混凝土面板堆石坝病害特点及其除险加固分析

2018-02-14娄立广

建材与装饰 2018年42期

娄立广

（中国水利水电第八工程局有限公司湖南省长沙市 410004）

引言

混凝土面板堆石坝以其独特的优势在我国水利工程中应用广泛，其在防水方面稳定性极佳，同时造价较低，对环境的适应性也相对较强。目前我国利用在大坝防水中对堆石坝的需求越来越大，但是同时也暴露出了很多的问题，由于面板断裂或者裂缝等造成堆石坝渗水从而对大坝造成了致命的损伤。为了更好地保证我国水利工程的安全性，提高堆石坝的防水性能，现在对其病害特征进行分析并研究相关加固策略具有重要的现实意义。

1 混凝土面板堆石坝的病害特征分析

在防水大坝中应用的面板堆石坝其主要就是一些用散粒料组成的填筑体，其主要的特点就是具有较大的变形程度同时该变形还具有较强的持久性，同时面板又可以通过对堆石体上部的支撑来形成一层防渗结构，但是由于面板和坝体两者就有很大的物理差异性，所以就造成了面板堆坝体在应用中会产生一定的病害特征，并且极具复杂性。在实际应用中，混凝土面板堆坝体会在其面板部位出现裂缝，造成这种危害的原因是由其环境以及混凝土面板的特性决定的。并且对于裂缝所处的位置不同对坝体质量的影响也不尽相同。

1.1 面板容易遭受挤压

混凝土面板一般都是以薄板防渗结构的形式直接浇筑到堆石坝上部的，所以，各方面的压力都会对面板有所冲击，在众多压力和重力的作用下就容易引起面板裂缝，主要压力有自身重量、支撑力、与坝体之间的摩擦力以及蓄水过程中产生的压力等等。在坝体中面板的厚度相对较薄，并且重量轻但是其强度却很大，在上述多重压力的作用下就会很容易造成面板扭曲。在施工实践中，面板上部和中部的分别的受力方向不同，在其上部其受力的方向是由上而下进行收缩，但是其中部的受力则是由下而上进行变形突出；在水利工程处理蓄水期内在水压的作用下就会对坝体和面板进行冲击，从而两者的变形方向是统一的，都是由上而下；当蓄水结束后，会有一部分面板在水坝的制约下会发生一些变形回变，也就是会发生由下而上的反向变形，在水压的作用下大部分的面板还会继续受到挤压发生由上而下的变形，这样一来，面板整体就会产生扭曲变形。面板在遭受挤压时其主要的变形通常是由于受到水平挤压和垂直挤压两种情况，在其遭受垂直挤压时其主要就是源于水压，加大了堆石区上部的压力，但是下游并没有遭受这种挤压，由于两部分的受力不均造成变形，从而造成垫层法线的偏转，这样一来混凝土面板堆石坝将不会具有较长的使用寿命，容易产生裂缝。当其造成水平方向的挤压时其主要是源于水平的施工缝，其抗压性能相对较差，这样一来在蓄水期间就容易造成面板水收到蓄水的压力从而产生变形，由于在坝体的上游和下游其受力变形方向相反，这样就容易促使施工缝的结构发生改变，从而促使混凝土形成裂缝。

1.2 容易产生面板裂缝

在实际应用中通过对大量的裂缝案例进行分析可以看出，面板在出现较大裂缝之前就已经形成了很多细小的裂缝，其主要原因是由于混凝土的干缩以及温度不断发生变化，但是这种情况要是持续2～3年以后，随着坝体的升高这些细小裂缝就会逐渐失去稳定，从而在坝体中间左右的位置就会沿着水平方向裂缝逐渐扩大，具有很强的规律性。一旦到了蓄水期在水压的作用下，面板两端在受力作用下发生反向变形，从而导致面板出现裂缝。通常这些裂缝可以是结构性的也可以是非结构性的，但是结构性的裂缝所可能会引起的后果更加严重，对水利工程坝体的质量影响最大，所以在施工中一定要高度重视结构性裂缝。一般情况下，结构性裂缝的产生主要源于水体的压力以及其自重，另外由于坝体变形的不规则性以及面板遭受的不均压力都会造成其产生裂缝。再者，面板本身具有硬度较大，如果一旦内部和外部同时受力的话就很容易将裂缝扩大，从而在渗水的作用下就会加大裂缝的扩张。

1.3 会发生面板塌陷

在堆石坝中面板的主要作用就是在垫层和过渡料之间发挥支撑作用，其主要为报班结构。如果垫层细料较为疏松的话就会将降低垫层的支撑力，这种情况下一旦遭受外力的话就会造成面板发生塌陷，如果不对其进行改善的话就会不断文化。在实践中造成面板塌陷的原因主要有：①垫料层本身就存在渗漏问题或者是在进行填筑时存在一定要的缺陷，这样就不能给予面板足够的支撑；②由于面板可能会长期处于蓄水压力的作用下，这样的话就会容易造成塌陷破损，并且在其底部还容易产生拉裂，从而会对面板的裂缝造成影响，加快裂缝的蔓延扩大；在对具体塌陷面板的破坏形态进行分析时发现，如果面板失去下部支撑就会在其底部由于水压作用而产生裂缝，之后就会沿着方向想顶部进行扩展，久而久之就会将面板贯穿。由于在面板的中部一般都有钢筋布置，所以并不能对其起到很好的限裂作用。如果不对其进行及时改善的话就会放任裂缝的蔓延，在渗水的作用下降裂缝逐渐拉大甚至断裂，这样的话就会导致坝体渗漏。

1.4 会降低止渗水能力

对于大坝来讲，混凝土面板堆石坝的主要作用就是要防止水体向大坝进行渗透，但是如果面板出现缝隙的话就会大大降低止水效果，从而影响到整个坝体甚至工程的安全和稳定。究其原因主要就是止水结构在设计和建设过程中存在弊端，在一个案例中发现，混凝土并没有与结构顶部的材料进行完美结合，没有将止水盖片进行准确搭接，且止水盖片也没有和其面板进行密封连接，这样一来，在水的强力作用下就会降低其止水效果，甚至是完全丧失；有些结构中采用的是铜质材料，由于其延展性较差对混凝土的影响也会较大，如此一来根本不能满足工程的设计要求，造成止水失效的严重后果，为水利工程的安全埋下隐患。另外，一些外部因素也会在一定程度上影响止水效果，常见的有坝体变形，其很容易造成止水结构凸起变形，这样就会撕裂止水结构甚至是混凝土本身的脱落，久而久之就会影响到整个坝体的渗漏和破坏。

2 防范混凝土面板堆石坝危害的具体措施分析

2.1 加密灌浆

垫层料的主要位置就是面板的下部，这样他就可以协助防渗面板进行止水，垫层料最基本的功能就是面板基础。一旦发生渗漏的情况下，水流就会通过面板的破损区域和其他的缺陷区域带走垫层内的细料，这样一来就会造成垫层的疏松，导致无法为面板提供支撑，最终导致裂缝的产生更有甚者会发生面板塌陷。对于疏松的垫层要对其进行加密的话就可以通过修补或者是加密灌浆的方式来保证其对面板的支撑。如果垫层料缺失的面积比较大的话，一定要在第一时间按照相关标准来对其进行填补并将填充料压实；如果缺失面积比较小的话就可以通过掺加一定比例的水泥既可。需要注意的是将填充料进行填补之后一定要检测其密实度，保证其符合标准要求，能够起到足够的支撑作用。

2.2 面板脱空充填灌浆

混凝土面板与堆石体材料特性的差异较大，受施工过程中后续坝体填筑及蓄水的影响，当垫层料与面板不能协调变形时，面板与垫层料会发生脱空，使面板失去支撑。面板脱空充填灌浆方式与垫层加密灌浆类似，包括：在面板表面钻铅直孔灌浆，在坝顶沿面板底面钻斜孔进行灌浆。灌浆前，采用地质雷达对面板进行脱空检测确定脱空灌浆区域，并通过现场灌浆试验优化浆材配比和灌浆参数。脱空灌浆原则上采取自流式灌浆。垫层脱空灌浆材料要求浆液流动性好、稳定性高、强度适中。面板脱空灌浆完成14d后，可采用地质雷达和钻孔等方式对灌浆效果进行检测。

2.3 治理面板裂缝的措施

在大坝防水功能中混凝土面板非常重要，一旦坝体出现渗漏的问题时通常的原因就是因为面板出现了裂缝。对于垂直裂缝而言，其主要的治理方式就要通过对混凝土进行接缝的相关技术来将原有的混凝土进行剔除，然后进行重新灌注，这样的话，可以通过加入钢筋的方式来提高其受力强度，从而增强其抗挤压能力，减少裂缝。在一些温度较低或者气候相对恶劣的地区，为了避免混凝土的冷冻开裂就要对混凝土实施一定的保护，这样就可以有效减少低温对其的不利影响。另外，面板在修复之后一定要对其修复质量进行检验和验收，确保其合格。