关于高面板堆石坝的面板结构性裂缝
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摘要:一般认为,采用现代技术修建的混凝土面板坝,蓄水后坝体变形不大,且很快趋于稳定,坝中央区的面板工作条件较好,不会产生结构裂缝,趾板附近堆石不易很好压实,同时堆石厚度变化较大,因此防渗重点是周边缝及其附近面板的裂缝。
关键词:高坝;堆石;结构裂缝
中图分类号:TU7 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)01-0192-02
0 前言
高坝由于施工强度大、坝体增高快,坝顶初期徐变问题就变得十分突出,因此顶部面板容易出现的结构性裂缝。其裂缝的性质可以分为弯曲性结构裂缝及拉伸性结构裂缝两类,其成因不同,防止裂缝产生的措施及方案亦不同。高面板坝的顶部面板发生弯曲性裂缝主要的原因是面板浇筑后的堆石的徐变(工后徐变)。
其防止的可能方案有:(1)加强堆石的碾压(包括加水量)尤其顶部堆石的碾压以减小堆石顶部的徐变量,虽目前还缺乏观测资料论证,但肯定有较大作用。(2)选择合适的面板浇筑日期,避开堆石的高峰沉降徐变期,在我国南方可以要求在汛前完成分期堆石填筑,在汛后的11～12月浇筑分期面板。
高面板坝的顶部面板拉伸性裂缝产生原因主要是主、次堆石在面板浇筑后的徐变沉降差。主、次堆石的沉降差产生了堆石顶部的上游堆石面受拉伸、下游堆石面受压缩,于是发生堆石体顶部的弯曲效应。其防止的可能方案有:(1)根据主副堆石压缩模量比,进行主副堆石的分区,确定主堆石区的相对宽度;(2)选择合适的最终蓄水日期。
针对天生桥的工程实际,如果将面板的完成浇筑的时间由5月1日推迟8个月,到当年的12月31日,就可以有效地避开徐变的高峰期,其产生的结果将是:分期面板顶部都不会出现脱空,面板不会出现弯曲性结构裂缝。最终蓄水日期推迟到第二年汛期,这样也就自然的解决了“选择合适的最终蓄水日期”的问题。因此,如果能实现1995年11月全年导流,对于天生桥工程是最优方案。在我国南方面板安排在11～12月浇筑是常规的施工方法,11～12月的气温较低,在5月1日到12月31日这段时间可以用于下游坝体的填筑,还可以容许下游坝体的填筑高程大于上游坝体。
我国浙江的白溪工程、珊溪工程就是这种施工方法,面板分两期施工,一期面板及二期面板顶部没有脱空,也没有产生弯曲性结构裂缝与拉伸性结构裂缝,当然它们的坝高都不到140m,情况不完全相同。但是天生桥在1996年11月开始才实现全年导流,则采用这种方法,保证1998年底初期发电是不可能的。因此,该工程采用的施工方案还是最优的选择,因为发电效应巨大;面板只出现弯曲性结构裂缝漏水量不大;顶部结构性裂缝处于死水位以上可以得到较彻底的修理而不影响后期耐久性,二期面板顶部裂缝在运行期处于受压状态,裂缝会自行闭合等。
1改进垫层料设计
垫层料要起限漏的第二条防线作用,要对粉细砂及河道悬移质等起反滤作用,其级配必需是连续的、内部渗透稳定,这是很关键的。垫层料的最大含砂量及最大粒径的规定要符合防止施工时的分离要求,细粒的含量要符合防止垫层料开裂的要求。对垫层料的级配,作以下规定可能比较合适:最大粒径不超过8cm,含沙量小于5mm,颗粒含量为35%～55%,小于0.075mm的细粒含量不超过8%。
2改进过渡料设计
过渡料要起竖向排水作用,不要让渗漏水进入其下游的堆石,并对其起软化作用。过渡料最好不含有小于5mm的颗粒,最大粒径可以为层厚,在施工程序上,要先填过渡料,再填垫层料,在过渡料的上游界面清除超径石后才允许在其上游填筑垫层料。超经石粒径可规定为10～20cm,视过渡料的实际级配而定。
3堆石分区
目前堆石分期对于低于140m高的坝还是合适的,但仍要控制主堆石区的宽度及主、次堆石的压缩模量的比值。根据目前的经验,主堆石的宽度大于坝宽的1/2为好,次堆石的压缩模量应大于主堆石的1/2。对于190m级的面板坝,除按水压力作用下对面板的挠度影响最小的原则分区外,还要控制主、次堆石的沉降差。为了此目的,主堆石相对于坝宽的宽度,取决于坝高及主副堆石的压缩模量比,不能将萨尔瓦欣纳坝主堆石区采用2/3坝宽的经验固定起来。
此外,为了满足度汛要求的堆石的分期填筑,常要求上游按临时挡水断面填筑,如天生桥的坝体填筑分期。我们认为在这种情况下,应将占坝高不小于1/3坝高的顶部堆石采用全断面填筑,因为根据对天生桥原型观测资料的分析,其下的堆石在浇筑三期面板时,其徐变已基本完成。
4选择合适的面板浇筑及蓄水时间
高坝顶部面板的结构裂缝的产生,是堆石的徐变产生的。因此,如工期许可,亦可以采用推迟浇筑面板及蓄水的方法达到防止顶部面板出现结构性裂缝的目的。此方法最大的好处是可以充分利用次质的工程开挖料。
5加强观测
加强对堆石坝顶部的徐变及不均匀沉降产生的堆石体顶部向下游弯曲的观测。坝顶部沉降及水平位移仪观测线的垂直间距适当加密,防浪墙基础堆石体在接近防浪墙建基面处加一条沉降及水平位移观测线。
面板坝堆石体变形、面板结构性裂缝、坝体渗漏,是面板坝变形逐步发展的三个阶段,稍不注意不及早处理,将可能引起严重后果。
小山水电站位于吉林省抚松县第二松花江支流松江河上,以发电为主,兼顾防洪及综合利用。混凝土面板坝坝高86.3m,坝顶长302.0m。坝基为安山岩和玄武岩。坝体主堆石区填筑料为安山岩料,该岩料坚硬,强度高。本工程于1994年6月开工,1997年9月22日下闸蓄水。观测资料表明:蓄水前1/2坝高处,V8测点坝体沉降值为111.7cm。蓄水后,效果惊人。
上述事实告诉我们:要减少面板坝蓄水后坝体变形,减少面板结构性裂缝,控制坝体渗漏,关键在于有效地控制施工质量,有效地控制填筑料级配和压实程度,有效地控制填筑体的上升速度,有效地控制面板浇筑时间等。施工填筑质量有缺陷和坝高超过150m的高混凝土面板坝,蓄水后的坝体沉降往往难于避免,由此而引起的面板开裂和坝体漏水不可忽视。为此要求:精心设计,严格控制填筑料质量;要求在差异性变形较大区域做好特殊小区料的处理、改进止水材料性能,以适应坝体变形;严格控制填筑料的洒水碾压质量,确保碾压后坝体有较高的压缩模量;适当推迟面板浇筑时间,减少坝体后期变形影响;面板上游铺填粉土、或粉煤灰,以填充面板或止水可能产生的裂缝;继续开展面板防裂措施研究,深入进行面板坝填筑料蠕变特性研究等等。
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