积石峡面板坝混凝土面板防裂措施

王思德

（青海黄河上游水电开发有限责任公司 青海 西宁 810001）

1 工程简介

积石峡水电站位于青海省循化县与民和县交界的黄河干流上，是黄河上游规划的第五座大型梯级电站。该电站挡水建筑物为混凝土面板堆石坝，坝顶高程1861m，坝顶长度314.288m，宽度9.80m，最大坝高103m。大坝上游坡比1∶1.4，下游设“之”字型马道，马道间坝坡上部为1∶1.4，下部为1∶1.3。

坝体填筑分区从上游至下游依次为垫层料2A（周边缝处为特殊垫层料2B）、过渡料3A、排水料3E、主堆石坝料3BⅠ、3BⅡ、下游堆石料3C及下游卵石护坡3D，其中2A、2B、3A和3E均为砂卵石筛分料，主、次堆石料3BⅠ、3BⅡ、3C均为左、右岸坝区开挖料。坝内设“L”型排水区，其中垂直排水区位于过渡料3A与主堆石料3BⅠ之间，水平排水区底部高程为1785m，高4m。

2 混凝土面板防裂措施

我国湖北、浙江、云南等地有多座面板堆石坝的混凝土面板没有裂缝，至少是水库蓄水前面板没有发现裂缝[1]，但西北高寒地区已建面板堆石坝的混凝土面板都有裂缝[2,3]。除施工因素外，可能与冬季严寒，春秋季（混凝土面板浇筑季节）昼夜温差大和气候干燥等自然条件有关[3]。

本文所述的“防裂”措施并非要求一条裂缝也不出现，而是通过采取各种工程措施，尽量减少面板的裂缝，减少或防止出现贯穿面板厚度的结构性裂缝，提高混凝土面板的耐久性，使工程能长久地安全运行。

2.1 提高坝体填筑密实度措施

2.1.1 铺料厚度控制

控制措施是：①在左、右两侧贴坡混凝土上用红漆标注填筑高程和填筑层高度的横线；②3B区、3C区进占法铺料时在推土机前缘用测尺控制铺层厚度；③2A、2B、3A、3F区控制20t自卸车的卸料间距，以保证坝料摊铺厚度；④主、次堆石区大面用全站仪控制铺料厚度。

2.1.2 碾压遍数控制

控制振动碾碾压遍数主要采取以下三项措施：①明确每台振动碾的作业区域；②错位法碾压时检查振动碾的压痕，每次错位不能大于25cm；③对于重复碾压的部位，采用设专人翻牌的方法控制碾压遍数：碾压一遍翻一次记分牌，待记分牌上达到“8”时，才允许振动碾移位。移位时重复碾压宽度不小于20cm。这虽是个笨办法，却是保证碾压遍数最有效的方法。

2.1.3 采用坝前加水为主、坝面加水为辅的坝料加水措施

本工程大坝主、次堆石料均取自上游周转料场，坝料加水主要采用坝前加水方式，即在过磅后、进入坝体前的适当位置设一处喷淋式加水站，运料车在喷淋水管下暂停，加水15s后运走，加水量约0.75m3，加水率约为坝料体积的5%，加水比较均匀，从坝上卸料情况看，坝料基本湿润。

对于从下游供料的垫层料、过渡料、排水料等采用洒水车洒水，堆石区在碾压前一般再用洒水车进行一次辅助洒水。从碾压后各区坝料干密度检查坑挖出的坝料观察，坑内坝料都呈湿润状态，反映坝料洒水已经充分。

2.2 施工期坝体充水浸泡，加速坝体沉降稳定

上游已建成公伯峡面板堆石坝水库蓄水后坝体观测资料反映：坝体沉降主要位于坝内浸润线以下部位，浸润线以下坝料压缩率为浸润线以上干燥区坝料压缩率的6倍[4]。由此决定积石峡大坝在施工期也进行泡水，让其在水库蓄水后浸润线以下的坝料提前在施工期基本沉降完毕。蓄水后坝体沉降量小了，面板的变形也相应减小，有利于减少和防止面板裂缝的发展。

（1）坝体浸泡时机的选择

积石峡坝体充水浸泡从2009年9月2日开始，此时河床段及其右侧坝体已经填筑到顶（坝顶防浪墙底部高程1856m，下同），左侧压力钢管平台以上坝体到顶仅差8m左右，此时浸泡区上部荷载接近最大值，对湿化坝料的压实效果较好。

（2）坝体浸泡高程的确定

面板堆石由于堆石的渗透系数较大，通常坝内浸润线比较平缓，浸润线高程接近坝下量水堰堰顶高程。积石峡大坝设置了“L”型排水体，水平排水体高程为1785m～1789m；而下游量水堰堰顶高程为1787.55m，预测将来坝内浸润线就在水平排水体内[5,6]。考虑到坝下厂房上游挡墙浇筑高程等影响，决定坝内充水浸泡高程为1785m，实际坝内最高浸泡水位为1786.3m，已十分接近于蓄水后运行期的坝内浸润线高程。

（3）坝体充水浸泡效果

充水浸泡前坝体沉降虽未稳定，但已逐渐收敛：8月19日至9月8日20天内沉降量为10mm。浸泡后坝体沉降量陡增，9月8日至9月29日21天内沉降量为100mm，9月29日至10月19日20天内沉降量为12mm。初步估计，此次浸泡坝体沉降量增加100mm左右。

表1 各区坝料摊铺厚度检测成果表

表2 坝体最大沉降量监测值

表3 面板混凝土质量检测指标

2.3 增加大坝预沉降时间，浇筑混凝土面板前坝体沉降已基本稳定

河床段及其右侧坝体2009年8月7日填筑到顶，左侧EL.1834.5m平台以上坝体9月26日填筑到顶。混凝土面板2010年3月15日开始浇筑坝体预沉降时间长达6至7个月，中间又采取了坝体充水浸泡措施，所以坝体沉降已基本稳定。表2为河床段轴线部位ESI电磁式沉降仪1811m高程磁环坝体最大沉降量的测值，反映坝体沉降已基本稳定的情况。

2.4 面板混凝土配合比设计的试验研究

为提高混凝土面板的抗裂性能，还采取了以下几项措施：

①优选原材料的质量，采用甘肃永登p.MH42.5中热水泥、人工碎石粗骨料、人工/天然混合砂和永登连电一级粉煤灰。②采用聚羧酸减水剂，它具有低碱、无氯、减水率高、与水泥适应性良好以及因其特殊的分子结构可以大幅降低水的表面张力，因而有很强的减缩作用等特点。③掺加武汉化工学院生产的WHDF增密剂。④粉煤灰掺量增加到25%，以降低混凝土的绝热温升。⑤采用较低的水胶比和塌落度。

2.5 尽量减少基础对混凝土的约束

积石峡面板采用一次性浇筑方案，河床段面板斜长172m，基础面的约束较大，容易使面板在冷却过程中，因混凝土收缩而产生裂缝。本工程减少基础面的约束措施有：

①混凝土挤压墙采用低强和低弹模配合比，设计要求28天龄期抗压强度≤5MPa，弹性模量≤5000MPa。②严格控制混凝土挤压墙表面平整度，设计要求40cm高的挤压墙层与层之间的错台不大于5mm。③在平整度验收合格的坡面上喷一层1mm厚的乳化沥青。④为降低Ⅰ序面板对Ⅱ序面板的约束，要求Ⅰ序面板的侧模平整光滑，脱模后对侧面进行全面检查，处理平整后再刷3mm厚的乳化沥青（张性缝）或贴装12mm厚的沥青杉板。⑤混凝土面板浇筑过程中，随着滑模的上升，将滑模前缘插入挤压墙的架主筋贴着坡面割除。

2.6 重视混凝土面板养护

三月中、下旬开始浇筑面板时，夜间气温0℃以下，昼夜温差20℃左右，又干燥，为防止混凝土表面出现温度裂缝和干缩裂缝，做好保温保湿养护尤为重要。出模混凝土一次收面后，即用0.55mm厚的塑料薄膜覆盖严实。二次收面后换盖土工膜，膜下埋设花管洒水，保持面板表面湿润。Ⅱ序块面板浇筑时，两侧工序块面板上的土工膜翻起1m宽度，随着滑模上升，前翻后盖。面板垂直缝表面止水施工时，将缝面两侧的土工膜翻起0.5m～1.0m，面板大面仍在土工膜覆盖之下养护。

由于大坝位于峡谷风口上，阵风常把土工膜掀起，所以专门成立21人的专业队养护，负责覆盖塑料薄膜和土工膜，坝面洒水及土工膜补盖等工作，工作量很大，但养护基本到位，在七月坝面裂缝处理之前，36块面板都在土工膜覆盖之下，得到了良好的养护。

3 面板混凝土主要质量指标检测成果

（1）面板混凝土抗压强度、抗渗、抗冻检测成果（见表3）

（2）混凝土抗拉强度：检测成果最大值2.13MPa，最小值 1.93MPa，平均值 1.98MPa，大于C25混凝土设计抗拉强度1.55MPa。

（3）混凝土极限拉伸值：检测成果最大值1.15×10-4，最小值 1.07×10-4，平均值 1.10×10-4，大于设计值 1.00×10-4。

（4）混凝土塌落度：设计要求出机口混凝土塌落度3cm～5cm，现场实测塌落度659次，其中651次符合设计要求，最大值6.5%，最小值1.0%，平均值3.4%。

（5）混凝土含气率：设计要求出机口混凝土含气率4%～6%，现场检测416次，其中409次符合设计要求，最大值7%，最小值3%，平均5.4%。

以上各项检测成果都反映面板混凝土拌合物质量优良。

4 混凝土面板裂缝情况

面板裂缝先后进行三次全面检查，即面板浇筑完成14天后，坝前铺盖填筑前和水库下闸蓄水前。截至2010年10月3日，裂缝检查成果如下：

（1）面板裂缝共计75条，平均每100m2面板裂缝长度0.97m，即使在南方温和湿润地区，这样的裂缝条数也属于偏少的。

（2）75条裂缝中，缝宽小于0.1mm的13条，缝宽大于0.10mm但小于0.20mm的58条，只有4条裂缝缝宽大于0.20mm，其中最宽的裂缝宽度为0.30mm。

（3）工程委托西北水科所实验中心对其中较宽的10条裂缝进行裂缝深度检测，每条裂缝检测三点，检测结果裂缝深度为13.6mm～95.2mm，大多数缝深为30mm～60mm。

综上所述，积石峡工程混凝土面板裂缝不多，且多属于裂缝较小的浅层裂缝，说明工程采取的综合防裂措施取得了良好的效果。

5 结语

导致混凝土面板裂缝的因素很多，要防止或减少面板裂缝同样也要采取综合措施才能奏效。本文介绍的优选混凝土配合比、采用优质外加剂、混凝土拌合站设在坝顶、适当降低出机口混凝土塌落度、尽量减少基础对面板的约束、确保面板混凝土浇筑质量和重视蓄水前对混凝土面板保温保湿养护等都有利于减少混凝土面板的裂缝。而提高坝体填筑密实度、施工期采取坝体充水浸泡措施和增加坝体预沉降时间等都有利于促进坝体沉降趋于稳定，对减少水库蓄水后坝体和面板变形，防止和减少面板新生裂缝具有重要作用。陕西水利

[1]鲁电.堆石坝混凝土面板防裂机理研究[J].水利水电科技进展,2001,（4）:47-49.

[2]蒋为群,郭伟,蒋为军,等.水布垭堆石坝混凝土面板抗裂设计与工程实践 [J].中国水利,2007,（8）:16-18+21.

[3]孙整社.混凝土面板堆石坝面板防裂施工技术及建议[J].西北水力发电,2005,（S2）:77-78+86.

[4]张伟,雷艳,蔡新合,等.积石峡水电站面板堆石坝湿化变形控制研究 [J].人民黄河,2014,36（3）:126-128.

[5]张伟,崔文娟,蔡新合,等.积石峡水电站面板堆石坝不均匀沉降控制措施 [J].西北水电,2013,142:13-15.

[6]苏晓军,权全,王进,等.面板堆石坝实测沉降分析与研究——以积石峡为例[J].水资源与水工程学报,2013,24（1）:115-118.