团山水库堆石坝施工期面板裂缝处理措施研究

(遵义水利水电勘测设计研究院，贵州 遵义 563002)

混凝土面板堆石坝是以碾压堆石或砂砾石等堆石体作为支撑结构，以上游混凝土面板作为防渗结构的挡水土石坝，因其具有坝坡稳定性好、防渗面板抗渗性好、施工工艺简单、导流与度汛方便、投资经济效益高等优点，已成为我国水利水电工程的主流坝型之一[1-2]。面板堆石坝坝体为散装堆石结构，具有变形大且持续时间长等特点，加上上游薄板防渗结构，两种结构间巨大的物理性能差异导致其面板裂缝较易产生且变形裂缝持续时间长[3]。堆石体与防渗体变形不协调、施工质量控制差、外力综合因素影响等，均可能导致大坝防渗面板发生裂缝[4]。团山水库大坝是一座高山峡谷地区的面板堆石坝，其施工期面板裂缝是影响大坝安全的重要因素，如何有效地预防和控制面板裂缝的产生，是团山水库工程施工期质量防控研究的关键内容。

1 工程概况

团山水库位于遵义市绥阳县洋川镇团山村境内，地处石梁河上游段。水库坝址位于东经107°43′53″、北纬28°12′01″，距绥阳县城约17km，距遵义市中心城区62km。坝址以上流域面积14.7km2，多年平均径流量917万m3。水库正常蓄水位915.00m，死水位885.80m，水库总库容721万m3，水库工程等别为Ⅳ等，工程规模为小(1)型。大坝、溢洪道等主要建筑物级别为4级，次要建筑物级别为5级，临时建筑物级别为5级。水库工程任务为城市供水，供水对象为绥阳县城中心城区，年供水量598万m3。

挡水大坝为混凝土面板堆石坝，坝轴线方向为N85.60°E，坝顶宽7.50m，坝顶高程919.00m，长163.75m，最大坝高50m，最大坝底宽148.20m。上游设高2.50m的L形防浪墙。大坝上游坝坡1∶1.40、下游坝坡1∶1.40(综合坡比1∶1.483)，并在下游坝坡886.00m、903.00m高程分别设2m宽的马道。上游混凝土防渗面板厚0.45m，下设水平宽3m垫层区(2A)，再下设水平宽4m过渡区(3A)。堆石体上游为主堆石区(3B，最大粒径700mm)，下游为次堆石区(3C，最大粒径700mm)。下游坝面采用预制块护坡。大坝典型设计断面见图1。

图1 大坝典型设计断面(单位：mm)

2 防渗面板裂缝控制措施设计

2.1 面板设计

为了承受混凝土温度应力和干缩应力，防渗面板采用C25钢筋混凝土，抗渗等级W8，抗冻等级F100。面板中部设单层双向钢筋，水平向配筋率为0.3%，竖向配筋率为0.4%；面板拉应力区或岸边周边缝附近增加配置加强钢筋。大坝面板混凝土采用滑模浇筑，面板内不设永久水平缝。根据面板受力情况，两坝肩附近左右岸面板分别设2条和3条张性垂直缝，间距10～12m不等。大坝施工期间，为防御面板承受反向渗压，河床段面板底部设置1根长50m的φ300普通钢管，壁厚6mm。排水钢管在河床低压缩区末端垂直上弯伸至主堆石体内，并水平向两侧分别延伸10m。竖管和水平管均为钢花管外包无纺土工布，并回填反滤层包裹，安装时钢管须做防腐处理。未浇筑面板前，若汛期洪水上涨，反向排水管用手动闸阀将其关闭，防止洪水倒灌，淤泥堵塞排水管道。面板施工期间，手动闸阀必须处于开启状态。坝体反向排水系统在趾板浇筑前施工完毕，在上游铺盖区填筑前使用，并在铺盖填筑时封堵。

2.2 接缝止水设计

面板与河床和两岸基础相接处设趾板，趾板厚0.50m、宽5.0m。混凝土趾板采用C25钢筋混凝土，抗渗等级为W8，抗冻等级为F100。趾板下游设置防渗板延长渗径，防渗板宽度结合趾板下游低压缩区范围考虑，在底部河床段最宽处为22m，左右坝肩宽度为7～22m。防渗板(低压缩区)范围挂网喷C20混凝土防渗保护及封闭开挖基岩面，厚0.10m，钢筋网为φ8@200，岸坡挂网锚筋为φ25，间排距3m，锚筋单根长1.8m。

2.3 坝体分区填筑和控制

团山水库大坝筑坝材料采用人工砂石料，上游铺盖区采用粉煤灰填筑，上游盖重区采用土石渣填料。坝体填筑分区从上游至下游分为垫层区(2A)、过渡区(3A)、主堆石区(3B)、下游堆石区(3C)和特殊垫层区(2B)。大坝各区填筑料的设计要求及填筑控制指标(见表1)。

表1 大坝分区填筑控制指标

3 施工期面板裂缝检查

水库蓄水前采用10～20倍刻度放大镜做检查工具，对施工期面板裂缝进行检查和统计分析。为准确掌握裂缝状况，以裂缝为中心线，沿裂缝每隔6m钻深度20mm、直径27mm的孔，表面打磨宽80mm、深3mm的浅层槽，用PSI-HY环氧胶泥封堵。封堵完成，采用单液电子泵进行压水探测，如出现无压力或者压水量大于裂缝缝隙的体积，则判断此条裂缝为贯穿性裂缝；否则，判断为非贯穿性裂缝。图2为裂缝类型压水探测示意图。

图2 压水探测示意(单位：mm)

4 施工期面板裂缝状况及原因分析

大坝填筑完成三个月后开始浇筑面板，此时大坝自然沉降已趋于稳定。面板混凝土浇筑完成后，经参建方联合巡检，发现面板裂缝累计43条，总长431.41m，其中小于0.2mm的共19条，总长155.94m，不小于0.2mm的共24条，总长275.47m。

经分析，产生裂缝的原因可能是：ⓐ面板一次性拉至坝顶，长度较长，累计收缩量较大，对防止收缩性裂缝的产生有不利的影响；同时，在混凝土浇筑过程中对打入垫层料的架立筋未完全逐次割断，在一定程度上增加了面板基础约束力，加大了面板产生裂缝的概率；ⓑ表面止水施工需要干燥无水条件，而面板混凝土浇筑后需进行保湿养护，相互间需要寻找一个平衡点；团山水库混凝土面板表面止水实际施工工期较为紧张，为抢工期表面止水施工期间面板混凝土养护效果不佳，在温度应力作用下产生裂缝破坏；ⓒ面板混凝土施工完成28天后，即开始实施坝顶结构部分内容，防浪墙、下游L墙、坝顶过渡料的填筑增加了一定的荷载，致使坝体沉降观测数据在该时段内出现增大的情况，对防止后期裂缝的发展不利。

5 裂缝处理措施

《混凝土面板堆石坝设计规范》(SL 228—2013)规定：“面板裂缝宽度大于0.2mm或判定为贯穿性裂缝时，应采取专门措施进行处理。”[5-6]团山水库混凝土面板裂缝主要以分散型和大面积龟裂型非结构裂缝为主。

5.1 低压灌浆修补

团山水库混凝土面板分散型裂缝(不小于0.2mm),先进行低压灌浆修补，再对裂纹进行表面封闭处理。施工工序为：打磨→冲洗→裂缝描述→贴嘴(钻孔埋管)→封缝→压缝检查→灌浆→注浆嘴清除→质量检查。化学灌浆材料选用SK-E环氧树脂灌浆材料。

5.2 表面封闭处理

团山水库混凝土面板大面积龟裂型非结构裂缝 (小于0.2mm),直接采用表面封闭处理[7]；对已延伸到表层止水内的裂缝，裂缝的表面封闭层应与表层止水封闭连接。施工工序为：缝面打磨→基面清洗→涂刷潮湿型界面剂→沿裂缝分2～3次涂覆5cm宽、2mm厚SK涂刷型盖板(中间加贴胎基布)→分两次涂刷YEC环氧防护涂层(中间加贴纤维布)，涂层厚度3mm→养护。图3为表面封闭处理示意图。

图3 表面封闭处理示意图

6 面板裂缝处理效果分析

团山水库大坝施工期采用低压灌浆和表面封闭相结合的处理方案，对混凝土面板裂缝进行了及时修补处理。经现场检查和压水试验等分析，绝大部分裂缝处理质量较好，检查结果均满足要求。混凝土面板堆石坝防渗面板在施工期和运行期存在一些裂缝较为常见，相比类似工程，团山水库大坝在施工期出现的裂缝仍属较少，缝宽也不大，经及时修补处理后整体质量较好。水库蓄水后，未发现明显裂缝，大坝各项运行指标正常。

7 结 语

团山水库混凝土面板在施工期产生裂缝，经裂缝检查和压水试验，认为面板长度较长、养护效果不佳和施工期速度快等是造成面板裂缝的主要原因。团山水库面板裂缝主要为分散型和大面积龟裂型两种非结构性裂缝，采取低压灌浆修补和裂缝表面封闭相结合的处理方案，经现场检查和压水试验，结果均满足要求，裂缝处理质量较好。面板裂缝隐患得到有效消除，保证了工程下闸蓄水和后期运行安全，具有很好的工程效益。