夾巖水利樞紐工程混凝土面板防裂技術(shù)

馬現(xiàn)軍 李威威 楊歲明 林宏

摘要：對(duì)夾巖水利樞紐工程混凝土面板堆石壩面板防裂技術(shù)進(jìn)行了探索與實(shí)踐。在設(shè)計(jì)上采用擠壓邊墻技術(shù)、合理分縫、增加壩體荷載和使用摻合料等措施。在混凝土面板配合比設(shè)計(jì)時(shí)，選取了水化熱較低的水泥和優(yōu)質(zhì)混凝土減水劑，并采用優(yōu)質(zhì)的粉煤灰作為混凝土摻和料，在滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度的前提下盡量降低混凝土膠凝材料的用量。在施工時(shí)采取了施工時(shí)機(jī)選擇、壩頂拌和系統(tǒng)布置、無(wú)軌滑模設(shè)計(jì)等措施。大壩澆筑完畢后，一期面板共發(fā)現(xiàn)58條裂縫，都屬于A類裂縫;大壩二期面板尚未發(fā)現(xiàn)裂縫。

關(guān)鍵詞：高面板堆石壩;防裂技術(shù);混凝土面板;混凝土配合比設(shè)計(jì);夾巖水利樞紐工程;貴州省

中圖法分類號(hào)：TV641.43文獻(xiàn)標(biāo)志碼：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2020.09.022

Abstract： The slab crack prevention technology was explored and practiced in construction of concrete faced rock fill dam of the Jiayan Hydro-complex Project. In the engineering design， the measures of extrusion side wall， reasonable joint design， increasing dam body load and use of admixtures were employed. In the design of the mixture ratio of concrete slab， the cement with low-hydration heat and high quality concrete water reducer were adopted， and qaulified fly ash was used as admixture to reduce the cementing material amount as much as possible under the design strength. The construction timing， arrangement of mixing system on the dam top and design of trackless slipform are introduced. After the dam construction completion， 58 cracks were found in the Phase I slab， all of which were class-A cracks according to the regulation and no crack was found in the Phase II slab.

Key words： high faced rock fill dam; concrete slab; design of the mixture ratio of concrete; crack prevention measures; Jiayan Hydro-complex Project; Guizhou Province

Study of fast mixing technique of cushion materials of Jiayan Hydro-complex Project

從20世紀(jì)80年代中期起，我國(guó)開(kāi)始采用現(xiàn)代技術(shù)修建混凝土面板堆石壩[1]，混凝土面板堆石壩工程得到了快速發(fā)展，但混凝土面板防裂問(wèn)題仍是混凝土面板堆石壩的重要研究課題之一。混凝土面板主要有結(jié)構(gòu)性裂縫和非結(jié)構(gòu)性裂縫兩類[2]。為盡量避免在夾巖水利樞紐工程（以下簡(jiǎn)稱“夾巖工程”）中產(chǎn)生上述兩類裂縫，主要從控制面板和墊層之間脫空、減少因混凝土施工不當(dāng)或混凝土收縮造成的裂縫等方面著手，以達(dá)到混凝土面板防裂的目的。

夾巖工程混凝土面板堆石壩最大壩高154.00 m，壩頂高程為1 328.00 m，壩頂長(zhǎng)424.26 m、寬10.00 m。大壩面板為C30W12F100鋼筋混凝土防滲面板，面板厚度t按公式t=0.4+0.0035H線性變化，其中H為計(jì)算斷面至面板頂部的垂直距離，底部最厚為923 mm，頂部厚為400 mm，最大斜長(zhǎng)為259.12 m，面板內(nèi)布置雙層雙向鋼筋。

1 設(shè)計(jì)措施

1.1 擠壓邊墻技術(shù)

夾巖工程大壩上游坡面與混凝土面板之間采用擠壓邊墻固坡，擠壓邊墻標(biāo)準(zhǔn)斷面為頂寬100 mm，底寬660 mm，層高400 mm，上游坡比為1∶1.4的直角梯形。通過(guò)不斷的優(yōu)化調(diào)整，擠壓邊墻快速施工技術(shù)得到了良好的運(yùn)用[3]。

在面板混凝土施工前，人工沿面板垂直縫將止水銅片底部的擠壓邊墻鑿斷，以減少擠壓邊墻對(duì)面板混凝土的約束;采用M5砂漿對(duì)坡面進(jìn)行整修，然后噴涂“三油兩砂”乳化瀝青，進(jìn)一步減少擠壓邊墻對(duì)面板混凝土的約束。

1.2 合理分縫

為適應(yīng)壩體變形，大壩面板共分為46塊，其中大壩河床受壓區(qū)6塊，每塊寬12.0 m，縫間設(shè)置7條垂直壓性縫;兩岸岸坡受拉區(qū)40塊，每塊寬8.0 m，縫間設(shè)置38條垂直張性縫。因最大壩高超150 m，通過(guò)面板應(yīng)力變形三維有限元分析，結(jié)合大壩壩體填筑強(qiáng)度、混凝土面板澆筑強(qiáng)度等多種因素，在高程1 254.00 m將面板分成兩期進(jìn)行施工，縫間設(shè)置水平施工縫輔助止水系統(tǒng)[4]。

1.3 增加壩體荷載

大壩壩體填筑至高程1 254 m（一期面板頂高程）后，繼續(xù)將壩體全斷面填筑至高程1 266 m;壩體填筑至高程1 324.61 m（二期面板頂高程）后，采用擠壓邊墻+過(guò)渡料回填的方式對(duì)壩頂進(jìn)行加高處理，加高40 cm，以上兩種措施均通過(guò)增加壩體頂部荷載，便于后期壩體沉降。

1.4 使用摻和料

大壩面板混凝土中摻入15%的Ⅱ級(jí)粉煤灰和1.0 kg/m3的聚丙烯纖維。混凝土中摻入粉煤灰有利于降低混凝土溫升，推遲最大溫度峰值出現(xiàn)的時(shí)間，對(duì)大體積混凝土結(jié)構(gòu)抗裂防滲較為有利;摻入聚丙烯纖維不僅有利于提高面板混凝土的抗裂、限裂性能，而且可以提高混凝土的整體性、耐久性[5]。

2 混凝土配合比設(shè)計(jì)

混凝土配合比設(shè)計(jì)直接影響混凝土質(zhì)量和是否產(chǎn)生裂縫，在夾巖工程面板混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)，選取了水化熱較低的水泥和優(yōu)質(zhì)混凝土減水劑，并選取優(yōu)質(zhì)的粉煤灰作為混凝土摻和料。依據(jù)DL/T 5330-2015《水工混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》[6]，并通過(guò)一元二次線性回歸方程計(jì)算，在滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度的前提下盡量降低混凝土膠凝材料的用量。

2.1 大壩一期面板混凝土配合比設(shè)計(jì)

夾巖工程大壩一期面板施工配合比設(shè)計(jì)工作于2018年3月28日開(kāi)始，并于2018年10月3日完成，最終形成了3個(gè)面板混凝土推薦配合比，防裂劑摻量均為8%，坍落度分別為70～90，50～70，30～50 mm，均通過(guò)了第三方試驗(yàn)室復(fù)核，混凝土抗壓強(qiáng)度、抗凍、抗?jié)B性能滿足設(shè)計(jì)技術(shù)要求。通過(guò)對(duì)比分析現(xiàn)場(chǎng)施工運(yùn)距等情況，大壩一期面板采用坍落度為50～70 mm的混凝土配合比，見(jiàn)表1。

2.2 面板模擬試驗(yàn)

大壩一期面板澆筑完成后，在混凝土養(yǎng)護(hù)期間發(fā)現(xiàn)了較多的裂縫，主要集中在大壩中部。為進(jìn)一步分析大壩一期面板裂縫產(chǎn)生的原因，按一定比例復(fù)制面板模型，模擬四周受約束條件下面板變形和裂縫的產(chǎn)生情況，以此為基礎(chǔ)分析在不同約束條件下面板Ⅰ序、Ⅱ序裂縫產(chǎn)生的情況，判斷大壩一期面板裂縫產(chǎn)生的原因，從而在大壩二期面板施工時(shí)采取有效應(yīng)對(duì)措施。大壩面板試驗(yàn)區(qū)混凝土配合比見(jiàn)表2。

初步分析表明：試驗(yàn)區(qū)混凝土未出現(xiàn)裂縫，結(jié)合大壩一期面板裂縫均為小于0.2 mm的表觀裂縫，此次試驗(yàn)與大壩一期面板Ⅰ序混凝土施工時(shí)的氣溫明顯小于出現(xiàn)裂縫的7塊Ⅱ序塊施工的平均氣溫。初步斷定大壩一期面板裂縫為溫度表觀裂縫，由澆筑時(shí)環(huán)境氣溫較高、晝夜溫差較大導(dǎo)致。

2.3 大壩二期面板混凝土配合比設(shè)計(jì)

根據(jù)大壩一期面板混凝土施工經(jīng)驗(yàn)，施工過(guò)程中采用坍落度為50～70mm混凝土配合比較為理想。同時(shí)對(duì)比面板模擬試驗(yàn)情況，大壩面板試驗(yàn)區(qū)的5塊試驗(yàn)混凝土均未發(fā)現(xiàn)裂縫，因此，決定大壩二期面板混凝土取消VF防裂劑摻入，并對(duì)混凝土配合比進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。大壩二期面板混凝土配合比見(jiàn)表3。

3 施工措施

3.1 施工時(shí)機(jī)選擇

2018年9月29日大壩壩體縱上0+050至上游擠壓邊墻已填筑至高程1 254 m（一期面板頂高程），壩體總體預(yù)沉降時(shí)間約為5.3個(gè)月;根據(jù)壩體沉降觀測(cè)成果，一期面板附近壩體沉降速率為4.53mm/月（<5mm/月），滿足規(guī)范要求，具備一期面板澆筑條件。

2019年8月28日大壩壩體全斷面填筑至高程1 324.61 m（二期面板頂高程），壩體總體預(yù)沉降時(shí)間約為6.1個(gè)月;根據(jù)壩體沉降觀測(cè)成果，一期面板附近壩體沉降速率為4.45mm/月（<5mm/月），滿足規(guī)范要求，具備二期面板澆筑條件。

3.2 壩頂拌和系統(tǒng)布置

基于面板裂縫發(fā)生機(jī)理，為減少混凝土的塑形收縮量，要求面板混凝土拌和物在滿足強(qiáng)度和施工度的前提下，盡量減少膠凝材料的用量。同時(shí)，由于面板混凝土對(duì)入溜槽、入倉(cāng)混凝土拌合物的坍落度、和易性等要求較高，為有效降低混凝土運(yùn)輸過(guò)程中的坍落度損失，使入倉(cāng)坍落度得到精準(zhǔn)控制，在大壩壩頂高程1 266 m和1 325.0 m預(yù)留平臺(tái)布置1座混凝土拌合系統(tǒng)，用于大壩面板一、二期面板混凝土的拌制。根據(jù)面板澆筑強(qiáng)度確定生產(chǎn)能力，其運(yùn)輸距離約為50～500 m，從而最大限度地減少了運(yùn)輸中坍落度損失，使拌和系統(tǒng)拌制混凝土?xí)r可采用較低坍落度的設(shè)計(jì)配合比。

3.3 無(wú)軌滑模設(shè)計(jì)

（1）大壩單塊面板設(shè)計(jì)為寬12 m和8 m 2種規(guī)格，為方便現(xiàn)場(chǎng)施工，將滑模設(shè)計(jì)成可拆卸滑模，每臺(tái)滑模長(zhǎng)14 m，寬1.2 m，其中，滑模主體部分長(zhǎng)10 m，兩端可拆卸部分各長(zhǎng)2 m，施工時(shí)根據(jù)面板寬度進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)拼裝。

（2）在滑模主體內(nèi)設(shè)置集水箱，通過(guò)沖、放水來(lái)調(diào)整滑模整體自重，在施工中可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)混凝土浮托力變化及時(shí)調(diào)整自重，以保證滑模在滑升過(guò)程中不出現(xiàn)“抬模”現(xiàn)象。

（3）為配合面板的二次抹面工藝，在滑模主體下方設(shè)置可調(diào)二次抹面平臺(tái)，平臺(tái)通過(guò)兩臺(tái)手拉葫蘆與滑模主體連接，可根據(jù)脫模后混凝土初凝時(shí)間調(diào)整抹面平臺(tái)與滑模主體間的距離，以便控制二次抹面時(shí)間。同時(shí)，在抹面平臺(tái)兩端布置鋼絲繩作為保險(xiǎn)裝置。

3.4 其他施工措施

（1）當(dāng)環(huán)境氣溫較高時(shí)，選擇在溫度較低的天氣或夜間進(jìn)行混凝土澆筑，避開(kāi)高溫時(shí)段。

（2）施工期間，從拌和系統(tǒng)配合比、攪拌時(shí)間、等待時(shí)間等方面嚴(yán)格控制入倉(cāng)混凝土坍落度，并加大坍落度和溫度的檢測(cè)頻次，入倉(cāng)坍落度控制在5 cm以內(nèi)。

（3）當(dāng)高溫天氣澆筑混凝土?xí)r，安排專人與拌和站進(jìn)行溝通協(xié)調(diào)，隨要隨拌，盡量減少運(yùn)輸過(guò)程中的等待間隙時(shí)間及混凝土料“壓車”現(xiàn)象，縮短混凝土從拌和站到入模的運(yùn)輸時(shí)間及澆筑時(shí)間。

（4）利用其他拌和系統(tǒng)的水泥罐和粉煤灰罐進(jìn)行水泥的備用預(yù)存，在混凝土澆筑期間采用水泥罐車進(jìn)行倒運(yùn)，盡可能降低水泥溫度。

（5）拌和系統(tǒng)的砂石骨料倉(cāng)設(shè)置遮陽(yáng)棚，避免因日照造成骨料溫度升高。

（6）在混凝土澆筑過(guò)程中，在溜槽上部采用彩條布進(jìn)行覆蓋遮擋、滑模及抹面臺(tái)車設(shè)置遮陽(yáng)篷，避免因日照混凝土溫度升高。

3.5 養(yǎng) 護(hù)

在混凝土脫模后終凝前，及時(shí)采用塑料薄膜覆蓋保濕，初凝后揭除薄膜并采用土工布覆蓋，通過(guò)預(yù)埋鐵絲將土工布固定在面板混凝土上。

采用移動(dòng)式膠管人工灑水，整塊面板澆筑完成后用花管長(zhǎng)流水養(yǎng)護(hù)，并采取人工局部補(bǔ)灑。養(yǎng)護(hù)鋼管通過(guò)右岸高位水池供水。一期面板混凝土養(yǎng)護(hù)不少于90 d，二期面板混凝土養(yǎng)護(hù)至下閘蓄水。

3.6 二期面板施工增加控制措施

（1）在壩頂高位水池處采用遮陽(yáng)網(wǎng)對(duì)該水池進(jìn)行覆蓋，避免因日照造成的水溫升高。

（2）為防止高溫天氣時(shí)混凝土溫度升高，在中石、小石倉(cāng)布置噴淋水管，采取噴淋降溫，降低骨料溫度[7]。

（3）增加水泥冷卻時(shí)間和轉(zhuǎn)存能力。

4 結(jié) 語(yǔ)

2020年5月12日，夾巖工程混凝土面板堆石壩面板已全部澆筑完成。大壩一期面板共發(fā)現(xiàn)58條裂縫，最大縫寬0.14 mm（縫長(zhǎng)8 m），所有裂縫縫寬δ<0.2 mm、縫深h≤300 mm。根據(jù)DL/T 5251-2010《水工混凝土建筑物缺陷檢測(cè)和評(píng)估技術(shù)規(guī)程》[8]中“5.2.2 混凝土裂縫分類”的規(guī)定，都屬于A類裂縫，面板底部尚無(wú)脫空現(xiàn)象。大壩二期面板尚未發(fā)現(xiàn)裂縫。

參考文獻(xiàn)：

[1] 蔣國(guó)澄. ?混凝土面板堆石壩的回顧與展望[C]//中國(guó)水電100年（1910-2010）. 北京：中國(guó)水力發(fā)電工程學(xué)會(huì)，2010：203-209.

[2] 闕進(jìn)彬，惠世前，馬社堂. 泗南江水電站堆石壩混凝土面板防裂技術(shù)[J]. 云南水力發(fā)電，2009，25（S1）：21-25.

[3] 馮友文，譚其志，劉少東. 擠壓邊墻快速施工技術(shù)在高面板堆石壩中的應(yīng)用研究[J]. 水利水電快報(bào)，2019，40（6）：48-51.

[4] 管志保，魯思遠(yuǎn)，任慶鈺，等. 夾巖水利樞紐工程高面板堆石壩面板應(yīng)力分析及施工分期[J]. 水利水電快報(bào)，2019，40（6）：58-62.

[5] 康文龍. 混凝土面板堆石壩的面板防裂與聚丙烯纖維混凝土[J]. 水利技術(shù)監(jiān)督，2002（3）：34-36.

[6] DL/T 5330-2015 水工混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程[S].

[7] 任小朝，閆曉云. 高面板壩面板混凝土防裂質(zhì)量控制要點(diǎn)[J]. 陜西水利，2009（S1）：37-38.

[8] DL/T 5251-2010 水工混凝土建筑物缺陷檢測(cè)和評(píng)估技術(shù)規(guī)程[S].

（編輯：李 慧）