某水利樞紐工程壩體防滲結(jié)構(gòu)

韓春蘭 畢慶宏

(雞西市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)所，黑龍江 雞西158100)

0 概述

目前，國(guó)內(nèi)外碾壓混凝土壩的防滲型式主要有“金包銀”式防滲結(jié)構(gòu)，常態(tài)混凝土薄層防滲結(jié)、鋼筋混凝土面板防滲結(jié)構(gòu)、薄膜防滲結(jié)構(gòu)、瀝青混合料防滲結(jié)構(gòu)和碾壓混凝土自身防滲結(jié)構(gòu)等幾種。

就厚常態(tài)混凝土(金包銀)防滲結(jié)構(gòu)和碾壓混凝土自身防滲結(jié)構(gòu)做重點(diǎn)比較。

1 兩種防滲結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 二級(jí)配碾壓混凝土加變態(tài)混凝土防滲結(jié)構(gòu)

根據(jù)《碾壓混凝土壩設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL314-2004)并參考國(guó)內(nèi)類似壩高的工程，上游二級(jí)配碾壓混凝土厚度大于1/5、的壩面水頭，并因壩前作用水頭而變化，沿高度呈臺(tái)階狀布置。

本水利樞紐工程壩體二級(jí)配碾壓混凝土厚自壩頂高程745.50~706.50m 為 4.0m， 高程 706.50~672.00m 為 6.0m,672.00~壩底從 6.0m厚度漸變至8.0m。

675m高程以上二級(jí)配碾壓混凝土強(qiáng)度標(biāo)號(hào)為R180200，抗?jié)B等級(jí)W10，抗凍等級(jí)F300；675m高程以下二級(jí)配碾壓混凝土強(qiáng)度標(biāo)號(hào)為R180200,抗?jié)B等級(jí)W10，抗凍等級(jí)F100；壩體內(nèi)部采用三級(jí)配碾壓混凝土，防滲層橫縫間距與壩體分縫間距一致，為15m，縫內(nèi)設(shè)置橫縫排水管。在二級(jí)配碾壓混凝土下游側(cè)設(shè)置水廊道及壩體排水管。

變態(tài)混凝土的厚度規(guī)范定宜為30~50m，最大厚度不宜大于100cm。本工程壩體迎水面變態(tài)混凝土厚0.6~1.0m,變態(tài)混凝土與二級(jí)配碾壓混凝土同步澆筑。二級(jí)配碾壓混凝土層面均采取鋪水泥粉煤灰凈漿，縫面鋪標(biāo)號(hào)為M25、厚度為1~1.5cm的水泥砂漿，以加強(qiáng)層面及縫面結(jié)合的可靠性。

1.2 “金包銀”式防滲結(jié)構(gòu)

參考國(guó)內(nèi)類似壩高的工程，常態(tài)混凝土厚度白壩頂745.50~675.0m 高程厚度為 3.0m,675.0~壩底厚度為 4.0m,675m 高程以上常態(tài)混凝土強(qiáng)度標(biāo)號(hào)為R90200，抗?jié)B等級(jí)W10，抗凍等級(jí)F300；675m高程以下常態(tài)混凝土強(qiáng)度標(biāo)號(hào)為R90200，抗?jié)B等級(jí)W10，抗凍等級(jí)F100；壩體內(nèi)部采用三級(jí)配碾壓混凝土，防滲層橫縫間距與壩體分縫間距—致，為15m。在常態(tài)混凝土下游側(cè)設(shè)置排冰廊道及排冰管。

下游壩面655.0高程以下設(shè)置厚2.0m的常態(tài)混凝土，強(qiáng)度標(biāo)號(hào)為R90200,抗?jié)B等級(jí)Wl0，抗凍等級(jí)F300，并在內(nèi)側(cè)沒橫縫排水及壩排水管。

2 兩種防滲型式比較

就兩種防滲結(jié)構(gòu)物理學(xué)性能而言，實(shí)驗(yàn)室及工程實(shí)踐均能證明常態(tài)混凝土和二級(jí)配碾壓混凝土在密度、抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、彈模、極限拉仲值和抗剪斷參數(shù)等方面均能艮好地滿足設(shè)汁要求。

本工程就兩種滲型式從防滲體的抗?jié)B性、抗裂性、抗凍性、施工、投資等方面進(jìn)行比較、以選擇適合本工程特點(diǎn)的防滲型式。

2.1 抗?jié)B性

2.1.1 二級(jí)配碾壓混凝土的抗?jié)B性

上游防滲體采用富膠凝材料的二級(jí)配碾壓混凝土，并在上游面輔以變態(tài)混凝土，經(jīng)工程實(shí)踐證明是非常有效的，碾壓混凝土各項(xiàng)指標(biāo)均能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，混凝土很密實(shí)，層面結(jié)合良好，其防滲標(biāo)號(hào)可以達(dá)到 W8-W12(相當(dāng)于滲透系數(shù) 2.6×10-9cm／s~1.3×l0-9cm／s)，甚至更高。

2.1.2 “金包銀”防滲結(jié)構(gòu)的抗?jié)B性

“金包銀”是在壩體的上下游面設(shè)1.5~4.0m厚的常態(tài)混凝土作為防滲體，這種防滲型式類似于常態(tài)混凝土壩，上游常態(tài)混凝土防滲層是整個(gè)壩體的防滲屏障。

常態(tài)混凝具有很好的抗?jié)B性，混凝土經(jīng)振搗后各項(xiàng)性能容易達(dá)到設(shè)計(jì)要求，其結(jié)構(gòu)密實(shí)；常態(tài)混凝土澆筑與碾壓混凝土同步上升，常態(tài)混凝土中沒有薄層面，只有升程之間的縫面(施工縫)，而施工縫處理方法漸漸成熟，因而防滲層混凝土的強(qiáng)滲透各向均一。只要控制好防滲層常態(tài)混凝土的溫控防裂問題，“金包銀”防滲效果與常態(tài)混凝土壩相似，防滲性能良好。

2.2 抗凍性

2.2.1 二級(jí)配碾壓混gL-k的抗凍性

碾壓混凝土的抗凍性與常態(tài)混凝土一樣，主要取決于硬化混凝土的強(qiáng)度及混凝土內(nèi)部的氣泡性質(zhì)，提高混凝土的強(qiáng)度等級(jí)，降低混凝土的滲透性，可以提高其抗凍性，但不是主要措施。摻用引氣劑是提高混凝土抗凍性的有效措施。

與常態(tài)混凝土相比，碾壓混凝土水泥漿含量少，較為干硬，加入相同引氣劑摻量時(shí)，不容易形成大量致密、穩(wěn)定的氣泡，加上粉煤灰具有消泡作用，混凝土達(dá)不到所要求的含氣量，但是通過加大引氣劑摻人量可以使含氣量達(dá)到最佳含氣量(經(jīng)驗(yàn)表明：當(dāng)粉煤灰摻量達(dá)到30-50%時(shí)，為達(dá)到4%~5.5%的含氣量，引氣劑的摻量是常態(tài)混凝土的8~10 倍)。

室內(nèi)試驗(yàn)以及石門子、龍首工程實(shí)踐證明，通過加大引氣劑摻量可以使碾壓混凝土的含氣量4%~5%(最佳含氣量)，可以配制出抗凍等級(jí)大于等于F300的混凝土，以滿足工程需求。

2.2.2 “金包銀”防滲結(jié)構(gòu)的抗凍性

就常態(tài)混凝土而言，產(chǎn)摻加一定的引氣劑很容易達(dá)到要求的含氣量，混凝土經(jīng)過攪拌氣泡分布均勻，抗凍性相對(duì)較好。

2.3 施工

2.3.1 二級(jí)配+態(tài)混凝土防滲方案施工

采用單一的碾壓混凝土壩施工方法，減少了施工干擾，為實(shí)現(xiàn)全斷面碾壓混凝土創(chuàng)造了條件，變態(tài)混凝土防滲是在壩體上游畫一定的范圍內(nèi)，碾壓凝土攤鋪施工中鋪灑適量的水泥漿，使該處的混凝土變成具有坍落度的類似常態(tài)混凝土，然后用人工插入式振搗器振搗。

2.3.2 “金包銀”防滲方案施工

“金包銀”防滲形式推薦的施工方案為：常態(tài)混凝土與碾壓混凝土同步澆筑，先澆筑一層厚0.3m的常態(tài)混凝土，在澆筑碾壓混凝土，碾壓混凝土層厚為0.3m。兩種混凝土均采用薄層同步上升，雖然施工干擾較大，但由于實(shí)現(xiàn)兩種混凝土同步上升，不會(huì)形成交界薄弱或是冷縫面，有利于壩體的安全。

2.4 投資

本工程隊(duì)兩中國(guó)防滲結(jié)構(gòu)分別計(jì)算工程量，并進(jìn)行投資分析，“金包銀”防滲結(jié)構(gòu)壩體直接費(fèi)比二級(jí)配碾壓混凝土防滲結(jié)構(gòu)壩體直接費(fèi)多出920萬(wàn)元，而且“金包銀”尚未計(jì)施工干擾引起的費(fèi)用增加。

3 比較結(jié)論

從抗?jié)B性來(lái)看，“金包銀”具有較好的防滲能力；對(duì)于二級(jí)配碾壓混凝土防滲，根據(jù)目前的實(shí)驗(yàn)成果及工程實(shí)踐，已經(jīng)建成的幾座碾壓混凝土壩氣鉆孔混凝土芯樣的滲透系數(shù)均達(dá)到了10-9~10-10cm／s，甚至更高，完全能夠滿足高壩的防滲要求。

從防滲層與壩體內(nèi)部這兩種混凝土的結(jié)合來(lái)看，兩種防滲結(jié)構(gòu)型式均能實(shí)現(xiàn)兩種混凝土結(jié)合良好，但“金包銀”施工干擾太大，施工工藝復(fù)雜。

從抗凍性來(lái)看，兩種防滲結(jié)構(gòu)均能滿足建筑物的抗凍設(shè)計(jì)要求，但常態(tài)混凝土粉煤灰摻量相對(duì)較少，且經(jīng)拌和機(jī)攪拌，氣泡分布均勻，抗凍性能相對(duì)較優(yōu)；摻加引氣劑的二級(jí)配碾壓混凝土可以達(dá)到4%-5%的最佳含氣量，也具有良好的抗凍性。

從施工來(lái)看，“金包銀”施工干擾太大，需要增加工序，施工工藝相對(duì)復(fù)雜，施工工序甚至超過了常態(tài)混凝土壩，對(duì)碾壓混凝土施工干擾大，難以充分發(fā)揮碾壓混凝土快速施工的優(yōu)勢(shì)；二級(jí)配碾壓混凝土防滲型式施工方法單一，有利于快速施工。

從投資來(lái)看，二級(jí)配碾壓混凝土防滲型式較省。

經(jīng)過以上比較，根據(jù)本工程壩址氣候條件惡劣、工期要求緊的特點(diǎn)，防滲體抗裂性和施工進(jìn)度是影響防滲結(jié)構(gòu)型式選擇最關(guān)鍵因素，由于二級(jí)配碾壓混凝土更有利于溫控防裂，施工干擾少，投資較省，且抗?jié)B性，抗凍性完全可以滿足投資設(shè)計(jì)要求，因此本工程初步推薦的防滲結(jié)構(gòu)為二級(jí)配碾壓混凝土戶史態(tài)混凝土防滲。

4 結(jié)語(yǔ)

二級(jí)配碾壓混凝土與變態(tài)混凝上聯(lián)合防滲結(jié)構(gòu)具有防滲性能可靠，施工方便，造價(jià)較低等優(yōu)勢(shì)，充分發(fā)揮碾壓混凝土壩快速施工的特點(diǎn)，已成為我國(guó)碾壓混凝上壩防滲結(jié)構(gòu)的發(fā)展方向。