某水利樞紐工程壩體防滲結構

姚念凌

（黑龍江省水利高水電工程總公司，黑龍江 哈爾濱 152000）

1 概述

目前，國內外碾壓混凝土壩的防滲型式主要有“金包銀”式防滲結構，常態混凝土薄層防滲結構、鋼筋混凝土面板防滲結構、薄膜防滲結構、瀝青混合料防滲結構和碾壓混凝土自身防滲結構等幾種。

就厚常態混凝土（金包銀）防滲結構和碾壓混凝土自身防滲結構做重點比較。

2 兩種防滲結構設計

2.1 二級配碾壓混凝土加變態混凝土防滲結構

根據《碾壓混凝土壩設計規范》（SL314-2004）并參考國內類似壩高的工程，上游二級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，沿高度呈臺階狀布置。

本水利樞紐工程壩體二級配碾壓混凝土厚度自壩頂高程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高程以上二級配碾壓混凝土強度標號為R180200，抗滲等級W10，抗凍等級F300；675m高程以下二級配碾壓混凝土強度標號為R180200，抗滲等級 W10，抗凍等級 F100；壩體內部采用三級配碾壓混凝土，防滲層橫縫間距與壩體分縫間距一致，為15m，縫內設置橫縫排水管。在二級配碾壓混凝土下游側設置水廊道及壩體排水管。

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

2.2 “金包銀”式防滲結構

參考國內類似壩高的工程，常態混凝土厚度自壩頂745.50～675.0m高程厚度為3.0m，675.0～壩底厚度為4.0m，675m高程以上常態混凝土強度標號為R90200，抗滲等級W10，抗凍等級F300；675m高程以下常態混凝土強度標號為R90200，抗滲等級W10，抗凍等級F100；壩體內部采用三級配碾壓混凝土，防滲層橫縫間距與壩體分縫間距一致，為15m。在常態混凝土下游側設置排水廊道及排水管。

下游壩面655.0高程以下設置厚2.0m的常態混凝土，強度標號為R90200，抗滲等級W10，抗凍等級F300，并在內側設橫縫排水及壩體排水管。

3 兩種防滲型式比較

就兩種防滲結構物理學性能而言，實驗室及工程實踐均能證明常態混凝土和二級配碾壓混凝土在密度、抗拉強度、抗壓強度、彈模、極限拉伸值和抗剪斷參數等方面均能很好地滿足設計要求。

3.1 抗滲性

3.1.1 二級配碾壓混凝土的抗滲性

上游防滲體采用富膠凝材料的二級配碾壓混凝土，并在上游面輔以變態混凝土，經工程實踐證明是非常有效的，碾壓混凝土各項指標均能達到設計要求，混凝土很密實，層面結合良好，其防滲標號可以達到W8～W12（相當于滲透系數 2.6×10-9cm/s～1.3×10-9cm/s），甚至更高。

3.1.2 “金包銀”防滲結構的抗滲性

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

常態混凝具有很好的抗滲性，混凝土經振搗后各項性能容易達到設計要求，其結構密實；常態混凝土澆筑與碾壓混凝土同步上升，常態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滲透各向均一。只要控制好防滲層常態混凝土的溫控防裂問題“，金包銀”防滲效果與常態混凝土壩相似，防滲性能良好。

3.2 抗凍性

3.2.1 二級配碾壓混凝土的抗凍性

碾壓混凝土的抗凍性與常態混凝土一樣，主要取決于硬化混凝土的強度及混凝土內部的氣泡性質，提高混凝土的強度等級，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，不容易形成大量致密、穩定的氣泡，加上粉煤灰具有消泡作用，混凝土達不到所要求的含氣量，但是通過加大引氣劑摻入量可以使含氣量達到最佳含氣量（經驗表明：當粉煤灰摻量達到30～50%時，為達到4%～5.5%的含氣量，引氣劑的摻量是常態混凝土的8～10倍）。

室內試驗以及石門子、龍首工程實踐證明，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大于等于F300的混凝土，以滿足工程需求。

3.2.2 “金包銀”防滲結構的抗凍性

就常態混凝土而言，產摻加一定的引氣劑很容易達到要求的含氣量，混凝土經過攪拌氣泡分布均勻，抗凍性相對較好。

3.3 施工

3.3.1 二級配+變態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，為實現全斷面碾壓混凝土創造了條件，變態混凝土防滲是在壩體上游面一定的范圍內，碾壓混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混凝土，然后用人工插入式振搗器振搗。

3.3.2 “金包銀”防滲方案施工

“金包銀”防滲形式推薦的施工方案為：常態混凝土與碾壓混凝土同步澆筑，先澆筑一層厚0.3m的常態混凝土，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，但由于實現兩種混凝土同步上升，不會形成交界薄弱或是冷縫面，有利于壩體的安全。

3.4 投資

本工程隊兩中國防滲結構分別計算工程量，并進行投資分析“，金包銀”防滲結構壩體直接費比二級配碾壓混凝土防滲結構壩體直接費多出920萬元，而且“金包銀”尚未計施工干擾引起的費用增加。

4 比較結論

從抗滲性來看“，金包銀”具有較好的防滲能力；對于二級配碾壓混凝土防滲，根據目前的實驗成果及工程實踐，已經建成的幾座碾壓混凝土壩氣鉆孔混凝土芯樣的滲透系數均達到了10-9～10-10cm/s，甚至更高，完全能夠滿足高壩的防滲要求。

從防滲層與壩體內部這兩種混凝土的結合來看，兩種防滲結構型式均能實現兩種混凝土結合良好，但“金包銀”施工干擾太大，施工工藝復雜。

從抗凍性來看，兩種防滲結構均能滿足建筑物的抗凍設計要求，但常態混凝土粉煤灰摻量相對較少，且經拌和機攪拌，氣泡分布均勻，抗凍性能相對較優；摻加引氣劑的二級配碾壓混凝土可以達到4%～5%的最佳含氣量，也具有良好的抗凍性。

從施工來看“，金包銀”施工干擾太大，需要增加工序，施工工藝相對復雜，施工工序甚至超過了常態混凝土壩，對碾壓混凝土施工干擾大，難以充分發揮碾壓混凝土快速施工的優勢；二級配碾壓混凝土防滲型式施工方法單一，有利于快速施工。

從投資來看，二級配碾壓混凝土防滲型式較省。

經過以上比較，根據本工程壩址氣候條件惡劣、工期要求緊的特點，防滲體抗裂性和施工進度是影響防滲結構型式選擇最關鍵因素，由于二級配碾壓混凝土更有利于溫控防裂，施工干擾少，投資較省，且抗滲性，抗凍性完全可以滿足投資設計要求，因此本工程初步推薦的防滲結構為二級配碾壓混凝土+變態混凝土防滲。

5 結語

二級配碾壓混凝土與變態混凝土聯合防滲結構具有防滲性能可靠，施工方便，造價較低等優勢，充分發揮碾壓混凝土壩快速施工的特點，已成為我國碾壓混凝土壩防滲結構的發展方向。

[1]盧啟安.水利工程中壩體滑坡的治理［J］.黑龍江科技信息，2009-09-15.