高混凝土面板堆石壩面板裂縫防治

馮美蘭

（黃岡市白蓮河水庫管理處，湖北 黃岡 438218）

我國對混凝土面板堆石壩的建設，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，在我國取得了突飛猛進的發展，各種類型的混凝土面板堆石壩；如砂礫石壩、軟基（深復蓋層）上的堆石面板壩、軟巖筑壩等，都獲得成功，在實際運行中，效果良好。但對于高在125 m以上的高壩，面板裂縫產生的成因及防治，目前處在研究和探討之中。

1 裂縫產生的成因

混凝土面板堆石壩面板產生裂縫的原因很多，按其結構性能可分為非結構性裂縫和結構性裂縫。

1）非結構性的裂縫。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、時段、防護措施及環境等引起的裂縫。

2）結構性的裂縫。指沉降變形、位移、架空而發生的裂縫。對高面板堆石壩而言，結構性裂縫是主要的因素，是要研究、控制、防治的重點。

面板是長而薄的長條狀混凝土建筑物，它應均勻地攤鋪在墊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力的。墊層料的穩定、密實、沉降對面板變形起著至關重要作用，如墊層料發生沉降、位移、流失、脫空，必將導致面板開裂、破碎和位移。因此，大壩填筑用料的質量和筑壩施工質量，是關系到面板變形，大壩長期穩定、安全運行的首要條件和主要因素。

2 結構性裂縫的防治和控制

當壩址選定后，對壩址區域內筑壩用料的料場，要盡可能多做比較選擇，在經濟成本和安全質量作比較時，應把安全質量作為終選依據。施工方法要嚴格要求，如對填筑區內的基礎處理、岸坡清理、填筑分期分區、施工技術參數、施工機構組織、施工時段、施工環境等，均應有嚴格的標準與指標。目的只有一個，增大密實度，減少孔隙率，使其在面板澆筑之前，大壩達到最大的沉降值，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面的處理，著重在迎水面以下壩厚約1/3處（不全是）范圍內進行嚴格處理，其它區域，如有較厚的砂礫石覆蓋層，一般不全部挖除，只做壓實度或孔隙率檢測，基礎滿足設計要求后即可作為建基面。但對高面板堆石壩的建基面，要全面進行認真處理，高面板堆石壩的填筑區基礎，應落實在河床強風化巖層上。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的設計與施工，并設計好面板及有關接縫的止水，確保施工質量，以適應壩體變形，減少滲水量。從建基面基礎處理上，就要防止和減小基礎造成的沉降。

2.2 筑壩材料及施工工藝控制

筑壩材料，以選用新鮮、堅硬、比重大、抗壓強度大且易開采，能滿足設計級配要求的填料為好。

以某工程為實例：壩料巖性為白云巖，比重為2.81 g/cm3。設計要求：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，級配也能滿足設計要求，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自行式震動碾碾壓6遍，主堆石料鋪厚為每層80 cm，用25 t牽引式震動碾碾壓8遍。經挖坑取樣分析，干容重、孔隙率、P5含量及含泥量均能滿足設計要求。

從以上實例可以看出，對高面板堆石壩的壩體填筑，設計方面提高了要求，對填筑料進行了嚴格的控制，施工方面經過努力，組織施工機械優化組合，也能達到設計所提出的技術要求參數，滿足了設計意圖。

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、過渡區、主堆區和次堆石區組成；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，一般都是要分期分區進行，進行均衡生產。

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

筆者認為，在完成臨時擋水斷面之后，在剩下的填筑斷面上，應自上游向下游方向按主堆石層厚，分層波浪式的填筑，根據工程實際狀況，波浪式分層以1～2個主堆石層厚為宜。盡量做到在同一高程上的大壩筑料在同一時段填筑，使之同時整體均勻沉降，保證填筑之間的密實結合，減少不均勻沉降發生。

2.4 迎水面的臨時保護

高壩填筑期間的迎水面保護，有部分工程采用“擠壓邊墻”的方法，此種方法加快了施工進度，減少了墊層斜坡面的削坡、斜坡碾壓和斜坡保護，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左右寬的區域，振動碾碾壓不密實，用其它方法也達不到振動碾碾壓的效果，給整體沉降帶來不利因素，容易造成面板下面局部架空現象。據統計資料顯示，采用“擠壓邊墻”作為墊層料斜坡保護施工方式，在已建成的2個工程中，面板均出現了裂縫。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，應在大壩防浪墻基礎高程以下填筑完成，還需經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，根據發電的要求，可以定在發電死水位以上5 m左右處，待大壩壩體填筑到防浪墻基礎高程后，利用墊層料坡面上保護層，在汛期可部分蓄水，先發電，到枯水期后，再澆筑第2期面板。這樣，可利用施工期內的汛期，先發電創效益，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造條件。

根據工程的實際需要，第1期面板澆筑的高程，也可以定在臨時渡汛擋水斷面以上某處。同理，待大壩壩體填筑完成，經過沉降期后，再澆筑第2期面板。目的都是增加在施工期內的沉降期，讓大壩壩體整體沉降達到最大值，減小沉降對面板裂縫產生影響。

3）縫間處理。面板施工是分塊澆筑的，塊與塊間，塊與趾板間設有結構縫，面板周邊及受拉應力區域為受拉縫，設置了止水片和嵌縫充填物，保證了面板在受拉應力作用時，保護面板不被拉開和漏水。但在目前，受壓應力縫內設置了抗（防）擠壓的措施不多，大多數混凝土面板堆石壩面板上的拉應力縫和壓應力縫，在設計和施工上是一樣的，受壓應力縫內，沒有設置面板在受到擠壓變形時的伸縮空間。因高面板壩的面板部分變形較大，在受壓應力縫處有隆起現象，可在壓應力縫內設置防擠壓設施（或措施），防止面板在壓應力的作用下隆起或抬動變型。

2.6 利用料

在部分面板堆石壩工程中，一般在壩軸線以下，浸潤線以上某一高程處，設置“利用料”區（中低壩有時也叫次堆石料區），盡量利用一些強度稍低的開挖料。利用軟巖筑壩，在高面板堆石壩工程中引用（如天生橋一級），雖說充分利用了其它水工建筑物的開挖料，進行挖填平衡，大大降低筑壩成本，經濟效益明顯。但對大壩安全穩定、面板產生裂縫有一定的影響。因為在高面板堆石壩填筑區，設置了這樣一個“利用料”區后，利用料的料質與主堆石料的料質不同，其比重、干容重、壓實度也不相同，其施工參數也不相同，那么，產生的沉降量、位移值也會不一樣。在高面板堆石壩壩體內，設不設“利用料”區，設置在什么部位較合適，又以多大為宜，才不會讓大壩產生“擺頭”現象，而把因沉降引起的面板裂縫的因素降到最低。需要經過周密的試驗和論證，得出結論后再決定。

2.7 “壩山”結合部施工控制

在面板堆石壩壩體填筑施工中，在“壩山”結合部，壩軸線以上要用細顆粒料（一般采用過渡料）填筑，設計規范規定寬度為1～2 m。而施工技術參數采用其下限1 m寬。在實際條件下，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，也不好上大型振動碾碾壓，采用其它方法夯實，不但費時費力，也不密實。在這樣的部位和比較難的施工地方，施工質量往往難以保證，甚至會產生質量缺陷。因此，必須按設計和規程規范要求，做好“壩山”結合部施工填筑的質量控制工作。

3 結語

由于混凝土面板堆石壩有許多優點，非常適合我國的國情，在我國它的應用與發展比混凝土壩要快得多，有些問題的發生，往往在短期內得不到足夠的驗證，也會出現一些始料不及的問題。如對于高面板壩因沉降引起面板裂縫的現象，不論怎樣提高壓實度，減小孔隙率，總還是有一個限度，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，對于這個現象，有人把它歸結到“高壩效應”。是否有“高壩效應”，讓主沉降期內的沉降達到最大值的沉降時間，流變對面板產生裂縫的影響程度，有沒有內在規律可循，新技術、新材料、新工藝的應用的論證做的是否充分，是否忽略了其負面作用等等，這許許多多的問題，需要去研究、探索、試驗，逐步完善面板壩技術的發展。