面板堆石壩面板局部開裂及周邊縫止水破損修復設計

李艷龍

(貴州省水利水電勘測設計研究院，貴陽 550002)

1 工程概況

某水庫工程位于貴州省修文縣，河床大壩壩型為混凝土面板堆石壩。水源工程由混凝土面板堆石壩、左岸岸邊設閘溢洪道、左岸導流兼取水放空隧洞組成。大壩為砼面板堆石壩，壩頂高程1 316.80 m，最大壩高52.3 m，壩頂寬度7 m，壩頂總長153.9 m，上游壩坡1∶1.4，下游壩坡1∶1.4，下游壩坡1 294.00 m高程設寬2 m馬道，綜合坡度1∶1.44。

2 面板局部開裂產生過程及成因分析

2.1 面板開裂

2018年7月，為滿足壩體上游施工需要，水庫在壩體上游基坑排水過程中發現大壩面板MB11、MB13塊底部有局部外脹裂縫塊，其中MB11膨脹塊最大開裂外露面積約1 m2。此外，面板MB13塊發現一條表面水平裂縫，裂縫長度約為1.2 m。面板MB12底部周邊縫區域出現了2～3 cm的反曲變形，變形長度為整個MB12面板，變形寬度約3 m，自周邊縫底部開始沿著斜向上至3 m位置處逐漸減小。在距離MB11面板垂直縫右側3.1 m處發現周邊縫銅片止水位置處有小股水流滲出。

2.2 面板局部反向變形原因分析

根據混凝土面板澆筑施工記錄和觀測儀器觀測成果，MB11-MB13面板澆筑在壩體澆筑完成7個月后進行的，且大部分在低溫季節進行。面板內部實側壓力最大為1 264.5 m高程的P1點0.021 MPa，最大沉降為1 281.00 m高程的SG3點，最大累計沉降為20.6 cm,最大水平位移為1 281.00 m高程的SE1點，最大水平位移為-7.9 mm。從觀測儀器觀測結果，壩體總體沉降和水平位移較小，且面板在低溫季節澆筑，根據面板裂縫形狀及分布情況，再結合至2018年4月度汛前，未發現壩體出現明顯的裂縫出現，初步得出由沉降和溫差引起裂縫的可能性不大。而后期施工排水過程中，由于在汛前反向排水管沒有關閉閥門，因此壩前基坑積水可以在外水壓作用下通過反向排水管流入壩體內部，壩體內部水位隨之升高。在施工期排水過程中，由于外部排水速率過快，壩體內水反壓導致面板局部反凸變形和周邊縫止水破損。

3 MB12面板周邊縫止水及面板局部抬動變形處理及效果評價

3.1 面板反凸變形處理

1) 分期鑿除MB12混凝土面板。考慮到面板自身穩定的問題，MB12面板周邊縫以上1.5 m范圍內的混凝土采用分期人工鑿除的方式。鑿除方式采用人工鑿除的方式，鑿除過程中MB12面板在寬度方向分成3部分：12-1，4 m；12-2，4 m；12-3，4 m。分3期施工，第1期先鑿除12-1面板混凝土，鑿除過程中注意不要損傷MB12周邊縫位置面板底部的銅片止水。為了垂直縫止水施工，鑿除區域內橫向和附加鋼筋可按施工需要截斷拆除，與老混凝土相接觸的豎向鋼筋在預留滿足錨固長度的前提下可根據止水施工需要截斷，但同一斷面鋼筋截斷的面積不應大于30%，面板澆筑修復前需按設計要求對面板內部配置的鋼筋網進行恢復。面板分期鑿除和修復劃分示意圖見圖1。

圖1 面板修復分塊示意圖

2) 周邊縫止水及面板內部脫空處理。高壓清洗并檢查鑿除區域內周邊縫及與MB11面板相接處垂直縫銅片止水的破損情況，如有破損按原設計要求進行修復。并找出反凸面板內部滲水縫隙和通道，采用化學灌漿處理，對于MB12面板臺動區域內脫空和不密實部位采用水泥砂漿灌漿處理。

3) 恢復鑿除面板混凝土。在澆筑混凝土面板前，先進行12-1與12-2相接面板處的垂直縫底部銅止水布設，垂直結構縫止水見圖2，銅止水的型式及尺寸，參見本工程周邊縫止水的設計型式。垂直縫的止水下部設置C20砂漿墊層，砂墊層上部設置PVC墊片。鑿除區域面板混凝土采用澆筑不低于原標號面板混凝土方式恢復鑿除膨脹塊上部混凝土。為了防止新老混凝土之間產生裂縫，沿膨脹塊周邊縫面附高強度砂漿增加接觸面結合，并在新澆混凝土中加入微量膨脹劑，初凝后進行流水養護。澆筑養護砼達到設計強度后，再對新舊澆砼接縫進行處理。

圖2 新增垂直縫結構止水設計圖(12-1、12-3與12-2之間)

4) 在處理過程中，如果周邊縫銅片止水破損較為嚴重時，周邊縫銅止水需打開趾板進行修復時，則將原趾板周邊縫附近40 cm范圍內的混凝土鑿除，重新修復止水設施。新澆部分壓在原趾板混凝土上方，并保證新澆細石混凝土與原混凝土交接良好且延長滲徑。

5) 12-1壩塊混凝土澆筑完畢，待其達到30%(至少3 d)的強度后，再按上述施工方法步驟，按順序把12-3和12-2(待12-3達到30%即至少澆筑后3d時再施工)面板再用同樣方式鑿除和恢復，并注意在12-2與12-3之間的垂直縫部位設置底部銅片止水，施工過程中請注意保護新老混凝土的周邊縫止水的保護。

6) 表層止水布置：對于新澆混凝土與老混凝土之間的水平縫先按照一般裂縫的處理方法進行處理。處理完畢后，為防止新澆筑面板與老混凝土接合部滲漏，再在新老混凝土接合部再增設一道表層止水，新增垂直縫(12-1、12-2、12-3間)表層止水參照圖2執行。水平施工縫止水具體施工型式見圖3。其余周邊縫止水按原設計圖紙施工。表層止水施工時，請注意止水材料的封邊處理。

圖3 水平施工縫施工示意圖

7) 為增大水流滲徑，缺陷處理完畢后，鋪蓋施工前，在MB11-MB13面板周邊縫向上3 m及趾板寬度2 m范圍內，采用粉煤灰與黏土覆蓋，覆蓋完成后再按設計要求進行鋪蓋施工。

8) 監測儀器安裝: 裂縫處理前，在面板布設觀測設施，監測裂縫處理過程中面板的變形情況；在新老面板澆混凝土接合部布置5支表面測縫計。

3.2 主要處理注意事項及要求

1) 凝土鑿除施工宜采用人工鑿除的方式，并采取適當的減震措施，每塊面板按照“先兩邊后中間”的順序鑿除，鑿除過程中避免出現因措施不當出現鑿除區域外混凝土塊受到破壞，施工中并注意面板中混凝土中鋼筋網的保護。

2) 在水平施工縫灌漿施工過程中，灌漿灌注順序應從一端向另外一端用適當的壓力逐步推進，灌漿壓力視裂縫大小而定，一般為0.3～0.5 MPa，最大壓力不能超過結構允許值。

3) 灌漿結束48 h后去除注漿針頭，再次進行表面封閉處理，通過裂縫表面設置防水層，提高混凝土的防水性及耐久性。

4 結 語

壩體反向排水管未按設計要求在壩體度汛前關閉，而在施工期間又未重視科學排水問題，進而導致面板局部鼓凸開裂問題已不鮮見。本文結合實際工程情況，分期分序鑿除和修復破裂面板及其止水，經處理、驗收、試驗、觀測等程序，處理后缺陷部位滿足了工程蓄水條件。

對于全斷面破裂面板采取全部鑿除修復方案時，要首先驗算面板自身穩定問題，通過驗算結果來確定分期修復面板鑿除塊的大小。如多塊澆筑，為了保證面板穩定和施工質量，則應采取分期跳倉修復方式。經修復后，新老混凝土施工縫處的施工質量又是工程防滲的薄弱環節。實際修復中，應加強新老混凝土的施工質量，并增加水平止水的層數及施工質量，同時還應按埋設相關的變形及滲漏觀測設施，以保證壩體蓄水后的安全穩定運行。

面板堆石壩中的面板是壩體重要的防滲結構，因此在壩體面板施工完畢至壩體蓄水前對已施工好的面板養護和保護尤為重要，施工單位在每年汛期開始前應按相關設計要求按時關閉壩前反向排水管。