高混凝土面板堆石坝面板裂缝防治

冯美兰

（黄冈市白莲河水库管理处，湖北 黄冈 438218）

我国对混凝土面板堆石坝的建设，是从1985年开始已有20多年。在这20多年里，混凝土面板堆石坝的建设，在我国取得了突飞猛进的发展，各种类型的混凝土面板堆石坝；如砂砾石坝、软基（深复盖层）上的堆石面板坝、软岩筑坝等，都获得成功，在实际运行中，效果良好。但对于高在125 m以上的高坝，面板裂缝产生的成因及防治，目前处在研究和探讨之中。

1 裂缝产生的成因

混凝土面板堆石坝面板产生裂缝的原因很多，按其结构性能可分为非结构性裂缝和结构性裂缝。

1）非结构性的裂缝。指面板混凝土原材料中的水泥、砂石骨料、外加剂、添加剂、温度、施工工艺、方法、时段、防护措施及环境等引起的裂缝。

2）结构性的裂缝。指沉降变形、位移、架空而发生的裂缝。对高面板堆石坝而言，结构性裂缝是主要的因素，是要研究、控制、防治的重点。

面板是长而薄的长条状混凝土建筑物，它应均匀地摊铺在垫层料迎水面的斜坡上。面板依托垫层料，垫层料依托过渡料，过渡料依托主堆石料来传递水压应力的。垫层料的稳定、密实、沉降对面板变形起着至关重要作用，如垫层料发生沉降、位移、流失、脱空，必将导致面板开裂、破碎和位移。因此，大坝填筑用料的质量和筑坝施工质量，是关系到面板变形，大坝长期稳定、安全运行的首要条件和主要因素。

2 结构性裂缝的防治和控制

当坝址选定后，对坝址区域内筑坝用料的料场，要尽可能多做比较选择，在经济成本和安全质量作比较时，应把安全质量作为终选依据。施工方法要严格要求，如对填筑区内的基础处理、岸坡清理、填筑分期分区、施工技术参数、施工机构组织、施工时段、施工环境等，均应有严格的标准与指标。目的只有一个，增大密实度，减少孔隙率，使其在面板浇筑之前，大坝达到最大的沉降值，尽量减小面板浇筑后的坝体沉降。

2.1 建基面的处理

一般面板堆石坝建筑基础面的处理，着重在迎水面以下坝厚约1/3处（不全是）范围内进行严格处理，其它区域，如有较厚的砂砾石覆盖层，一般不全部挖除，只做压实度或孔隙率检测，基础满足设计要求后即可作为建基面。但对高面板堆石坝的建基面，要全面进行认真处理，高面板堆石坝的填筑区基础，应落实在河床强风化岩层上。岩基上的高面板坝必须充分考虑如何尽量减小堆石体的变形，尤要重视垫层及过渡层区的设计与施工，并设计好面板及有关接缝的止水，确保施工质量，以适应坝体变形，减少渗水量。从建基面基础处理上，就要防止和减小基础造成的沉降。

2.2 筑坝材料及施工工艺控制

筑坝材料，以选用新鲜、坚硬、比重大、抗压强度大且易开采，能满足设计级配要求的填料为好。

以某工程为实例：坝料岩性为白云岩，比重为2.81 g/cm3。设计要求：垫层料干容重为2.40 g/cm3，孔隙率为14.6%；过渡料干容重为2.352 g/cm3，孔隙率为16.37%；主堆石料干容重为2.25 g/cm3，孔隙率为19.93%。大坝所用填筑料大部为洞室爆破料，级配也能满足设计要求，在填筑施工中，垫层料、过渡料铺厚均为每层40 cm，用16 t或18 t自行式震动碾碾压6遍，主堆石料铺厚为每层80 cm，用25 t牵引式震动碾碾压8遍。经挖坑取样分析，干容重、孔隙率、P5含量及含泥量均能满足设计要求。

从以上实例可以看出，对高面板堆石坝的坝体填筑，设计方面提高了要求，对填筑料进行了严格的控制，施工方面经过努力，组织施工机械优化组合，也能达到设计所提出的技术要求参数，满足了设计意图。

2.3 大坝填筑

混凝土面板堆石坝主要由堆石体和防渗体组成，其中堆石体从上游向下游依次主要由垫层区、过渡区、主堆区和次堆石区组成；防渗体由钢筋混凝土面板、趾板、趾板地基的防渗帷幕、周边缝和面板间的接缝止水组成。所以，面板坝坝体填筑时，一般都是要分期分区进行，进行均衡生产。

高面板堆石坝一般体积较大，如天生桥一级，填料达1 800万m3，水布垭填料达1 526万m3，少的也有几百万立方米之多，不可能在一个枯水期就能完成填筑的。面板坝的优点就是利用已填筑的临时挡水断面，可以进行挡水渡汛。为此，大坝填筑时，在第一个枯水期，大坝坝体填筑必须要达到临时挡水渡汛标准的高程。此种形式的分区分期方式，易产生不均匀沉降，根据《面板堆石坝工程》（2004年第4期）所提供的资料，也证明了此种分区分期的施工方式存在着不足之处。

笔者认为，在完成临时挡水断面之后，在剩下的填筑断面上，应自上游向下游方向按主堆石层厚，分层波浪式的填筑，根据工程实际状况，波浪式分层以1～2个主堆石层厚为宜。尽量做到在同一高程上的大坝筑料在同一时段填筑，使之同时整体均匀沉降，保证填筑之间的密实结合，减少不均匀沉降发生。

2.4 迎水面的临时保护

高坝填筑期间的迎水面保护，有部分工程采用“挤压边墙”的方法，此种方法加快了施工进度，减少了垫层斜坡面的削坡、斜坡碾压和斜坡保护，不失为较快、较省的施工方法。但在“挤压边墙”下游面，总有20 cm左右宽的区域，振动碾碾压不密实，用其它方法也达不到振动碾碾压的效果，给整体沉降带来不利因素，容易造成面板下面局部架空现象。据统计资料显示，采用“挤压边墙”作为垫层料斜坡保护施工方式，在已建成的2个工程中，面板均出现了裂缝。采取此种方式，也改变了面板在垫层料上“软着陆”。

2.5 面板浇筑工艺

1）不分期一次性浇筑。面板浇筑施工，应在大坝防浪墙基础高程以下填筑完成，还需经过沉降期后方可施工。面板施工可一次拉浇成型。

2）面板施工分期施工。部分面板浇筑分1期、2期、3期施工。面板施工分期不能太多，以2期为宜。第1期面板浇筑的高程位置，根据发电的要求，可以定在发电死水位以上5 m左右处，待大坝坝体填筑到防浪墙基础高程后，利用垫层料坡面上保护层，在汛期可部分蓄水，先发电，到枯水期后，再浇筑第2期面板。这样，可利用施工期内的汛期，先发电创效益，主要目的是让大坝有充分的沉降期，给面板沉降裂缝的防治创造条件。

根据工程的实际需要，第1期面板浇筑的高程，也可以定在临时渡汛挡水断面以上某处。同理，待大坝坝体填筑完成，经过沉降期后，再浇筑第2期面板。目的都是增加在施工期内的沉降期，让大坝坝体整体沉降达到最大值，减小沉降对面板裂缝产生影响。

3）缝间处理。面板施工是分块浇筑的，块与块间，块与趾板间设有结构缝，面板周边及受拉应力区域为受拉缝，设置了止水片和嵌缝充填物，保证了面板在受拉应力作用时，保护面板不被拉开和漏水。但在目前，受压应力缝内设置了抗（防）挤压的措施不多，大多数混凝土面板堆石坝面板上的拉应力缝和压应力缝，在设计和施工上是一样的，受压应力缝内，没有设置面板在受到挤压变形时的伸缩空间。因高面板坝的面板部分变形较大，在受压应力缝处有隆起现象，可在压应力缝内设置防挤压设施（或措施），防止面板在压应力的作用下隆起或抬动变型。

2.6 利用料

在部分面板堆石坝工程中，一般在坝轴线以下，浸润线以上某一高程处，设置“利用料”区（中低坝有时也叫次堆石料区），尽量利用一些强度稍低的开挖料。利用软岩筑坝，在高面板堆石坝工程中引用（如天生桥一级），虽说充分利用了其它水工建筑物的开挖料，进行挖填平衡，大大降低筑坝成本，经济效益明显。但对大坝安全稳定、面板产生裂缝有一定的影响。因为在高面板堆石坝填筑区，设置了这样一个“利用料”区后，利用料的料质与主堆石料的料质不同，其比重、干容重、压实度也不相同，其施工参数也不相同，那么，产生的沉降量、位移值也会不一样。在高面板堆石坝坝体内，设不设“利用料”区，设置在什么部位较合适，又以多大为宜，才不会让大坝产生“摆头”现象，而把因沉降引起的面板裂缝的因素降到最低。需要经过周密的试验和论证，得出结论后再决定。

2.7 “坝山”结合部施工控制

在面板堆石坝坝体填筑施工中，在“坝山”结合部，坝轴线以上要用细颗粒料（一般采用过渡料）填筑，设计规范规定宽度为1～2 m。而施工技术参数采用其下限1 m宽。在实际条件下，岸坡不可能为一条直线，在施工摊铺中，也不太可能保证其宽度只有1 m。为施工方便，有的施工单位自行“加宽”，而且1 m宽的过渡料，也不好上大型振动碾碾压，采用其它方法夯实，不但费时费力，也不密实。在这样的部位和比较难的施工地方，施工质量往往难以保证，甚至会产生质量缺陷。因此，必须按设计和规程规范要求，做好“坝山”结合部施工填筑的质量控制工作。

3 结语

由于混凝土面板堆石坝有许多优点，非常适合我国的国情，在我国它的应用与发展比混凝土坝要快得多，有些问题的发生，往往在短期内得不到足够的验证，也会出现一些始料不及的问题。如对于高面板坝因沉降引起面板裂缝的现象，不论怎样提高压实度，减小孔隙率，总还是有一个限度，沉降是客观存在的。而且高面板坝沉降比值比中低面板坝沉降比值大，对于这个现象，有人把它归结到“高坝效应”。是否有“高坝效应”，让主沉降期内的沉降达到最大值的沉降时间，流变对面板产生裂缝的影响程度，有没有内在规律可循，新技术、新材料、新工艺的应用的论证做的是否充分，是否忽略了其负面作用等等，这许许多多的问题，需要去研究、探索、试验，逐步完善面板坝技术的发展。