混凝土面板堆石坝重要部位施工控制的探讨

摘要：近年来，随着水利工程建设规模的扩大，混凝土面板堆石坝因具有很多施工优点，其项目数量呈猛增趋势，建设管理经验也不断积累。但是混凝土面板和趾板、止水结构等重要部位常出现施工质量问题，一直都难于避免和彻底解决，这些问题值得深思和探讨。

关键词：混凝土面板 重要部位 施工质量

前言

我省水利工程建设规模进入高峰时期，目前全省在建的水库大坝工程，重点骨干工程（中型水库）就有80余座，其中混凝土面板堆石坝占40%左右。虽此坝型因坝体结构简单、施工方便快速、建设时间短、抗震性好，地形和地质适应能力强等得到广泛的应用。但随着当前水利建设项目猛增，建设任务艰巨，质量责任重大，管理要求高等特点，现有水利行业的建设技术力量难以满足工程建设管理需要，管理力量薄弱，施工质量问题多，尤其是面板裂缝问题的处理，一直都是薄弱环节，实施效果难以满意。本文主要针对混凝土面板堆石坝的止水结构、面板和趾板等重要部位施工控制进行探讨。

1 混凝土面板坝的止水结构及材料

目前我省混凝土面板堆石坝的面板止水结构，广泛采用GB新型止水结构型式，以GB材料为核心的止水材料，包括GB填料、GB复合盖板、GB复合铜止水等。该型式将中部止水带提至表层，在趾板和面板中预埋角钢和固定螺栓将止水带固定在分缝的缝口位置。为适应接缝位移和变形，将表层止水带设计成变形能力较大的凸起的弧形；同时为了确保止水带在接缝张开情况下承受高水压力作用，在止水带下面的缝口处设置了支撑橡胶棒，橡胶棒在止水运行过程中能够滞留在缝口，不被压入接缝而发挥支撑作用。另外止水结构在底部止水和表层使用塑性嵌缝材料，并采用GB复合盖板对塑性嵌缝材料进行封闭，确保继承常规止水结构型式优点的基础上，对其结构有所加强。

在混凝土面板底部或趾板的厚度的中间位置设置铜止水片，作为面板防渗的另一道屏障。一般情况下铜止水片为W型，在面板或趾板混凝土浇筑时，止水带边缘上翘部分的铜止带能很好的嵌入面板或趾板中，保证大坝运行中面板接缝自由张开或收缩时形成固定的连接体，达到止水防渗的效果。

2 面板防裂措施分析

2.1 混凝土面板质量现状

混凝土面板是面板堆石坝的防渗关键部位，防裂是面板堆石坝的关键和重点。业内专家已形成共识，认为混凝土面板的裂缝分为两类：一是因温度、湿度等环境因素变化引起的混凝土自身裂缝；二是因坝体不均匀沉降、反渗水压力、库水压力等外力引起的各种结构性裂缝。

针对第一类自身裂缝即混凝土面板的防裂，国内外从混凝土原材料、配合比、纤维混凝土及温控方面开展了大量的研究工作，取得了一系列的成果，混凝土面板的裂缝得到了一定程度地控制，但面板防裂的问题并未从根本上解决，近期完工的一些混凝土面板堆石坝工程如紫云鲁嘎水库等依然存在较严重的面板裂缝问题。

而第二类混凝土面板的结构性裂缝只能通过对坝体合理分区、坝体全断面升高、提高大坝堆石干密度、预留更长的沉降期再浇面板混凝土等措施来解决。面板防裂问题，国内在面板混凝土防裂方面进行了大量的工程试验研究，提高面板混凝土抗裂能力的技术措施一般为采用较低的水胶比（0.40～0.50）、掺入Ⅰ级或Ⅱ级粉煤灰（大多数坝均掺20%）、采用复合型外加剂（高效减水剂、引水剂等）等来改善混凝土性能。随着现代高性能混凝土理论和高新技术的发展，特别是近年来混凝土材料学科发展的新技术、新材料和新工艺，如纤维材料、膨胀材料等在水工混凝土别是面板混凝土中作为防裂措施，近年来也有应用实例。纤维混凝土具有良好的技术经济指标，国外已广泛应用于坝工、灌溉渠道衬砌、边坡防护等水利工程中。我国对纤维混凝土的研究与应用虽然起步较晚，但近年来发展很快。不过在水工混凝土别是在面板混凝土中纤维的应用仍很少。

查阅相关资料获知国内浙江白溪面板坝在二期面板混凝土中首次尝试使用了聚丙烯纤维，取得了一定的成绩和经验。洪家渡面板混凝土施工配合比中也推荐使用聚丙烯纤维进行防裂，用于面板混凝土中的纤维主要包括钢纤维和聚丙烯纤维。聚丙烯纤维能抑制面板混凝土的塑性收缩，提高混凝土的抗冲击性、柔韧性和抗疲劳性，可明显降低面板混凝土早期开裂；钢纤维对提高混凝土的抗拉强度和韧性，降低混凝土早期及后期干缩，减少混凝土裂缝的产生具有明显效果。当钢纤维体积相同时，钢纤维越细，其增强、增韧和阻裂效果越好。在混凝土中掺用适量膨胀材料以补偿收缩，是防止或减少混凝土开裂的有效措施之一。

2.2 面板防裂措施

针对面板堆石坝混凝土面板，参照国内在面板防裂方面的经验，拟在面板堆石坝工程中采用的主要防裂措施为在认真做好混凝土的保温保湿养护下，通过优化面板混凝土的配合比，在面板混凝土中掺入粉煤灰、高效减水剂、膨胀剂及聚丙烯纤维等，以减少混凝土中水泥用量、降低用水量、减少混凝土干缩、降低水化热设计值，从而达到提高混凝土的抗裂性能。同时论证在面板施工中采用钢纤维混凝土替代钢筋混凝土浇筑面板在技术上的经济性和可行性。

3 趾板基础开挖及处理

3.1 基础开挖及处理

趾板是坝体与基岩的连接的关键之处，趾板的基础开挖与处理是趾板施工的关键、重要隐蔽工程部位。控制不当易出现趾板基础移位、轮廓尺寸不足或超界、局部超欠挖、地基条件差等施工质量问题，必须严格按照要求进行处理。基础遇不良地质条件时根据地基情况进行认真处理，以防混凝土浇筑后发生均匀干缩、沉降变形而导致裂缝产生。遇超挖要用低强度的混凝土进行回填；遇断层、破碎带、软弱夹层，一般用混凝土塞进行置换；因地形地质条件限制只能建于风化破碎或软弱岩层时，应进行专门论证并采取加固措施进行处理。

3.2 趾板灌浆

趾板灌浆是趾板发挥防渗作用的另一重要环节，灌浆一般分固结灌浆和帷幕灌浆两类。工程建设过程中，国际上一些高效率的施工方法，如GIN灌浆法、自下而上纯压式灌浆法等引进中国，促进了我国灌浆技术的发展。这里主要阐述我省较少采用的GIN灌浆法，为今后的灌浆施工和大家进行交流。

GIN法的基本概念是对任意孔段的灌浆，都是一定能量的消耗，这个能量消耗的数值，近似等于该孔段最终灌浆压力P和灌入浆液体积V的乘积PV，就叫作灌浆强度值。由于裂隙岩体灌浆时，大裂隙常常注入量大而使用压力小，细裂隙常常注入量小而使用压力高。如果在各个灌浆段的全部灌浆过程中，都控制GIN为一常数，就可以自动地对开敞的宽大裂隙限制其注入量，对比较致密的可灌性差的地段提高灌浆压力。

GIN法灌浆的要点有：①采用一种固定配比的稳定浆液，灌浆过程中不变浆；②用GIN曲线控制灌浆压力，在需要的地方尽量使用高的压力，在有害和无益的地方避免使用高压力；③用电子计算机监测和控制灌浆过程，实时地控制灌浆压力和注入率，绘制P～V过程曲线，掌握灌浆结束条件。GIN法灌浆几乎自动地考虑了岩体地质条件的实际不规则性，使得沿帷幕体总的注入浆量合理分布，帷幕灌浆的效益-投资比率达到最大。工程地质条件复杂，裂隙发育，灌浆的可灌性非常好，符合GIN灌浆的特点，可以使GIN灌浆的优越性得到充分地发挥。GIN法与常规灌浆法相比能够节约水泥1/3～1/2，同时提高工效，因此经济效益十分显著。

4 结语

混凝土面板堆石坝重要防渗部位施工质量涉及面广、环节多，必须在重点部位和环节上下功夫并作好质量管理与控制，条件允许时积极应用新技术、新工艺、新方法。缺乏施工经验时，要积极向取得效果的同类工程项目学习，并在施工中不断总结经验，吸取教训，才能快速提高混凝土面板堆石坝的建设质量和管理水平。