柬埔寨額勒賽下游水電站混凝土面板堆石壩面板裂縫成因及處理

黃承斌

(中國華電科工集團有限公司，北京 100160)

柬埔寨額勒賽下游水電站混凝土面板堆石壩面板裂縫成因及處理

黃承斌

(中國華電科工集團有限公司，北京 100160)

柬埔寨額勒賽下游水電站上電站面板堆石壩施工時，一期混凝土面板澆筑后出現(xiàn)集中裂縫，根據(jù)現(xiàn)場情況分析，大壩不均勻沉降是面板產(chǎn)生裂縫的主因，壩內(nèi)反向水壓加劇了裂縫和變形的發(fā)展。介紹了面板裂縫的處理措施和處理效果，總結了面板施工中的經(jīng)驗和教訓。

混凝土面板堆石壩；裂縫；不均勻沉降；反向水壓

圖1 上電站首部樞紐布置

1 工程概況

柬埔寨額勒賽下游水電站位于柬埔寨王國戈公(Koh Kong)省北部的額勒賽河，距戈公省會約58 km，距首都金邊約350 km。電站分上、下兩級，總裝機容量為338 MW，多年平均發(fā)電量為11.99億kW·h。項目由中國華電集團以建設-經(jīng)營-轉(zhuǎn)讓(BOT)方式開發(fā)建設。

額勒賽下游水電站上電站水庫設計為混凝土面板堆石壩，壩頂高程266.00 m，最大壩高122.00 m，壩頂長428.80 m。水庫正常蓄水位為263.00 m，相應庫容為4.018億m3，調(diào)節(jié)庫容為2.220億m3，庫容系數(shù)為9.8%，屬季調(diào)節(jié)水庫。電站廠房位于壩下左岸約3 km處，安裝2×1 000 MW混流式水輪發(fā)電機組，樞紐布置如圖1所示。

上電站工程于2010年4月開工建設，2010年12月28日上電站大壩截流，2011年3月混凝土面板堆石壩開始填筑，2012年3月31日至5月31日實施一期面板混凝土澆筑，2013年5月水庫下閘蓄水。

2 大壩一期面板設計、施工和裂縫情況

額勒賽下游水電站上電站大壩設計為鋼筋混凝土面板堆石壩，混凝土面板設計厚度δ=0.3+0.003h(h為計算斷面至面板頂部高度)，面板頂部厚度為0.30 m，底部最大厚度為0.67 m。面板共35塊，分8，12，16 m 3種寬度。設計分2期澆筑，一期面板澆筑至EL218.0，以上部分為二期澆筑，面板混凝土總量為2.21萬m3。

雨季結束后，11月26日，開始壩前基坑抽水(抽水前水位約EL164.5)，準備實施面板上游黏土鋪蓋和石渣壓重施工。12月6日，壩前水位降至EL153.2時，發(fā)現(xiàn)第16，17塊面板在EL153.7附近有水平裂縫，裂縫向上游滲水且裂縫位置存在明顯凸起變形。12月8日，壩前水位降至EL152.8時，發(fā)現(xiàn)第14，15塊面板在EL153.2附近有水平裂縫，第15塊面板裂縫向上游滲水，暫停壩前基坑抽水，開始壩后河道(導流洞出口)清理，降低壩后河床水位。12月18日，裂縫基本不再滲水，僅局部呈濕潤狀態(tài)，19日恢復壩前抽排水，對裂縫進行全面檢查、標記和觀測(面板裂縫分布如圖2所示)。委托第三方以物探方式進行了EL153.0以上一期面板脫空檢測[1]，并在第14與15塊、17與18塊面板出現(xiàn)明顯挫臺部位鑿孔，檢查橫縫止水銅片變形和面板脫空情況。

圖2 一期面板裂縫分布示意

通過檢查，面板混凝土裂縫主要集中在大壩中間第13～18塊面板EL252.0～256.0之間，裂縫以水平向為主，兼有少量斜向裂縫。第15，16，17塊面板主要裂縫曾明顯滲水，并且在裂縫區(qū)域有明顯凸起變形；第14與15塊、17與18塊面板之間橫縫有挫臺，表現(xiàn)為壩中間面板凸起，最大挫距達12 cm。鑿孔檢查發(fā)現(xiàn)：滲水裂縫區(qū)域面板存在16～33 cm的脫空，橫縫止水銅片隨混凝土整體變形，結合完好；裂縫縫面顏色普遍變暗，不現(xiàn)新鮮混凝土顏色，部分裂縫縫面沉積有黃色泥水斑跡；面板裂縫后面的擠壓邊墻混凝土面沉積有5～10 mm的黃泥，顆粒極細；第14與15塊、15與16塊面板橫縫局部混凝土擠壓破壞。物探檢測證實，面板脫空主要發(fā)生在裂縫區(qū)域，其他部位有一些局部脫空。

3 面板裂縫成因分析

檢查發(fā)現(xiàn)，一期混凝土面板裂縫相對集中，表現(xiàn)為連續(xù)性，在平面上整體呈弧形，與一期面板以上擠壓邊墻在壩體兩端出現(xiàn)的橫向裂縫組合成“U”形。分析一期面板混凝土裂縫是大壩沉降和壩內(nèi)反向水壓的綜合因素所至。

3.1大壩不均勻沉降是面板產(chǎn)生裂縫的主因

面板堆石壩填筑石料主要來自大壩右岸3 km處的RG5料場，石料以泥質(zhì)砂巖為主，吸水性強，巖性偏軟，2011年雨季施工時，碾壓層面產(chǎn)生3～8 cm厚的類泥狀物，加之施工控制等綜合原因，導致大壩沉降量較大，沉降收斂慢。一期面板施工結束至發(fā)現(xiàn)裂縫期間(2012年5月31日至12月8日)，大壩中間橫斷面的監(jiān)測資料顯示：EL205.0的平均沉降量為300 mm(測值267～322 mm)，EL175.0的平均沉降量為79 mm(測值77.5～82.2 mm)。表明一期面板施工過后大壩仍然存在較大的不均勻沉降，由于上部沉降量大，下部沉降量小，面板產(chǎn)生不均勻變形，使下部面板表面產(chǎn)生拉應力?；炷撩姘逶O計為單層配筋，布置在面板中間，面板上層沒有鋼筋，由于混凝土抗拉強度較低，在面板拉應力較大、混凝土相對薄弱處首先產(chǎn)生橫向裂縫，裂縫產(chǎn)生后，局部應力重新分配，在受拉區(qū)相近部位再次出現(xiàn)數(shù)條橫向為主的新裂縫。大壩的不均勻沉降不僅體現(xiàn)在大壩不同高程，還表現(xiàn)在大壩橫向。中間壩體高，沉降量大，兩岸壩體沉降量小，導致兩端壩體上部擠壓邊墻混凝土產(chǎn)生橫向裂縫，面板裂縫區(qū)兩側(cè)的裂縫(第14，18塊面板)略呈斜向狀，與上部擠壓邊墻裂縫組合為“U”形形態(tài)。橫向的不均勻沉降在大壩中間產(chǎn)生擠壓，導致局部橫縫位置產(chǎn)生混凝土擠壓破壞。

從主要裂縫縫面顏色和沉積物判斷，裂縫不是壩前抽水期間集中發(fā)生的，應該在較早時期已經(jīng)發(fā)生，也從另一個角度證明面板裂縫主要在大壩不均勻沉降中產(chǎn)生，由于壩前基坑長時間淹沒，裂縫處在水下，沒能及時發(fā)現(xiàn)，壩前的泥水長時間滲入裂縫，改變了縫面混凝土顏色，并在面板后面的混凝土擠壓邊墻表面沉積極細的黃泥。

3.2壩內(nèi)反向水壓加劇了裂縫和變形的發(fā)展

對于ESP課程的教學內(nèi)容，多數(shù)學生(75.2%)認為在注重語言訓練的同時，要結合專業(yè)術語和專業(yè)知識內(nèi)容進行教學，以滿足各專業(yè)學生的個性需求。90.5%的學生認為ESP課程應具有有別于EGP課程的教學目的、教學內(nèi)容和教學方法。對于ESP課程教師，66.7%的學生認為他們既要有英語水平，也應具有一定的專業(yè)知識；對于教學用語，39.6%的學生認為應用全英語授課，37.6%的學生認為應運用英、漢語結合授課，3.6%的學生希望用全漢語授課，其他學生認為無所謂。

施工期間，壩內(nèi)水位監(jiān)測手段有限，只在大壩0+196斷面(對應第15塊面板正中間)周邊縫后面安裝有孔隙水壓力計P5，發(fā)現(xiàn)裂縫后每天監(jiān)測該壓力計，12月18日監(jiān)測相應位置壓力水位為156.24 m，當天觀測位于第15塊面板EL153.2的裂縫無明顯滲水，縫面為濕潤狀態(tài)(原來滲水最明顯的裂縫)，印證了P5監(jiān)測面板以后壩內(nèi)水壓力基本準確。

P5監(jiān)測資料顯示，雨季時壩內(nèi)水位在EL162.3以下，壩前水位高于壩內(nèi)水位。壩前抽水時壩體內(nèi)水位在EL157.6，抽水期間壩前水位下降速度為0.8～1.6 m/d，觀測面板前后水壓差為5～7 m，這樣的壓差不會導致面板產(chǎn)生裂縫，但內(nèi)水反壓加大了面板表面的拉應力，加劇了裂縫的發(fā)展，并加大了裂縫區(qū)域面板的變形。面板裂縫位置的凸起變形主要發(fā)生在壩前抽排水期間，這一點從壩0+196斷面(對應第15塊面板正中間)EL161.5位置埋設的面板脫空計可以得到印證，該脫空計監(jiān)測顯示，相應位置11月20日至12月6日發(fā)生向上游方向的明顯變形，這段時間應該是內(nèi)水反壓導致面板發(fā)生較大凸起變形的時間。

4 大壩一期面板裂縫處理

4.1面板裂縫處理方案

鑿除裂縫集中、滲水并明顯凸起變形的面板，加配雙層雙向鋼筋，重新澆筑同標號混凝土。處理區(qū)域：第15塊面板EL151.5～155.5；第16，17塊面板EL152.5～156.5。其他裂縫根據(jù)寬度分別采取鑿槽、混凝土封閉、化學灌漿和表面封閉的方式進行處理[2-3]。根據(jù)面板脫空檢查情況，對面板進行脫空灌漿。

4.2面板裂縫處理施工

混凝土鑿除：先利用手風鉆在鑿除區(qū)域周邊打3排減震孔，再利用液壓錘配合人工鑿除；每塊面板在寬度方向分成3部分，分2期施工，先鑿除兩邊的混凝土，安裝25 b工字鋼支撐，澆筑混凝土，再施工中間部分。

鋼筋制作安裝和混凝土澆筑：按照設計布置雙向雙層鋼筋，澆筑同標號面板混凝土，為了防止新老混凝土之間產(chǎn)生裂縫，在新澆混凝土中加入微量膨脹劑；初凝后進行流水養(yǎng)護。

止水布置：橫縫止水按設計進行恢復施工，為防止新澆筑面板及新老混凝土接合部滲漏，在新澆筑的面板表面鋪設一道土工膜，周邊與縫面表面用止水連接，并在新老混凝土接合部增設一道表面止水。

監(jiān)測儀器安裝：裂縫處理前，在面板布設觀測設施，監(jiān)測裂縫處理過程中面板的變形情況；在新老面板澆混凝土接合部布置5支表面測縫計。

鑿除區(qū)域外的面板裂縫：縫寬在0.2 mm以上的裂縫，采取鑿槽→清縫→環(huán)氧砂漿填縫→騎縫埋設灌漿嘴和回漿嘴→化學灌漿→檢查的工序進行化學灌漿處理；其余細小裂縫采取表面涂刷環(huán)氧封閉膠的方式進行處理[4]。

4.3面板裂縫處理效果

通過表面測縫計進行監(jiān)測，未發(fā)現(xiàn)新老面板混凝土之間產(chǎn)生裂縫，面板內(nèi)部監(jiān)測儀器觀測數(shù)據(jù)正常，未見該區(qū)域有異常變形。水庫試蓄水至該區(qū)域也沒有發(fā)現(xiàn)滲水明顯增加，說明處理是成功的。

5 結束語

(1)根據(jù)大壩填筑料的壓實性能和監(jiān)測資料，分析并保證大壩沉降收斂時間，在大壩沉降趨于穩(wěn)定后實施面板混凝土澆筑，是控制面板裂縫的關鍵[5]。該工程施工時上部壩內(nèi)監(jiān)測儀器安裝滯后，僅進行了短期表面變形觀測，由于防洪度汛形勢嚴峻，搶在主汛前完成了一期面板混凝土澆筑。后期監(jiān)測表明，面板施工后大壩仍存在較大的沉降變形，導致面板產(chǎn)生局部裂縫破壞。

(2)對高面板堆石壩的混凝土面板進行雙層雙向配筋是必要的。對于高面板壩，由于不均勻沉降相對較大，蓄水前容易在中下部面板表面產(chǎn)生較大拉應力，應用期上部面板底部易產(chǎn)生拉應力，所以面板布置雙層鋼筋，在大壩變形過程中增強面板抗裂性能是有效的。

(3)重視水庫蓄水前面板的保護。有效措施就是布置上游鋪蓋和壓重，并宜緊隨面板施工，這樣可以有效減小大壩沉降變形和內(nèi)水反壓時面板表面的拉應力，減緩裂縫的發(fā)展。

[1]王德庫,關志誠,楊立峰,等.小山水電站大壩面板混凝土裂縫測試及處理方案[J].水力發(fā)電,1998,11(5):12-14.

[2]戴樂軍,楊文龍,余仲軍.德澤水庫混凝土面板堆石壩趾板混凝土裂縫處理[J].人民長江,2012,43(4):46-48.

[3]陳文芳.義烏市楓坑水庫堆石壩面板混凝土裂縫處理技術分析[J].水利建設與管理，2011,31(4):9-10.

[4]何積金,王明艷,盧國中.堆石面板壩砼裂縫處理[J].中國科技信息，2010(16):86.

[5]席隆海.水布埡大壩一期面板裂縫分析與處理[J].中國新技術新產(chǎn)品，2010(6):113-114.

TV 641.4

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1674-1951(2017)10-0046-03

2017-03-29；

2017-07-20

(本文責編：劉芳)

黃承斌(1970—)，男，湖北宜都人，高級工程師，從事水利水電項目建設管理方面的工作(E-mail:huangcb@chec.com.cn)。