某混凝土面板堆石壩面板破壞原因分析及修復(fù)處理

徐增輝，張晨亮，吳吉才

(1.中國(guó)華電科工集團(tuán)有限公司，北京 100160； 2.中國(guó)電建北京勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京 100036)

某混凝土面板堆石壩面板破壞原因分析及修復(fù)處理

徐增輝1，張晨亮2，吳吉才2

(1.中國(guó)華電科工集團(tuán)有限公司，北京 100160； 2.中國(guó)電建北京勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京 100036)

某水電站建設(shè)過程中一期面板出現(xiàn)了結(jié)構(gòu)性破壞和裂縫，對(duì)面板破壞情況進(jìn)行檢查并分析破壞原因，根據(jù)混凝土面板結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)和當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，提出了面板修復(fù)處理措施。混凝土面板經(jīng)修復(fù)處理后，變形已穩(wěn)定，滲漏量控制在允許范圍內(nèi)。最后總結(jié)了面板修復(fù)施工過程中需要注意的問題，可為類似混凝土面板堆石壩的建設(shè)提供參考。

混凝土面板堆石壩；脫空；裂縫；修復(fù)

圖1 堆石壩斷面

1 工程概況

某水電站位于柬埔寨首都金邊以西180 km，戈公省會(huì)戈公市以北 20 km的額勒賽河下游。該電站以發(fā)電為主，分上下兩級(jí)開發(fā)，均采用混合式開發(fā)模式。上電站正常蓄水位為263 m，死水位為238 m，正常蓄水位以下庫容為4.018億m3，調(diào)節(jié)庫容為2.220億m3，為季調(diào)節(jié)水庫，電站裝機(jī)容量為206 MW。

上電站攔河壩為混凝土面板堆石壩，壩頂高程為266 m，趾板建基面高程為146 m，最大壩高為120 m，壩頂寬度為8.7 m，大壩上、下游壩坡坡比為1.0∶1.4。大壩由石渣壓重區(qū)、上游黏土鋪蓋、混凝土面板、擠壓邊墻、墊層、過渡層、上游堆石區(qū)、下游堆石區(qū)及干砌石護(hù)坡組成。

大壩混凝土面板由35塊組成，面板頂部厚度為0.30 m，底部厚度為0.65 m。河床部位的面板壓性縫間距為16 m，兩岸的張性縫間距取8～12 m。面板分兩期施工，一、二期面板設(shè)計(jì)分縫高程為218 m。堆石壩斷面如圖1所示。

2 面板破壞情況及原因分析

該水電站一期面板澆筑完成之后，由于基坑進(jìn)水，汛期結(jié)束即半年后在對(duì)基坑抽水施工的過程中發(fā)現(xiàn)：#14～#17面板存在密集結(jié)構(gòu)性破壞及裂縫，如圖2所示；下部周邊縫趾板表層混凝土出現(xiàn)不同程度的裂縫且裂縫有發(fā)展趨勢(shì)，面板甚至出現(xiàn)20～50 cm的錯(cuò)臺(tái)；面板存在多處脫空，嚴(yán)重影響大壩后期安全運(yùn)行，需要進(jìn)行修復(fù)處理。

2.1趾板破壞情況及原因分析

趾板翹頭上部表層混凝土破壞，鋼筋外露，但趾板結(jié)構(gòu)整體性完好，初期反滲排水管中仍有水不斷流出，而趾板破壞部位未發(fā)現(xiàn)有明顯滲水，由此可推斷，周邊縫底部銅止水未發(fā)生破壞，且緊靠趾板上部混凝土面板沒有發(fā)生明顯破壞，完整性較好。

圖3 面板脫空范圍示意

圖2 面板裂縫示意

經(jīng)分析，由于反向水壓力造成面板變形，對(duì)趾板翹頭產(chǎn)生拉應(yīng)力，導(dǎo)致表層混凝土破壞。

2.2混凝土面板破壞情況及原因分析

根據(jù)大壩監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查情況，分析一期面板出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性破壞的原因主要有以下兩點(diǎn)。

(1)大壩沉降值偏大，面板局部存在脫空現(xiàn)象，導(dǎo)致面板彎曲變形過大。埋設(shè)在EL205處的水管式沉降儀7個(gè)月的最大測(cè)量值達(dá)35 cm，與類似工程相比，沉降變形明顯偏大且沉降趨勢(shì)仍未收斂。脫空計(jì)監(jiān)測(cè)資料顯示，面板目前最大脫空值為182.52 mm，且變化趨勢(shì)仍未收斂；同時(shí)，物探結(jié)果顯示面板后存在多處脫空，均說明大壩沉降偏大。

(2)上游基坑抽排水速度太快，導(dǎo)致面板承受較大的反向水壓力。由于大壩上游反滲排水管已經(jīng)封堵，而壩前石渣蓋重及黏土鋪蓋還未填筑，基坑抽水后，大壩內(nèi)外形成10余m的水頭差，導(dǎo)致面板承受過大的反向水壓力。

以上兩方面原因綜合作用，導(dǎo)致大壩一期面板產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性破壞。

2.3面板脫空情況及原因分析

對(duì)面板脫空情況進(jìn)行探測(cè)檢查，脫空范圍如圖3所示。圖中：①區(qū)域表示脫空值小于20 mm，②區(qū)域表示脫空值大于20 mm而小于50 mm，③區(qū)域表示脫空值大于50 mm。

從監(jiān)測(cè)資料可以看出，壩體填筑質(zhì)量不佳、多雨氣候條件等導(dǎo)致壩體碾壓質(zhì)量難以完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求，造成壩體沉降較大且在面板施工時(shí)仍未收斂，面板脫空主要分布在堆石壩的上部1/3位置，與相關(guān)沉降計(jì)算吻合。

3 面板修復(fù)處理措施

參考國(guó)內(nèi)株樹橋水庫[1-3]、大河水庫[4]、天生橋一級(jí)水電站[5]、三板溪水電站[6]、水布埡水電站[7]、公伯峽水電站[8]等面板堆石壩混凝土面板修復(fù)經(jīng)驗(yàn)，制定了修復(fù)處理措施。

3.1趾板修復(fù)處理措施

(1)對(duì)部分周邊縫表面止水及垂直縫表面止水進(jìn)行拆除檢查，若面板與趾板間未發(fā)生明顯錯(cuò)動(dòng)、表面混凝土未出現(xiàn)明顯破損可停止拆除；對(duì)破損垂直縫進(jìn)行拆除，檢查面板間錯(cuò)動(dòng)及表面混凝土破損情況，分析銅止水是否破壞或已部分失去設(shè)計(jì)功能。

(2)鑿除已破損的趾板混凝土，為保證新老混凝土結(jié)合緊密，鑿除深度應(yīng)在鋼筋以下5 cm；對(duì)鑿除后的混凝土破損面進(jìn)行修整清理，用聚合物水泥漿對(duì)混凝土基面進(jìn)行底部處理后澆筑混凝土。

3.2結(jié)構(gòu)性破壞面板修復(fù)處理措施

(1)及時(shí)填筑黏土鋪蓋及石渣蓋重，抬高填筑高程，加寬頂寬，加大滲徑，避免面板產(chǎn)生較大滲漏。

(2)鑿除破壞部位面板混凝土，布置插筋，重新澆筑混凝土。面板鑿除應(yīng)分片、分步驟進(jìn)行，每次鑿除范圍在平行于壩軸線的方向不宜大于5 m，混凝土鑿除后及時(shí)采用工字鋼進(jìn)行支撐，以避免上部面板發(fā)生滑移，工字鋼間距不應(yīng)大于3 m。

(3)鑿除完成后對(duì)面板脫空部位進(jìn)行自流灌注水泥粉煤灰穩(wěn)定漿液處理。灌注施工過程中，應(yīng)嚴(yán)格控制灌注速度，避免面板產(chǎn)生抬動(dòng)而使面板脫空進(jìn)一步擴(kuò)大，頂部翻漿時(shí)可結(jié)束灌漿。在面板混凝土澆筑過程中，應(yīng)按原設(shè)計(jì)恢復(fù)并保證原防滲系統(tǒng)的封閉性，同時(shí)在新澆混凝土與舊混凝土間設(shè)置GB止水蓋片，止水蓋片與面板垂直縫表面止水相接。止水蓋片施工前應(yīng)對(duì)新舊混凝土表面進(jìn)行磨刷清理，清理寬度為10 cm，然后用壓力水對(duì)混凝土表面進(jìn)行清洗。

3.3面板一般性裂縫修復(fù)處理措施

檢查鑿除范圍外的一期面板裂縫，寬度<0.2 mm的表面性裂縫只進(jìn)行表面封閉處理，寬度≥0.2 mm的裂縫以及寬度<0.2 mm的貫穿性裂縫，除采取表面封閉措施外，還應(yīng)進(jìn)行化學(xué)灌漿。

3.4面板脫空修復(fù)處理措施

對(duì)一期面板進(jìn)行全面脫空檢查，特別是臨近錯(cuò)動(dòng)破壞區(qū)的部位。為盡量避免水庫蓄水后面板進(jìn)一步產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性裂縫，對(duì)面板下脫空部位進(jìn)行水泥粉煤灰穩(wěn)定漿液自流灌漿。灌注施工過程中應(yīng)控制灌注速度，避免面板抬動(dòng)而使面板脫空進(jìn)一步擴(kuò)大。

4 結(jié)論及建議

該水電站工程一期破壞面板經(jīng)過上述處理后，已安全運(yùn)行3年多，壩體滲漏量穩(wěn)定可控，達(dá)到了修復(fù)預(yù)期目的，滿足了工程安全和防滲的需要。面板修復(fù)施工中還需要關(guān)注以下問題。

(1)面板新老混凝土頂部交界面位于鑿除的澆筑混凝土頂部，難以振搗密實(shí)，受混凝土自重影響，必然存在薄弱面，需在該處采用多種切口方式保證澆筑密實(shí)度；同時(shí)，需在面板中部布設(shè)膨脹止水帶，防止新老混凝土面板之間的滲漏；新老混凝土交界處為面板剛度突變處，新混凝土面板脫空厚度較大，而上部老混凝土面板較薄，需注意銜接保護(hù)。

(2)面板脫空灌漿較大部位僅用水泥粉煤灰灌漿，因厚度大、強(qiáng)度較小，后期可能會(huì)產(chǎn)生較大變形。

(3)施工過程中應(yīng)特別注意對(duì)老混凝土面板和止水的保護(hù)，防止施工過程中出現(xiàn)二次破壞。

(4)加強(qiáng)施工過程中的監(jiān)測(cè)和保護(hù)，防止在鑿除混凝土面板過程中發(fā)生二次變形，導(dǎo)致止水破壞。

[1]鈕新強(qiáng)，徐麟祥，廖仁強(qiáng)，等.株樹橋混凝土面板堆石壩滲漏處理設(shè)計(jì)[J].人民長(zhǎng)江，2002，33(11)：1-4.

[2]譚界雄，王秘學(xué)，周曉明.株樹橋水庫面板堆石壩加固實(shí)踐與體會(huì)[J].人民長(zhǎng)江，2011，42(2)：85-88.

[3]盛金保,謝曉華,李雷.株樹橋水庫大壩嚴(yán)重滲漏原因分析[J].水利水運(yùn)工程學(xué)報(bào)，2003，3(4)：25-30.

[4]李洪明.大河堆石壩面板抬動(dòng)裂縫的處理[J].廣東水利水電，2004(z1)：48-49.

[5]陳圣平，徐明星，秦金太.天生橋一級(jí)水電站面板堆石壩面板脫空處理[J].人民長(zhǎng)江，2001，32(12):21-22，48.

[6]楊國(guó)祥.三板溪面板堆石壩面板裂縫成因分析[J].水電自動(dòng)化與大壩監(jiān)測(cè)，2010,34(6)：49-52,73.

[7]蔡金燕.水布埡混凝土面板堆石壩面板裂縫的成因與處理[J].湖北水力發(fā)電，2008(2):32-34.

[8]劉博，李海龍.公伯峽水電站混凝土面板堆石壩面板、趾板裂縫的處理方法[J].四川水利，2011， 32(4):42-45.

(本文責(zé)編：劉芳)

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徐增輝(1976—)，男，陜西乾縣人，高級(jí)工程師(教授級(jí))，工學(xué)博士，從事水利水電設(shè)計(jì)及管理工作(E-mail:xuzenghui@chec.com.cn)。