻加聚丙烯腈。水庫大壩混凝土面板設(shè)計中摻加聚丙烯纖維可以有效提高混凝土的極限拉伸值，使混凝土具有較高的拉壓比，降低彈性模量，從而增強其適應(yīng)變形的能力，并在混凝土初裂以后，提高混凝土的斷裂韌度，使混凝土具備一定的止裂能力；（11）摻加輕燒氧化鎂。水庫大壩混凝土面板設(shè)計中摻加輕燒氧化鎂可以有效補償混凝土收縮，減少混凝土干縮變形和線膨脹系數(shù)，從而使混凝土具有不裂或少裂的特性。（12）水庫大壩面板混凝土選用VF-II防裂劑、BLY引氣劑、NMR高效減水劑復(fù)合摻用。（13）設(shè)計中提出面板混凝土澆筑后應(yīng)及時采取保溫措施，收倉3d后，可采用流水養(yǎng)護。

4 結(jié)束語

水庫工程為農(nóng)村安全飲水重點水源工程，為提供村鎮(zhèn)供水、工業(yè)園區(qū)供水和灌溉用水的綜合型水庫。為提高水庫工程質(zhì)量，從分析該類型壩容易出現(xiàn)面板裂縫問題入手，設(shè)計中考慮以上13種措施方法運用到水庫工程施工中，以避免水庫大壩面板出現(xiàn)裂縫問題。

參考文獻

[1]易英仲，吳成源，韋孟康.堆石壩混凝土面板裂縫成因及防治[J].廣西水利水電，2006（3）：72-75.

[2]光明.混凝土面板堆石壩面板裂縫成因及防治[J].西北水力發(fā)電，2006，22（2）：99-101.

[3]馮美蘭.高混凝土面板堆石壩面板裂縫防治[J].東北水利水電，2012（1）：27-28.

作者簡介：鮑海霞（1977-），女，蒙古族，本科，高級工程師，現(xiàn)從事水利勘測設(shè)計工作。