夾巖水利樞紐工程混凝土面板防裂技術(shù)

馬現(xiàn)軍 李威威 楊歲明 林宏

摘要：對夾巖水利樞紐工程混凝土面板堆石壩面板防裂技術(shù)進行了探索與實踐。在設(shè)計上采用擠壓邊墻技術(shù)、合理分縫、增加壩體荷載和使用摻合料等措施。在混凝土面板配合比設(shè)計時，選取了水化熱較低的水泥和優(yōu)質(zhì)混凝土減水劑，并采用優(yōu)質(zhì)的粉煤灰作為混凝土摻和料，在滿足設(shè)計強度的前提下盡量降低混凝土膠凝材料的用量。在施工時采取了施工時機選擇、壩頂拌和系統(tǒng)布置、無軌滑模設(shè)計等措施。大壩澆筑完畢后，一期面板共發(fā)現(xiàn)58條裂縫，都屬于A類裂縫;大壩二期面板尚未發(fā)現(xiàn)裂縫。

關(guān)鍵詞：高面板堆石壩;防裂技術(shù);混凝土面板;混凝土配合比設(shè)計;夾巖水利樞紐工程;貴州省

中圖法分類號：TV641.43文獻標志碼：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2020.09.022

Abstract： The slab crack prevention technology was explored and practiced in construction of concrete faced rock fill dam of the Jiayan Hydro-complex Project. In the engineering design， the measures of extrusion side wall， reasonable joint design， increasing dam body load and use of admixtures were employed. In the design of the mixture ratio of concrete slab， the cement with low-hydration heat and high quality concrete water reducer were adopted， and qaulified fly ash was used as admixture to reduce the cementing material amount as much as possible under the design strength. The construction timing， arrangement of mixing system on the dam top and design of trackless slipform are introduced. After the dam construction completion， 58 cracks were found in the Phase I slab， all of which were class-A cracks according to the regulation and no crack was found in the Phase II slab.

Key words： high faced rock fill dam; concrete slab; design of the mixture ratio of concrete; crack prevention measures; Jiayan Hydro-complex Project; Guizhou Province

Study of fast mixing technique of cushion materials of Jiayan Hydro-complex Project

從20世紀80年代中期起，我國開始采用現(xiàn)代技術(shù)修建混凝土面板堆石壩[1]，混凝土面板堆石壩工程得到了快速發(fā)展，但混凝土面板防裂問題仍是混凝土面板堆石壩的重要研究課題之一?；炷撩姘逯饕薪Y(jié)構(gòu)性裂縫和非結(jié)構(gòu)性裂縫兩類[2]。為盡量避免在夾巖水利樞紐工程（以下簡稱“夾巖工程”）中產(chǎn)生上述兩類裂縫，主要從控制面板和墊層之間脫空、減少因混凝土施工不當或混凝土收縮造成的裂縫等方面著手，以達到混凝土面板防裂的目的。

夾巖工程混凝土面板堆石壩最大壩高154.00 m，壩頂高程為1 328.00 m，壩頂長424.26 m、寬10.00 m。大壩面板為C30W12F100鋼筋混凝土防滲面板，面板厚度t按公式t=0.4+0.0035H線性變化，其中H為計算斷面至面板頂部的垂直距離，底部最厚為923 mm，頂部厚為400 mm，最大斜長為259.12 m，面板內(nèi)布置雙層雙向鋼筋。

1 設(shè)計措施

1.1 擠壓邊墻技術(shù)

夾巖工程大壩上游坡面與混凝土面板之間采用擠壓邊墻固坡，擠壓邊墻標準斷面為頂寬100 mm，底寬660 mm，層高400 mm，上游坡比為1∶1.4的直角梯形。通過不斷的優(yōu)化調(diào)整，擠壓邊墻快速施工技術(shù)得到了良好的運用[3]。

在面板混凝土施工前，人工沿面板垂直縫將止水銅片底部的擠壓邊墻鑿斷，以減少擠壓邊墻對面板混凝土的約束;采用M5砂漿對坡面進行整修，然后噴涂“三油兩砂”乳化瀝青，進一步減少擠壓邊墻對面板混凝土的約束。

1.2 合理分縫

為適應(yīng)壩體變形，大壩面板共分為46塊，其中大壩河床受壓區(qū)6塊，每塊寬12.0 m，縫間設(shè)置7條垂直壓性縫;兩岸岸坡受拉區(qū)40塊，每塊寬8.0 m，縫間設(shè)置38條垂直張性縫。因最大壩高超150 m，通過面板應(yīng)力變形三維有限元分析，結(jié)合大壩壩體填筑強度、混凝土面板澆筑強度等多種因素，在高程1 254.00 m將面板分成兩期進行施工，縫間設(shè)置水平施工縫輔助止水系統(tǒng)[4]。

1.3 增加壩體荷載

大壩壩體填筑至高程1 254 m（一期面板頂高程）后，繼續(xù)將壩體全斷面填筑至高程1 266 m;壩體填筑至高程1 324.61 m（二期面板頂高程）后，采用擠壓邊墻+過渡料回填的方式對壩頂進行加高處理，加高40 cm，以上兩種措施均通過增加壩體頂部荷載，便于后期壩體沉降。

1.4 使用摻和料

大壩面板混凝土中摻入15%的Ⅱ級粉煤灰和1.0 kg/m3的聚丙烯纖維。混凝土中摻入粉煤灰有利于降低混凝土溫升，推遲最大溫度峰值出現(xiàn)的時間，對大體積混凝土結(jié)構(gòu)抗裂防滲較為有利;摻入聚丙烯纖維不僅有利于提高面板混凝土的抗裂、限裂性能，而且可以提高混凝土的整體性、耐久性[5]。

2 混凝土配合比設(shè)計

混凝土配合比設(shè)計直接影響混凝土質(zhì)量和是否產(chǎn)生裂縫，在夾巖工程面板混凝土配合比設(shè)計時，選取了水化熱較低的水泥和優(yōu)質(zhì)混凝土減水劑，并選取優(yōu)質(zhì)的粉煤灰作為混凝土摻和料。依據(jù)DL/T 5330-2015《水工混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》[6]，并通過一元二次線性回歸方程計算，在滿足設(shè)計強度的前提下盡量降低混凝土膠凝材料的用量。

2.1 大壩一期面板混凝土配合比設(shè)計

夾巖工程大壩一期面板施工配合比設(shè)計工作于2018年3月28日開始，并于2018年10月3日完成，最終形成了3個面板混凝土推薦配合比，防裂劑摻量均為8%，坍落度分別為70～90，50～70，30～50 mm，均通過了第三方試驗室復(fù)核，混凝土抗壓強度、抗凍、抗?jié)B性能滿足設(shè)計技術(shù)要求。通過對比分析現(xiàn)場施工運距等情況，大壩一期面板采用坍落度為50～70 mm的混凝土配合比，見表1。

2.2 面板模擬試驗

大壩一期面板澆筑完成后，在混凝土養(yǎng)護期間發(fā)現(xiàn)了較多的裂縫，主要集中在大壩中部。為進一步分析大壩一期面板裂縫產(chǎn)生的原因，按一定比例復(fù)制面板模型，模擬四周受約束條件下面板變形和裂縫的產(chǎn)生情況，以此為基礎(chǔ)分析在不同約束條件下面板Ⅰ序、Ⅱ序裂縫產(chǎn)生的情況，判斷大壩一期面板裂縫產(chǎn)生的原因，從而在大壩二期面板施工時采取有效應(yīng)對措施。大壩面板試驗區(qū)混凝土配合比見表2。

初步分析表明：試驗區(qū)混凝土未出現(xiàn)裂縫，結(jié)合大壩一期面板裂縫均為小于0.2 mm的表觀裂縫，此次試驗與大壩一期面板Ⅰ序混凝土施工時的氣溫明顯小于出現(xiàn)裂縫的7塊Ⅱ序塊施工的平均氣溫。初步斷定大壩一期面板裂縫為溫度表觀裂縫，由澆筑時環(huán)境氣溫較高、晝夜溫差較大導(dǎo)致。

2.3 大壩二期面板混凝土配合比設(shè)計

根據(jù)大壩一期面板混凝土施工經(jīng)驗，施工過程中采用坍落度為50～70mm混凝土配合比較為理想。同時對比面板模擬試驗情況，大壩面板試驗區(qū)的5塊試驗混凝土均未發(fā)現(xiàn)裂縫，因此，決定大壩二期面板混凝土取消VF防裂劑摻入，并對混凝土配合比進行優(yōu)化調(diào)整。大壩二期面板混凝土配合比見表3。

3 施工措施

3.1 施工時機選擇

2018年9月29日大壩壩體縱上0+050至上游擠壓邊墻已填筑至高程1 254 m（一期面板頂高程），壩體總體預(yù)沉降時間約為5.3個月;根據(jù)壩體沉降觀測成果，一期面板附近壩體沉降速率為4.53mm/月（<5mm/月），滿足規(guī)范要求，具備一期面板澆筑條件。

2019年8月28日大壩壩體全斷面填筑至高程1 324.61 m（二期面板頂高程），壩體總體預(yù)沉降時間約為6.1個月;根據(jù)壩體沉降觀測成果，一期面板附近壩體沉降速率為4.45mm/月（<5mm/月），滿足規(guī)范要求，具備二期面板澆筑條件。

3.2 壩頂拌和系統(tǒng)布置

基于面板裂縫發(fā)生機理，為減少混凝土的塑形收縮量，要求面板混凝土拌和物在滿足強度和施工度的前提下，盡量減少膠凝材料的用量。同時，由于面板混凝土對入溜槽、入倉混凝土拌合物的坍落度、和易性等要求較高，為有效降低混凝土運輸過程中的坍落度損失，使入倉坍落度得到精準控制，在大壩壩頂高程1 266 m和1 325.0 m預(yù)留平臺布置1座混凝土拌合系統(tǒng)，用于大壩面板一、二期面板混凝土的拌制。根據(jù)面板澆筑強度確定生產(chǎn)能力，其運輸距離約為50～500 m，從而最大限度地減少了運輸中坍落度損失，使拌和系統(tǒng)拌制混凝土?xí)r可采用較低坍落度的設(shè)計配合比。

3.3 無軌滑模設(shè)計

（1）大壩單塊面板設(shè)計為寬12 m和8 m 2種規(guī)格，為方便現(xiàn)場施工，將滑模設(shè)計成可拆卸滑模，每臺滑模長14 m，寬1.2 m，其中，滑模主體部分長10 m，兩端可拆卸部分各長2 m，施工時根據(jù)面板寬度進行現(xiàn)場拼裝。

（2）在滑模主體內(nèi)設(shè)置集水箱，通過沖、放水來調(diào)整滑模整體自重，在施工中可根據(jù)現(xiàn)場混凝土浮托力變化及時調(diào)整自重，以保證滑模在滑升過程中不出現(xiàn)“抬?！爆F(xiàn)象。

（3）為配合面板的二次抹面工藝，在滑模主體下方設(shè)置可調(diào)二次抹面平臺，平臺通過兩臺手拉葫蘆與滑模主體連接，可根據(jù)脫模后混凝土初凝時間調(diào)整抹面平臺與滑模主體間的距離，以便控制二次抹面時間。同時，在抹面平臺兩端布置鋼絲繩作為保險裝置。

3.4 其他施工措施

（1）當環(huán)境氣溫較高時，選擇在溫度較低的天氣或夜間進行混凝土澆筑，避開高溫時段。

（2）施工期間，從拌和系統(tǒng)配合比、攪拌時間、等待時間等方面嚴格控制入倉混凝土坍落度，并加大坍落度和溫度的檢測頻次，入倉坍落度控制在5 cm以內(nèi)。

（3）當高溫天氣澆筑混凝土?xí)r，安排專人與拌和站進行溝通協(xié)調(diào)，隨要隨拌，盡量減少運輸過程中的等待間隙時間及混凝土料“壓車”現(xiàn)象，縮短混凝土從拌和站到入模的運輸時間及澆筑時間。

（4）利用其他拌和系統(tǒng)的水泥罐和粉煤灰罐進行水泥的備用預(yù)存，在混凝土澆筑期間采用水泥罐車進行倒運，盡可能降低水泥溫度。

（5）拌和系統(tǒng)的砂石骨料倉設(shè)置遮陽棚，避免因日照造成骨料溫度升高。

（6）在混凝土澆筑過程中，在溜槽上部采用彩條布進行覆蓋遮擋、滑模及抹面臺車設(shè)置遮陽篷，避免因日照混凝土溫度升高。

3.5 養(yǎng) 護

在混凝土脫模后終凝前，及時采用塑料薄膜覆蓋保濕，初凝后揭除薄膜并采用土工布覆蓋，通過預(yù)埋鐵絲將土工布固定在面板混凝土上。

采用移動式膠管人工灑水，整塊面板澆筑完成后用花管長流水養(yǎng)護，并采取人工局部補灑。養(yǎng)護鋼管通過右岸高位水池供水。一期面板混凝土養(yǎng)護不少于90 d，二期面板混凝土養(yǎng)護至下閘蓄水。

3.6 二期面板施工增加控制措施

（1）在壩頂高位水池處采用遮陽網(wǎng)對該水池進行覆蓋，避免因日照造成的水溫升高。

（2）為防止高溫天氣時混凝土溫度升高，在中石、小石倉布置噴淋水管，采取噴淋降溫，降低骨料溫度[7]。

（3）增加水泥冷卻時間和轉(zhuǎn)存能力。

4 結(jié) 語

2020年5月12日，夾巖工程混凝土面板堆石壩面板已全部澆筑完成。大壩一期面板共發(fā)現(xiàn)58條裂縫，最大縫寬0.14 mm（縫長8 m），所有裂縫縫寬δ<0.2 mm、縫深h≤300 mm。根據(jù)DL/T 5251-2010《水工混凝土建筑物缺陷檢測和評估技術(shù)規(guī)程》[8]中“5.2.2 混凝土裂縫分類”的規(guī)定，都屬于A類裂縫，面板底部尚無脫空現(xiàn)象。大壩二期面板尚未發(fā)現(xiàn)裂縫。

參考文獻：

[1] 蔣國澄. ?混凝土面板堆石壩的回顧與展望[C]//中國水電100年（1910-2010）. 北京：中國水力發(fā)電工程學(xué)會，2010：203-209.

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[4] 管志保，魯思遠，任慶鈺，等. 夾巖水利樞紐工程高面板堆石壩面板應(yīng)力分析及施工分期[J]. 水利水電快報，2019，40（6）：58-62.

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[6] DL/T 5330-2015 水工混凝土配合比設(shè)計規(guī)程[S].

[7] 任小朝，閆曉云. 高面板壩面板混凝土防裂質(zhì)量控制要點[J]. 陜西水利，2009（S1）：37-38.

[8] DL/T 5251-2010 水工混凝土建筑物缺陷檢測和評估技術(shù)規(guī)程[S].

（編輯：李 慧）