浅谈平寨水库面板堆石坝面板混凝土浇筑时机

欧　波,陈　军,罗代明

(贵州省水利水电勘测设计研究院，贵州 贵阳 550002)

浅谈平寨水库面板堆石坝面板混凝土浇筑时机

欧波,陈军,罗代明

(贵州省水利水电勘测设计研究院，贵州 贵阳 550002)

摘要：混凝土面板堆石坝作为目前水利水电工程上应用较为普遍的坝型，其技术和工艺方面已得到较大发展并成功建于各种形态的河谷中。但也有不少工程大坝因面板或止水破坏出现了不同程度的渗漏问题，其多数原因还是堆石体的过大变形所致。堆石坝的变形受地形地质条件、填筑坝料、级配、碾压工艺及施工处理措施等综合因素影响，一旦坝体在施工及运行期发生较大不均匀变形将会直接导致附着于堆石体上游的面板混凝土变形、开裂，甚至破坏。因此，在同期坝体填筑完成后何时进行面板混凝土的浇筑是值得关注和研究的问题。黔中水利枢纽一期工程平寨水库大坝除施工过程采取了控制变形的有效措施之外，还在分期浇筑面板混凝土前通过施工期坝体变形监测情况对其变形规律和状态进行了论证分析，根据自身的自然条件，预留了足够的沉降时间，基本达到了变形收敛状态，从而使面板混凝土浇筑避开了大坝变形的高峰期，为大坝安全稳定运行提供了基本保证。

关键词：混凝土面板堆石坝;面板混凝土;浇筑时机;变形收敛

我国从20世纪80年代引进混凝土面板堆石坝筑坝技术以来，该坝型在国内发展较为迅速，不管是建设规模、最大坝高、实施数量，还是筑坝技术等方面，目前已处于世界前列，因此也为混凝土面板堆石坝迅猛发展奠定了基础。面板堆石坝作为大体积堆石碾压填筑坝体按照常规的布置足以满足运行稳定要求，但由于地质地形条件、基础处理、筑坝材料、坝料级配、防渗混凝土、接缝止水及施工工艺等综合因素影响，长期运行过程中渗漏现象是普遍存在的，其原因也是多方面的，但主要还是坝体、面板变形或止水破损引起的渗漏问题较为突出。面板混凝土作为面板堆石坝的主要防渗结构，除自身的材料、配比、工艺外，还有一个较为重要的环节——浇筑时机，这是个值得重视的问题。黔中水利枢纽一期工程平寨水库混凝土面板堆石坝在面板混凝土浇筑施工前对此问题进行了分析和论证，主要目的也是为了避免或减少因坝体产生不均匀或过大变形造成面板混凝土或止水破坏从而产生渗漏。

1基本概况

黔中水利枢纽一期工程平寨水库坝址位于乌江上游三岔河中游六枝与织金交界的平寨河段。坝址以上集雨面积为3492 km2，水库总库容10.89亿m3，正常蓄水位以下库容10.34亿m3，调节库容4.48亿m3，属年调节水库；工程等别为Ⅰ等，规模为大⑴型水库，挡水建筑物大坝为1级建筑物。

坝址位于峡谷河段，为横向谷，河底高程1183.5～1185.0 m，坝顶高程1335 m处的河谷宽约355 m，两岸呈现左缓右陡的不对称“V”形河谷，地形坡度为35°～40°，基岩裸露，覆盖层零星分布。右岸趾板线为高50～70 m的陡崖，河谷宽高比为2.2。坝基分布三叠系永宁镇组第二段T1yn2和第三段T1yn3地层，岩层倾上游偏右岸，倾角25°～50°。T1yn2为泥质灰岩、泥岩、泥岩夹灰岩，属于库首相对的隔水层；T1yn3为灰岩，岩石强度较高，属于硬质岩，是主要的筑坝材料。

大坝坝型为混凝土面板堆石坝，坝顶高程1335 m，河床趾板最低建基面高程1177.5 m，最大坝高157.5 m，坝顶轴线长355 m，坝顶净宽10.3 m，是建于狭窄河谷不对称地形的高面板坝。上游坝坡采用1∶1.404，下游坝面设“之”字形8 m宽的坝后公路，公路间坡度1∶1.25，综合坝坡为1∶1.533。混凝土面板厚度为0.4～0.832 m之间，平均厚度为0.616 m，两岸受拉区面板每8 m设置一条张性缝，坝体中部受压区每12 m设置一条压性缝，共分41块面板。堆石坝体材料分区如下：面板上游为铺盖区和盖重区，顶部高程1259.0 m，上游坡1∶2.0。面板下游依次为垫层区(水平宽度3 m)、过渡区(水平宽度5 m)、主堆石区、右岸坡特殊碾压区、下游堆石区、自由排水区及下游护坡。各区坝料均采自大坝下游右岸Ⅱ号石料场的新鲜坚硬灰岩石料[1]。

2面板混凝土浇筑时机的选择

合理选择面板混凝土浇筑的时机是尽可能避免面板在施工运行期出现温度收缩性裂缝和结构性裂缝的前提。温度及收缩性裂缝主要与混凝土配合比、浇筑温差、施工工艺、温控及后期的养护等综合因素有关，其中选择合适的气温进行浇筑是必要的外界条件，当然以上施工工艺只要控制到位，浇筑选择在温差不大的低温季节进行，温度收缩性裂缝是可以减少的，即使出现了也能够采取处理措施加以解决[2]。而结构裂缝则与之不同，面板混凝土产生的结构性裂缝主要还是由于坝体不均匀变形导致面板脱空，从而造成面板混凝土在自重或水压的作用下产生过大变形导致开裂甚至破坏；最终由于面板、接缝止水破坏致使坝体及水库出现严重渗漏，因此，面板混凝土浇筑时机考虑的首要问题就是分析施工期堆石体的变形状态及规律。

根据《混凝土面板堆石坝设计规范》(SL 228-2013)关于面板混凝土浇筑施工的相关规定：“保证面板混凝土浇筑前，已填筑坝体有一定的预沉降期，一般预留3～6个月”，其目的就是为大坝填筑体留有充足的沉降期，绝大部分的沉降变形尽可能在面板浇筑前完成，使变形达到稳定收敛期，避免面板混凝土因坝体过大变形沉降形成过大脱空，从而产生破坏性结构裂缝甚至造成运行期断裂的严重后果。因此，面板混凝土的浇筑选择在坝体变形沉降高峰期之后进入稳定收敛期时进行较为合适。

面板混凝土浇筑时机的选择一方面根据规程规范结合实际工程经验在坝体填筑之后预留足够的自然沉降期，预沉降期的长短跟设计方案及施工质量控制均有一定关系，若设计方案合理、施工质量控制到位，则预沉降期就相对短暂些，反之会延长。另一方面主要对坝体填筑变形情况进行分析判断，看坝体填筑期间的变形规律，是否达到稳定收敛状态，根据实际工程经验结合月平均速率能控制在5 mm及以下，变形曲线基本平稳，则表示变形基本达到稳定收敛状态。

3面板混凝土浇筑时机的分析

根据面板堆石坝一般情况下的工程经验，坝体施工期变形约完成总变形量的80%左右，剩余部分将在运行期完成。但处于狭窄河谷地形的面板坝，尤其对高坝来讲，受不利地形引起的拱效应就越发明显，这种横向约束阻碍了堆石体的自然沉降和变形稳定，延长了变形收敛期[3]。

平寨水库坝址呈现左缓右陡的“V”形峡谷地形，尤其对处于坝体主堆石区的右岸坡近似于陡崖，局部地形还存在一定的倒悬现象。施工期间坝基开挖针对基础凸出和倒悬的岩体采取了削平处理，坝体填筑时对主堆石区两岸接坡带设置了主堆石区特别碾压区。采用干贫混凝土补坡以及在两岸接触带实施过渡料填筑等多项措施以弥补先天地形上的不足，从而达到控制坝体不均匀变形的目的。但考虑狭窄地形上高坝综合复杂变形的特点、施工及工艺控制难度等方面的因素，浇筑大坝面板混凝土前除严格按相关规范规定及借鉴类似工程经验外，还根据施工期坝体变形监测数据的整理和分析，对面板混凝土浇筑时机进行了论证研究。

3.1坝体预沉降期的控制

影响坝体变形的因素是多方面的，主要有地形地质条件、基础处理、坝体材料、筑坝参数及工艺等，坝体沉降变形稳定程度及速率往往跟这些因素有着密切关系，但由于影响因素较多也较复杂，施工往往受度汛、进度、工期等压力影响，难以每个环节均严格控制到位，因此让坝体有足够的自然沉降期就显得尤为重要[4]。

平寨水库大坝坝体总填筑量520万m3，其中主堆石料291万m3，下游堆石料155万m3。大坝于2011年2月开始自上而下开挖，于2012年2月开挖至河床趾板基础面，2012年2月底大坝正式进入大规模坝体填筑阶段。整个大坝分为Ⅲ期进行填筑，2012年4月汛前完成坝体Ⅰ期度汛断面的填筑施工；2012年12月完成Ⅱ期断面的填筑；2013年9月底完成Ⅲ期断面防浪墙底1331.5 m高程以下的断面填筑[5]。为保证填筑质量、减小施工难度、加快实施进度，坝体填筑期间上游坝面的垫层料固坡和度汛挡水措施采用了混凝土挤压边墙方案。坝体面板混凝土浇筑则分为两期进行，其中二期面板又分为两序实施，一期分期高程为1244 m，也是坝体首次度汛的挡水高程，涉及19块面板，方量为8705 m3；二期41块面板，方量为17 965 m3。一期面板浇筑时段为2013年2月28日—2013年4月30日；二期Ⅰ序面板浇筑时段为2014年1月10日—2014年4月15日，二期Ⅱ序面板浇筑时段为2014年4月15日—2014年6月5日。具体坝体填筑及面板浇筑施工时段如表1、表2所示。

表1　坝体填筑施工时段统计表

表2　面板混凝土浇筑施工时段统计表

由上述坝体填筑与面板混凝土浇筑情况来看，坝体分期填筑与浇筑混凝土相应的间隔时间已满足规范要求的3～6个月预沉降期。

3.2坝体变形收敛情况分析

如何判断坝体变形是否收敛，进入变形稳定期是面板混凝土能否进行浇筑施工的首要问题[6]。根据已建工程经验，提出了坝体沉降速率收敛指标，即在每期面板浇筑施工前，相应面板下部堆石的沉降变形率已趋于收敛，根据监测显示的沉降曲线已过拐点并趋于平缓，其月沉降变形值不大于2～5 mm。

平寨水库面板堆石坝坝体填筑实施过程中在河左岸、中部及右岸分别选择了3个断面进行坝体内部的沉降监测，监测从2012年4月17日开始，之后随坝体填筑施工进程从上游至下游分高程进行，共设置了47个沉降监测点，至目前已经进行3年零6个月的观测，坝体内部最大累计沉降量816.4 mm(出现在监测点SG13)，月平均变化量3.5 mm，位于桩号0～007.5 m断面，高程1242.0 m的坝轴线处，其余测点累计沉降变化量在-2.0～9.9 mm之间，变化量较小。

本文以坝体最大断面(桩号0～007.5 m)为例，分析一期面板混凝土以下坝体变形收敛及其面板混凝土浇筑时机的情况：Ⅰ期坝体断面及一期面板混凝土的施工时段情况详见表1及表2，图1为最大断面坝体的监测布置图。

由图1可知，一期面板混凝土下部堆石区内埋设有三个沉降变形监测点，即高程1207 m的SG1、SG2点和高程1242 m的SG10点，此范围内是一期面板混凝土附着和支撑的主要区域，该区域坝料的变形对上部一期面板混凝土有直接影响。其后位于高程1207 m 的SG3、SG4点及高程1242 m的SG11几个监测点距离一期面板及其下部堆石区相对较远，从月沉降速率曲线图表显示这几个点变形受上部坝料填筑碾压加载因素影响较大，曲线未出现平缓稳定收敛状态，表明仍处于沉降高峰期，因此一期面板混凝土的浇筑时机主要考虑SG1、SG2、SG10这几个点的月沉降速率曲线的变化情况。由高程1207 m的SG1、SG2点月沉降速率曲线图见图2、图3，由图可知，在该范围填筑区域初期沉降速率主要受初期填筑加载及汛期雨水较为丰富等因素影响，变化值较大，且为逐渐增加趋势；但当后期即在远离该范围加载填筑后，变化值明显逐渐减小，变化曲线趋于平缓，其变化值在上述规范规定的收敛判别区间。高程1242 m的SG10点也是较为靠近面板的监测点，其变化规律见图4，由图4可知，其变化规律也同SG1、SG2点一样。

图1　大坝内部沉降监测点分布图

由图2—图4可以看出，高程1207 m的SG1、SG2监测点月沉降速率曲线在Ⅰ期坝体断面(高程1244 m以下坝体)填筑完成的3个月后变化值趋于平缓(出现明显的拐点)，高程1242 m的SG10监测点主要受上部继续填筑加载的影响相对较大，变化值及曲线达到平缓的时间明显滞后。通过对浇筑面板下部堆石体的变形监测成果分析，同时结合枯期温差相对较小的低温季节宜于浇筑面板等因素，经充分论证后选择在次年的2月底实施一期面板混凝土的浇筑，下部堆石体的沉降期至少达到了10个月以上，具备浇筑面板混凝土的条件。

根据施工期坝体综合变形、接缝变形、面板挠度、面板脱空及渗流渗压等各项监测数据显示，各期面板混凝土浇筑施工完成后(其中一期及二期Ⅰ序面板正经受水库蓄水期考验)数据变化幅度不大，变化过程曲线趋势平稳，指标处于正常范围。

图2　大坝内部沉降SG1监测点变化过程线图

图3　大坝内部沉降SG2监测点变化过程线图

图4　大坝内部沉降SG10监测点变化过程线图

3.3混凝土面板浇筑气温的选择

除坝体变形是否稳定收敛作为浇筑面板主要考虑因素以外，同时也应注意面板混凝土浇筑的气温因素，这是因为混凝土面板厚度较薄，受外界温差影响较大，若选择在日气温变幅较大、气温骤降的情况下进行面板施工，易使混凝土温度急速降低，从而在混凝土内部产生较大的拉应力，引起面板开裂。因此，在一般情况下宜选择在气温变幅较小的低温季节浇筑混凝土面板较好。本工程大坝一期面板混凝土浇筑施工安排在2013年2月底进行，二期Ⅰ序面板安排在2014年1月上旬进行，而二期Ⅱ序面板浇筑时间受工期影响则选择在2014年4月中旬进行。当然施工过程中加强面板混凝土的保温、保湿等养护措施也较为重要。

4影响坝体变形收敛的因素

影响坝体变形收敛的因素是多方面的，包括客观条件与主观因素，如地形地质条件、基础处理、坝体材料、坝体分区、筑坝参数、填筑施工方案与工艺等。平寨水库大坝选用了优质的坝体材料，通过现场爆破碾压试验成果提高了坝体填筑碾压指标，同时在实施过程中从基础处理、坝体填筑碾压等施工工艺上采取了多方面控制坝体变形的措施，旨在弥补地形地质条件的不足，使坝体变形尽早达到稳定状态。因此，合理的设计与严格的施工控制是使坝体变形尽早稳定满足浇筑面板的根本保障。但由于影响因素较多也较为复杂，且施工期往往受进度、工期等因素干扰，难以在每道工序、每个环节上控制到位，因此实施过程中通过坝体变形监测数据分析坝体变形状况，判断面板浇筑时机的论证工作就显得格外重要。

5结论

为确保面板堆石坝安全稳定运行，有效地控制坝体变形是研究的主要问题，面板混凝土浇筑之前论证和判断坝体是否避开变形的高峰期尤为重要，坝体进入变形收敛状态是面板达到浇筑时机的重要条件。主要通过浇筑面板下部堆石体变形监测数据及变化规律进行分析论证，从而判断是否满足面板混凝土浇筑时机。

参考文献：

[1]杨泽艳,周建平,蒋国澄,等.中国混凝土面板堆石坝的发展[J].水力发电，2011,37(2):18-23.

[2]张玉龙,丁学智,张亮.巴山水电站面板堆石坝变形监测控制网的建立[J].西北水电，2011(S1):82-86.

[3]程国锋,丁静琼,周瀚.黔中水利枢纽工程平寨水库混凝土面板堆石坝接缝止水设计[J].水利科技与经济，2014,20(4):35-37.

[4]姜功华.堆石坝面板混凝土浇筑施工技术研究[J].黑龙江水利科技，2014,42(5):87-89.

[5]王思德.积石峡面板坝混凝土面板防裂措施[J].陕西水利，2014,10(5):88-90.

[6]金永才,杨杰,李晓玲.高寒高海拔地区堆石坝混凝土面板浇筑质量控制[J].西北水电，2015,17(1):61-64.

Discussion on concrete pouring time of concrete face rockfill dam of Pingzhai Reservoir

OU Bo,CHEN Jun,LUO Daiming

(ResearchInstituteofWaterResourcesandHydropowerofGuizhouProvince,Guiyang550002,China)

Abstract：As a kind of common dam type in hydraulic and hydroelectric engineerings at present, the technique and technology of concrete face rockfill dam has been greatly developed and successfully used in various forms of valleys.But there are also varying degrees of leakage problems in many dams because of the damage of the panel or the water seal. It is mainly caused by the excessive deformation of the rockfill body. The deformation of the rockfill dam is affected by the terrain geological condition, the filling materials, gradation, compaction technology and construction treatment measures. Once large inhomogeneous deformation occurs during the period of construction or operation which will directly lead to the deformation, crack and damage of the concrete panel attaching to the upstream rockfill body.So it is worth paying attention to and studying when to pour the concrete panel after the dam body has been filled. Besides taking the effective measures to control the deformation in the construction period of Pingzhai Reservoir dam the first-phase hydro-junction construction of Qianzhong , the analysis of the deformation rules and state of the dam has been carried out through monitoring the deformation of the dam during the construction period before pouring the concrete panel.According to the natural conditions of the dam, set aside enough time for settlement, and basically reached the deformation convergence state. So the concrete pouring of the panel avoided the peak of the dam's deformation which ensured the safe and stable operation of the dam.

Key words：concrete face rockfill dam; concrete panel; pouring time; deformation convergence

基金项目：贵州省重大科技专项计划项目(20126013-2)

作者简介：欧波(1978-)，男，侗族，高级工程师，主要从事水工建筑物设计工作。

中图分类号：TV64

文献标志码：A

文章编号：2096-0506(2016)06-0009-06