混凝土面板堆石壩病害特點及其除險加固分析

婁立廣

（中國水利水電第八工程局有限公司 湖南省長沙市 410004）

引言

混凝土面板堆石壩以其獨特的優勢在我國水利工程中應用廣泛，其在防水方面穩定性極佳，同時造價較低，對環境的適應性也相對較強。目前我國利用在大壩防水中對堆石壩的需求越來越大，但是同時也暴露出了很多的問題，由于面板斷裂或者裂縫等造成堆石壩滲水從而對大壩造成了致命的損傷。為了更好地保證我國水利工程的安全性，提高堆石壩的防水性能，現在對其病害特征進行分析并研究相關加固策略具有重要的現實意義。

1 混凝土面板堆石壩的病害特征分析

在防水大壩中應用的面板堆石壩其主要就是一些用散粒料組成的填筑體，其主要的特點就是具有較大的變形程度同時該變形還具有較強的持久性，同時面板又可以通過對堆石體上部的支撐來形成一層防滲結構，但是由于面板和壩體兩者就有很大的物理差異性，所以就造成了面板堆壩體在應用中會產生一定的病害特征，并且極具復雜性。在實際應用中，混凝土面板堆壩體會在其面板部位出現裂縫，造成這種危害的原因是由其環境以及混凝土面板的特性決定的。并且對于裂縫所處的位置不同對壩體質量的影響也不盡相同。

1.1 面板容易遭受擠壓

混凝土面板一般都是以薄板防滲結構的形式直接澆筑到堆石壩上部的，所以，各方面的壓力都會對面板有所沖擊，在眾多壓力和重力的作用下就容易引起面板裂縫，主要壓力有自身重量、支撐力、與壩體之間的摩擦力以及蓄水過程中產生的壓力等等。在壩體中面板的厚度相對較薄，并且重量輕但是其強度卻很大，在上述多重壓力的作用下就會很容易造成面板扭曲。在施工實踐中，面板上部和中部的分別的受力方向不同，在其上部其受力的方向是由上而下進行收縮，但是其中部的受力則是由下而上進行變形突出；在水利工程處理蓄水期內在水壓的作用下就會對壩體和面板進行沖擊，從而兩者的變形方向是統一的，都是由上而下；當蓄水結束后，會有一部分面板在水壩的制約下會發生一些變形回變，也就是會發生由下而上的反向變形，在水壓的作用下大部分的面板還會繼續受到擠壓發生由上而下的變形，這樣一來，面板整體就會產生扭曲變形。面板在遭受擠壓時其主要的變形通常是由于受到水平擠壓和垂直擠壓兩種情況，在其遭受垂直擠壓時其主要就是源于水壓，加大了堆石區上部的壓力，但是下游并沒有遭受這種擠壓，由于兩部分的受力不均造成變形，從而造成墊層法線的偏轉，這樣一來混凝土面板堆石壩將不會具有較長的使用壽命，容易產生裂縫。當其造成水平方向的擠壓時其主要是源于水平的施工縫，其抗壓性能相對較差，這樣一來在蓄水期間就容易造成面板水收到蓄水的壓力從而產生變形，由于在壩體的上游和下游其受力變形方向相反，這樣就容易促使施工縫的結構發生改變，從而促使混凝土形成裂縫。

1.2 容易產生面板裂縫

在實際應用中通過對大量的裂縫案例進行分析可以看出，面板在出現較大裂縫之前就已經形成了很多細小的裂縫，其主要原因是由于混凝土的干縮以及溫度不斷發生變化，但是這種情況要是持續2～3年以后，隨著壩體的升高這些細小裂縫就會逐漸失去穩定，從而在壩體中間左右的位置就會沿著水平方向裂縫逐漸擴大，具有很強的規律性。一旦到了蓄水期在水壓的作用下，面板兩端在受力作用下發生反向變形，從而導致面板出現裂縫。通常這些裂縫可以是結構性的也可以是非結構性的，但是結構性的裂縫所可能會引起的后果更加嚴重，對水利工程壩體的質量影響最大，所以在施工中一定要高度重視結構性裂縫。一般情況下，結構性裂縫的產生主要源于水體的壓力以及其自重，另外由于壩體變形的不規則性以及面板遭受的不均壓力都會造成其產生裂縫。再者，面板本身具有硬度較大，如果一旦內部和外部同時受力的話就很容易將裂縫擴大，從而在滲水的作用下就會加大裂縫的擴張。

1.3 會發生面板塌陷

在堆石壩中面板的主要作用就是在墊層和過渡料之間發揮支撐作用，其主要為報班結構。如果墊層細料較為疏松的話就會將降低墊層的支撐力，這種情況下一旦遭受外力的話就會造成面板發生塌陷，如果不對其進行改善的話就會不斷文化。在實踐中造成面板塌陷的原因主要有：①墊料層本身就存在滲漏問題或者是在進行填筑時存在一定要的缺陷，這樣就不能給予面板足夠的支撐；②由于面板可能會長期處于蓄水壓力的作用下，這樣的話就會容易造成塌陷破損，并且在其底部還容易產生拉裂，從而會對面板的裂縫造成影響，加快裂縫的蔓延擴大；在對具體塌陷面板的破壞形態進行分析時發現，如果面板失去下部支撐就會在其底部由于水壓作用而產生裂縫，之后就會沿著方向想頂部進行擴展，久而久之就會將面板貫穿。由于在面板的中部一般都有鋼筋布置，所以并不能對其起到很好的限裂作用。如果不對其進行及時改善的話就會放任裂縫的蔓延，在滲水的作用下降裂縫逐漸拉大甚至斷裂，這樣的話就會導致壩體滲漏。

1.4 會降低止滲水能力

對于大壩來講，混凝土面板堆石壩的主要作用就是要防止水體向大壩進行滲透，但是如果面板出現縫隙的話就會大大降低止水效果，從而影響到整個壩體甚至工程的安全和穩定。究其原因主要就是止水結構在設計和建設過程中存在弊端，在一個案例中發現，混凝土并沒有與結構頂部的材料進行完美結合，沒有將止水蓋片進行準確搭接，且止水蓋片也沒有和其面板進行密封連接，這樣一來，在水的強力作用下就會降低其止水效果，甚至是完全喪失；有些結構中采用的是銅質材料，由于其延展性較差對混凝土的影響也會較大，如此一來根本不能滿足工程的設計要求，造成止水失效的嚴重后果，為水利工程的安全埋下隱患。另外，一些外部因素也會在一定程度上影響止水效果，常見的有壩體變形，其很容易造成止水結構凸起變形，這樣就會撕裂止水結構甚至是混凝土本身的脫落，久而久之就會影響到整個壩體的滲漏和破壞。

2 防范混凝土面板堆石壩危害的具體措施分析

2.1 加密灌漿

墊層料的主要位置就是面板的下部，這樣他就可以協助防滲面板進行止水，墊層料最基本的功能就是面板基礎。一旦發生滲漏的情況下，水流就會通過面板的破損區域和其他的缺陷區域帶走墊層內的細料，這樣一來就會造成墊層的疏松，導致無法為面板提供支撐，最終導致裂縫的產生更有甚者會發生面板塌陷。對于疏松的墊層要對其進行加密的話就可以通過修補或者是加密灌漿的方式來保證其對面板的支撐。如果墊層料缺失的面積比較大的話，一定要在第一時間按照相關標準來對其進行填補并將填充料壓實；如果缺失面積比較小的話就可以通過摻加一定比例的水泥既可。需要注意的是將填充料進行填補之后一定要檢測其密實度，保證其符合標準要求，能夠起到足夠的支撐作用。

2.2 面板脫空充填灌漿

混凝土面板與堆石體材料特性的差異較大，受施工過程中后續壩體填筑及蓄水的影響，當墊層料與面板不能協調變形時，面板與墊層料會發生脫空，使面板失去支撐。面板脫空充填灌漿方式與墊層加密灌漿類似，包括：在面板表面鉆鉛直孔灌漿，在壩頂沿面板底面鉆斜孔進行灌漿。灌漿前，采用地質雷達對面板進行脫空檢測確定脫空灌漿區域，并通過現場灌漿試驗優化漿材配比和灌漿參數。脫空灌漿原則上采取自流式灌漿。墊層脫空灌漿材料要求漿液流動性好、穩定性高、強度適中。面板脫空灌漿完成14d后，可采用地質雷達和鉆孔等方式對灌漿效果進行檢測。

2.3 治理面板裂縫的措施

在大壩防水功能中混凝土面板非常重要，一旦壩體出現滲漏的問題時通常的原因就是因為面板出現了裂縫。對于垂直裂縫而言，其主要的治理方式就要通過對混凝土進行接縫的相關技術來將原有的混凝土進行剔除，然后進行重新灌注，這樣的話，可以通過加入鋼筋的方式來提高其受力強度，從而增強其抗擠壓能力，減少裂縫。在一些溫度較低或者氣候相對惡劣的地區，為了避免混凝土的冷凍開裂就要對混凝土實施一定的保護，這樣就可以有效減少低溫對其的不利影響。另外，面板在修復之后一定要對其修復質量進行檢驗和驗收，確保其合格。

2.4 治理止水失效的措施

由于無法準確的對己建成的面板堆石壩進行檢核，修復工作也很困難，因此在面板堆石壩中要注意頂部止水，加強止水效果。及時更新老化的頂部止水材料，對于止水結構要在表面使用防滲蓋片，采用縫口設橡膠棒，其上填塑性填料，與混凝土面粘結形成一道封閉的止水。

3 結束語

綜上所述，混凝土面板堆石壩在水利工程防水中具有重要的作用，為了有效避免面板開裂、塌陷以及滲水等問題，一定要對其成因進行充分的研究，然后再利用加密灌漿、補充空層以及對破損面進行修復的相關技術來對其進行修復處理，增強面板的止水效果，從而為大壩的質量和安全提供保障。