積石峽面板壩混凝土面板防裂措施

王思德

（青海黃河上游水電開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司 青海 西寧 810001）

1 工程簡(jiǎn)介

積石峽水電站位于青海省循化縣與民和縣交界的黃河干流上，是黃河上游規(guī)劃的第五座大型梯級(jí)電站。該電站擋水建筑物為混凝土面板堆石壩，壩頂高程1861m，壩頂長(zhǎng)度314.288m，寬度9.80m，最大壩高103m。大壩上游坡比1∶1.4，下游設(shè)“之”字型馬道，馬道間壩坡上部為1∶1.4，下部為1∶1.3。

壩體填筑分區(qū)從上游至下游依次為墊層料2A（周邊縫處為特殊墊層料2B）、過(guò)渡料3A、排水料3E、主堆石壩料3BⅠ、3BⅡ、下游堆石料3C及下游卵石護(hù)坡3D，其中2A、2B、3A和3E均為砂卵石篩分料，主、次堆石料3BⅠ、3BⅡ、3C均為左、右岸壩區(qū)開(kāi)挖料。壩內(nèi)設(shè)“L”型排水區(qū)，其中垂直排水區(qū)位于過(guò)渡料3A與主堆石料3BⅠ之間，水平排水區(qū)底部高程為1785m，高4m。

2 混凝土面板防裂措施

我國(guó)湖北、浙江、云南等地有多座面板堆石壩的混凝土面板沒(méi)有裂縫，至少是水庫(kù)蓄水前面板沒(méi)有發(fā)現(xiàn)裂縫[1]，但西北高寒地區(qū)已建面板堆石壩的混凝土面板都有裂縫[2,3]。除施工因素外，可能與冬季嚴(yán)寒，春秋季（混凝土面板澆筑季節(jié)）晝夜溫差大和氣候干燥等自然條件有關(guān)[3]。

本文所述的“防裂”措施并非要求一條裂縫也不出現(xiàn)，而是通過(guò)采取各種工程措施，盡量減少面板的裂縫，減少或防止出現(xiàn)貫穿面板厚度的結(jié)構(gòu)性裂縫，提高混凝土面板的耐久性，使工程能長(zhǎng)久地安全運(yùn)行。

2.1 提高壩體填筑密實(shí)度措施

2.1.1 鋪料厚度控制

控制措施是：①在左、右兩側(cè)貼坡混凝土上用紅漆標(biāo)注填筑高程和填筑層高度的橫線；②3B區(qū)、3C區(qū)進(jìn)占法鋪料時(shí)在推土機(jī)前緣用測(cè)尺控制鋪層厚度；③2A、2B、3A、3F區(qū)控制20t自卸車(chē)的卸料間距，以保證壩料攤鋪厚度；④主、次堆石區(qū)大面用全站儀控制鋪料厚度。

2.1.2 碾壓遍數(shù)控制

控制振動(dòng)碾碾壓遍數(shù)主要采取以下三項(xiàng)措施：①明確每臺(tái)振動(dòng)碾的作業(yè)區(qū)域；②錯(cuò)位法碾壓時(shí)檢查振動(dòng)碾的壓痕，每次錯(cuò)位不能大于25cm；③對(duì)于重復(fù)碾壓的部位，采用設(shè)專人翻牌的方法控制碾壓遍數(shù)：碾壓一遍翻一次記分牌，待記分牌上達(dá)到“8”時(shí)，才允許振動(dòng)碾移位。移位時(shí)重復(fù)碾壓寬度不小于20cm。這雖是個(gè)笨辦法，卻是保證碾壓遍數(shù)最有效的方法。

2.1.3 采用壩前加水為主、壩面加水為輔的壩料加水措施

本工程大壩主、次堆石料均取自上游周轉(zhuǎn)料場(chǎng)，壩料加水主要采用壩前加水方式，即在過(guò)磅后、進(jìn)入壩體前的適當(dāng)位置設(shè)一處噴淋式加水站，運(yùn)料車(chē)在噴淋水管下暫停，加水15s后運(yùn)走，加水量約0.75m3，加水率約為壩料體積的5%，加水比較均勻，從壩上卸料情況看，壩料基本濕潤(rùn)。

對(duì)于從下游供料的墊層料、過(guò)渡料、排水料等采用灑水車(chē)灑水，堆石區(qū)在碾壓前一般再用灑水車(chē)進(jìn)行一次輔助灑水。從碾壓后各區(qū)壩料干密度檢查坑挖出的壩料觀察，坑內(nèi)壩料都呈濕潤(rùn)狀態(tài)，反映壩料灑水已經(jīng)充分。

2.2 施工期壩體充水浸泡，加速壩體沉降穩(wěn)定

上游已建成公伯峽面板堆石壩水庫(kù)蓄水后壩體觀測(cè)資料反映：壩體沉降主要位于壩內(nèi)浸潤(rùn)線以下部位，浸潤(rùn)線以下壩料壓縮率為浸潤(rùn)線以上干燥區(qū)壩料壓縮率的6倍[4]。由此決定積石峽大壩在施工期也進(jìn)行泡水，讓其在水庫(kù)蓄水后浸潤(rùn)線以下的壩料提前在施工期基本沉降完畢。蓄水后壩體沉降量小了，面板的變形也相應(yīng)減小，有利于減少和防止面板裂縫的發(fā)展。

（1）壩體浸泡時(shí)機(jī)的選擇

積石峽壩體充水浸泡從2009年9月2日開(kāi)始，此時(shí)河床段及其右側(cè)壩體已經(jīng)填筑到頂（壩頂防浪墻底部高程1856m，下同），左側(cè)壓力鋼管平臺(tái)以上壩體到頂僅差8m左右，此時(shí)浸泡區(qū)上部荷載接近最大值，對(duì)濕化壩料的壓實(shí)效果較好。

（2）壩體浸泡高程的確定

面板堆石由于堆石的滲透系數(shù)較大，通常壩內(nèi)浸潤(rùn)線比較平緩，浸潤(rùn)線高程接近壩下量水堰堰頂高程。積石峽大壩設(shè)置了“L”型排水體，水平排水體高程為1785m～1789m；而下游量水堰堰頂高程為1787.55m，預(yù)測(cè)將來(lái)壩內(nèi)浸潤(rùn)線就在水平排水體內(nèi)[5,6]?？紤]到壩下廠房上游擋墻澆筑高程等影響，決定壩內(nèi)充水浸泡高程為1785m，實(shí)際壩內(nèi)最高浸泡水位為1786.3m，已十分接近于蓄水后運(yùn)行期的壩內(nèi)浸潤(rùn)線高程。

（3）壩體充水浸泡效果

充水浸泡前壩體沉降雖未穩(wěn)定，但已逐漸收斂：8月19日至9月8日20天內(nèi)沉降量為10mm。浸泡后壩體沉降量陡增，9月8日至9月29日21天內(nèi)沉降量為100mm，9月29日至10月19日20天內(nèi)沉降量為12mm。初步估計(jì)，此次浸泡壩體沉降量增加100mm左右。

表1 各區(qū)壩料攤鋪厚度檢測(cè)成果表

表2 壩體最大沉降量監(jiān)測(cè)值

表3 面板混凝土質(zhì)量檢測(cè)指標(biāo)

2.3 增加大壩預(yù)沉降時(shí)間，澆筑混凝土面板前壩體沉降已基本穩(wěn)定

河床段及其右側(cè)壩體2009年8月7日填筑到頂，左側(cè)EL.1834.5m平臺(tái)以上壩體9月26日填筑到頂。混凝土面板2010年3月15日開(kāi)始澆筑壩體預(yù)沉降時(shí)間長(zhǎng)達(dá)6至7個(gè)月，中間又采取了壩體充水浸泡措施，所以壩體沉降已基本穩(wěn)定。表2為河床段軸線部位ESI電磁式沉降儀1811m高程磁環(huán)壩體最大沉降量的測(cè)值，反映壩體沉降已基本穩(wěn)定的情況。

2.4 面板混凝土配合比設(shè)計(jì)的試驗(yàn)研究

為提高混凝土面板的抗裂性能，還采取了以下幾項(xiàng)措施：

①優(yōu)選原材料的質(zhì)量，采用甘肅永登p.MH42.5中熱水泥、人工碎石粗骨料、人工/天然混合砂和永登連電一級(jí)粉煤灰。②采用聚羧酸減水劑，它具有低堿、無(wú)氯、減水率高、與水泥適應(yīng)性良好以及因其特殊的分子結(jié)構(gòu)可以大幅降低水的表面張力，因而有很強(qiáng)的減縮作用等特點(diǎn)。③摻加武漢化工學(xué)院生產(chǎn)的WHDF增密劑。④粉煤灰摻量增加到25%，以降低混凝土的絕熱溫升。⑤采用較低的水膠比和塌落度。

2.5 盡量減少基礎(chǔ)對(duì)混凝土的約束

積石峽面板采用一次性澆筑方案，河床段面板斜長(zhǎng)172m，基礎(chǔ)面的約束較大，容易使面板在冷卻過(guò)程中，因混凝土收縮而產(chǎn)生裂縫。本工程減少基礎(chǔ)面的約束措施有：

①混凝土擠壓墻采用低強(qiáng)和低彈模配合比，設(shè)計(jì)要求28天齡期抗壓強(qiáng)度≤5MPa，彈性模量≤5000MPa。②嚴(yán)格控制混凝土擠壓墻表面平整度，設(shè)計(jì)要求40cm高的擠壓墻層與層之間的錯(cuò)臺(tái)不大于5mm。③在平整度驗(yàn)收合格的坡面上噴一層1mm厚的乳化瀝青。④為降低Ⅰ序面板對(duì)Ⅱ序面板的約束，要求Ⅰ序面板的側(cè)模平整光滑，脫模后對(duì)側(cè)面進(jìn)行全面檢查，處理平整后再刷3mm厚的乳化瀝青（張性縫）或貼裝12mm厚的瀝青杉板。⑤混凝土面板澆筑過(guò)程中，隨著滑模的上升，將滑模前緣插入擠壓墻的架主筋貼著坡面割除。

2.6 重視混凝土面板養(yǎng)護(hù)

三月中、下旬開(kāi)始澆筑面板時(shí)，夜間氣溫0℃以下，晝夜溫差20℃左右，又干燥，為防止混凝土表面出現(xiàn)溫度裂縫和干縮裂縫，做好保溫保濕養(yǎng)護(hù)尤為重要。出?；炷烈淮问彰婧?，即用0.55mm厚的塑料薄膜覆蓋嚴(yán)實(shí)。二次收面后換蓋土工膜，膜下埋設(shè)花管灑水，保持面板表面濕潤(rùn)。Ⅱ序塊面板澆筑時(shí)，兩側(cè)工序塊面板上的土工膜翻起1m寬度，隨著滑模上升，前翻后蓋。面板垂直縫表面止水施工時(shí)，將縫面兩側(cè)的土工膜翻起0.5m～1.0m，面板大面仍在土工膜覆蓋之下養(yǎng)護(hù)。

由于大壩位于峽谷風(fēng)口上，陣風(fēng)常把土工膜掀起，所以專門(mén)成立21人的專業(yè)隊(duì)養(yǎng)護(hù)，負(fù)責(zé)覆蓋塑料薄膜和土工膜，壩面灑水及土工膜補(bǔ)蓋等工作，工作量很大，但養(yǎng)護(hù)基本到位，在七月壩面裂縫處理之前，36塊面板都在土工膜覆蓋之下，得到了良好的養(yǎng)護(hù)。

3 面板混凝土主要質(zhì)量指標(biāo)檢測(cè)成果

（1）面板混凝土抗壓強(qiáng)度、抗?jié)B、抗凍檢測(cè)成果（見(jiàn)表3）

（2）混凝土抗拉強(qiáng)度：檢測(cè)成果最大值2.13MPa，最小值 1.93MPa，平均值 1.98MPa，大于C25混凝土設(shè)計(jì)抗拉強(qiáng)度1.55MPa。

（3）混凝土極限拉伸值：檢測(cè)成果最大值1.15×10-4，最小值 1.07×10-4，平均值 1.10×10-4，大于設(shè)計(jì)值 1.00×10-4。

（4）混凝土塌落度：設(shè)計(jì)要求出機(jī)口混凝土塌落度3cm～5cm，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)塌落度659次，其中651次符合設(shè)計(jì)要求，最大值6.5%，最小值1.0%，平均值3.4%。

（5）混凝土含氣率：設(shè)計(jì)要求出機(jī)口混凝土含氣率4%～6%，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)416次，其中409次符合設(shè)計(jì)要求，最大值7%，最小值3%，平均5.4%。

以上各項(xiàng)檢測(cè)成果都反映面板混凝土拌合物質(zhì)量?jī)?yōu)良。

4 混凝土面板裂縫情況

面板裂縫先后進(jìn)行三次全面檢查，即面板澆筑完成14天后，壩前鋪蓋填筑前和水庫(kù)下閘蓄水前。截至2010年10月3日，裂縫檢查成果如下：

（1）面板裂縫共計(jì)75條，平均每100m2面板裂縫長(zhǎng)度0.97m，即使在南方溫和濕潤(rùn)地區(qū)，這樣的裂縫條數(shù)也屬于偏少的。

（2）75條裂縫中，縫寬小于0.1mm的13條，縫寬大于0.10mm但小于0.20mm的58條，只有4條裂縫縫寬大于0.20mm，其中最寬的裂縫寬度為0.30mm。

（3）工程委托西北水科所實(shí)驗(yàn)中心對(duì)其中較寬的10條裂縫進(jìn)行裂縫深度檢測(cè)，每條裂縫檢測(cè)三點(diǎn)，檢測(cè)結(jié)果裂縫深度為13.6mm～95.2mm，大多數(shù)縫深為30mm～60mm。

綜上所述，積石峽工程混凝土面板裂縫不多，且多屬于裂縫較小的淺層裂縫，說(shuō)明工程采取的綜合防裂措施取得了良好的效果。

5 結(jié)語(yǔ)

導(dǎo)致混凝土面板裂縫的因素很多，要防止或減少面板裂縫同樣也要采取綜合措施才能奏效。本文介紹的優(yōu)選混凝土配合比、采用優(yōu)質(zhì)外加劑、混凝土拌合站設(shè)在壩頂、適當(dāng)降低出機(jī)口混凝土塌落度、盡量減少基礎(chǔ)對(duì)面板的約束、確保面板混凝土澆筑質(zhì)量和重視蓄水前對(duì)混凝土面板保溫保濕養(yǎng)護(hù)等都有利于減少混凝土面板的裂縫。而提高壩體填筑密實(shí)度、施工期采取壩體充水浸泡措施和增加壩體預(yù)沉降時(shí)間等都有利于促進(jìn)壩體沉降趨于穩(wěn)定，對(duì)減少水庫(kù)蓄水后壩體和面板變形，防止和減少面板新生裂縫具有重要作用。陜西水利

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