面板堆石坝面板局部开裂及周边缝止水破损修复设计

李艳龙

(贵州省水利水电勘测设计研究院，贵阳 550002)

1 工程概况

某水库工程位于贵州省修文县，河床大坝坝型为混凝土面板堆石坝。水源工程由混凝土面板堆石坝、左岸岸边设闸溢洪道、左岸导流兼取水放空隧洞组成。大坝为砼面板堆石坝，坝顶高程1 316.80 m，最大坝高52.3 m，坝顶宽度7 m，坝顶总长153.9 m，上游坝坡1∶1.4，下游坝坡1∶1.4，下游坝坡1 294.00 m高程设宽2 m马道，综合坡度1∶1.44。

2 面板局部开裂产生过程及成因分析

2.1 面板开裂

2018年7月，为满足坝体上游施工需要，水库在坝体上游基坑排水过程中发现大坝面板MB11、MB13块底部有局部外胀裂缝块，其中MB11膨胀块最大开裂外露面积约1 m2。此外，面板MB13块发现一条表面水平裂缝，裂缝长度约为1.2 m。面板MB12底部周边缝区域出现了2～3 cm的反曲变形，变形长度为整个MB12面板，变形宽度约3 m，自周边缝底部开始沿着斜向上至3 m位置处逐渐减小。在距离MB11面板垂直缝右侧3.1 m处发现周边缝铜片止水位置处有小股水流渗出。

2.2 面板局部反向变形原因分析

根据混凝土面板浇筑施工记录和观测仪器观测成果，MB11-MB13面板浇筑在坝体浇筑完成7个月后进行的，且大部分在低温季节进行。面板内部实侧压力最大为1 264.5 m高程的P1点0.021 MPa，最大沉降为1 281.00 m高程的SG3点，最大累计沉降为20.6 cm,最大水平位移为1 281.00 m高程的SE1点，最大水平位移为-7.9 mm。从观测仪器观测结果，坝体总体沉降和水平位移较小，且面板在低温季节浇筑，根据面板裂缝形状及分布情况，再结合至2018年4月度汛前，未发现坝体出现明显的裂缝出现，初步得出由沉降和温差引起裂缝的可能性不大。而后期施工排水过程中，由于在汛前反向排水管没有关闭阀门，因此坝前基坑积水可以在外水压作用下通过反向排水管流入坝体内部，坝体内部水位随之升高。在施工期排水过程中，由于外部排水速率过快，坝体内水反压导致面板局部反凸变形和周边缝止水破损。

3 MB12面板周边缝止水及面板局部抬动变形处理及效果评价

3.1 面板反凸变形处理

1) 分期凿除MB12混凝土面板。考虑到面板自身稳定的问题，MB12面板周边缝以上1.5 m范围内的混凝土采用分期人工凿除的方式。凿除方式采用人工凿除的方式，凿除过程中MB12面板在宽度方向分成3部分：12-1，4 m；12-2，4 m；12-3，4 m。分3期施工，第1期先凿除12-1面板混凝土，凿除过程中注意不要损伤MB12周边缝位置面板底部的铜片止水。为了垂直缝止水施工，凿除区域内横向和附加钢筋可按施工需要截断拆除，与老混凝土相接触的竖向钢筋在预留满足锚固长度的前提下可根据止水施工需要截断，但同一断面钢筋截断的面积不应大于30%，面板浇筑修复前需按设计要求对面板内部配置的钢筋网进行恢复。面板分期凿除和修复划分示意图见图1。

图1 面板修复分块示意图

2) 周边缝止水及面板内部脱空处理。高压清洗并检查凿除区域内周边缝及与MB11面板相接处垂直缝铜片止水的破损情况，如有破损按原设计要求进行修复。并找出反凸面板内部渗水缝隙和通道，采用化学灌浆处理，对于MB12面板台动区域内脱空和不密实部位采用水泥砂浆灌浆处理。

3) 恢复凿除面板混凝土。在浇筑混凝土面板前，先进行12-1与12-2相接面板处的垂直缝底部铜止水布设，垂直结构缝止水见图2，铜止水的型式及尺寸，参见本工程周边缝止水的设计型式。垂直缝的止水下部设置C20砂浆垫层，砂垫层上部设置PVC垫片。凿除区域面板混凝土采用浇筑不低于原标号面板混凝土方式恢复凿除膨胀块上部混凝土。为了防止新老混凝土之间产生裂缝，沿膨胀块周边缝面附高强度砂浆增加接触面结合，并在新浇混凝土中加入微量膨胀剂，初凝后进行流水养护。浇筑养护砼达到设计强度后，再对新旧浇砼接缝进行处理。

图2 新增垂直缝结构止水设计图(12-1、12-3与12-2之间)

4) 在处理过程中，如果周边缝铜片止水破损较为严重时，周边缝铜止水需打开趾板进行修复时，则将原趾板周边缝附近40 cm范围内的混凝土凿除，重新修复止水设施。新浇部分压在原趾板混凝土上方，并保证新浇细石混凝土与原混凝土交接良好且延长渗径。

5) 12-1坝块混凝土浇筑完毕，待其达到30%(至少3 d)的强度后，再按上述施工方法步骤，按顺序把12-3和12-2(待12-3达到30%即至少浇筑后3d时再施工)面板再用同样方式凿除和恢复，并注意在12-2与12-3之间的垂直缝部位设置底部铜片止水，施工过程中请注意保护新老混凝土的周边缝止水的保护。

6) 表层止水布置：对于新浇混凝土与老混凝土之间的水平缝先按照一般裂缝的处理方法进行处理。处理完毕后，为防止新浇筑面板与老混凝土接合部渗漏，再在新老混凝土接合部再增设一道表层止水，新增垂直缝(12-1、12-2、12-3间)表层止水参照图2执行。水平施工缝止水具体施工型式见图3。其余周边缝止水按原设计图纸施工。表层止水施工时，请注意止水材料的封边处理。

图3 水平施工缝施工示意图

7) 为增大水流渗径，缺陷处理完毕后，铺盖施工前，在MB11-MB13面板周边缝向上3 m及趾板宽度2 m范围内，采用粉煤灰与黏土覆盖，覆盖完成后再按设计要求进行铺盖施工。

8) 监测仪器安装: 裂缝处理前，在面板布设观测设施，监测裂缝处理过程中面板的变形情况；在新老面板浇混凝土接合部布置5支表面测缝计。

3.2 主要处理注意事项及要求

1) 凝土凿除施工宜采用人工凿除的方式，并采取适当的减震措施，每块面板按照“先两边后中间”的顺序凿除，凿除过程中避免出现因措施不当出现凿除区域外混凝土块受到破坏，施工中并注意面板中混凝土中钢筋网的保护。

2) 在水平施工缝灌浆施工过程中，灌浆灌注顺序应从一端向另外一端用适当的压力逐步推进，灌浆压力视裂缝大小而定，一般为0.3～0.5 MPa，最大压力不能超过结构允许值。

3) 灌浆结束48 h后去除注浆针头，再次进行表面封闭处理，通过裂缝表面设置防水层，提高混凝土的防水性及耐久性。

4 结 语

坝体反向排水管未按设计要求在坝体度汛前关闭，而在施工期间又未重视科学排水问题，进而导致面板局部鼓凸开裂问题已不鲜见。本文结合实际工程情况，分期分序凿除和修复破裂面板及其止水，经处理、验收、试验、观测等程序，处理后缺陷部位满足了工程蓄水条件。

对于全断面破裂面板采取全部凿除修复方案时，要首先验算面板自身稳定问题，通过验算结果来确定分期修复面板凿除块的大小。如多块浇筑，为了保证面板稳定和施工质量，则应采取分期跳仓修复方式。经修复后，新老混凝土施工缝处的施工质量又是工程防渗的薄弱环节。实际修复中，应加强新老混凝土的施工质量，并增加水平止水的层数及施工质量，同时还应按埋设相关的变形及渗漏观测设施，以保证坝体蓄水后的安全稳定运行。

面板堆石坝中的面板是坝体重要的防渗结构，因此在坝体面板施工完毕至坝体蓄水前对已施工好的面板养护和保护尤为重要，施工单位在每年汛期开始前应按相关设计要求按时关闭坝前反向排水管。