王永德，朱 武，謝勇兵

（1.云南省水利水電科學研究院，650228,昆明；2.中國水利水電第十四工程局有限公司，650041,昆明）

鋼筋混凝土面板作為大壩的防滲體，防止各種原因引起的漏水，對保證壩體正常運行十分重要。面板產(chǎn)生嚴重裂縫是導致壩體漏水的主要原因之一，裂縫產(chǎn)生原因是多方面的，究其本質(zhì)是由于外界和內(nèi)部引起的拉力超過混凝土本身的抗裂能力所致。因此，防止面板發(fā)生裂縫的主要措施之一就是提高面板混凝土的抗裂性，這要從混凝土原材的選擇、配合比設(shè)計和施工措施等幾個方面予以保證。

一、上庫鋼筋混凝土面板堆石壩概況

某抽水蓄能電站上庫庫區(qū)盆地的集流面積5 km2,多年平均流量0.209 m3/s， 最枯流量 0.05～0.08 m3/s，正常庫容2 450萬m3。面板壩樞紐由4個主要的水工建筑物組成，即鋼筋混凝土面板堆石壩、側(cè)槽式溢洪道、施工導流隧洞和上庫進水口。壩型為混凝土面板堆石壩，壩高68 m，壩頂長 337 m、寬 7 m。

面板堆石壩是上庫樞紐的主體水工建筑物，上下游邊坡均為1∶1.4，后壩坡在高程760 m、780 m及800 m處設(shè)有寬度為2 m的馬道。

大壩上游防滲體由趾板及鋼筋混凝土面板組成。鋼筋混凝土防滲面板下厚上薄，厚度由公式T=0.3+0.003H的變截板計算所得，式中T為板厚，H為水頭。下部面板的最大厚度為50 cm，頂部厚度30 cm,面板下為墊層，墊層由級配礫石和碎石組成，最大粒徑小于100 mm，墊層料厚度為2.5 m。墊層料下部為過渡層，過渡層為洞渣料，最大粒徑小于300 mm，過渡料厚度為4 m。過渡料下游為主堆石體，最大粒徑控制在800 mm。主堆石體下游為次堆石體，最大粒徑控制在1 000 mm，壩下游最外層為干砌石護坡。

沿鋼筋混凝土面板周邊與趾板相接處設(shè)有周邊縫，趾板下端，面板與巖基相接處設(shè)有小區(qū)料。小區(qū)料的作用，因參建各方認識不統(tǒng)一，對其做法和質(zhì)量指標存在分歧，設(shè)計方建議小區(qū)料由級配碎石料摻加5%的水泥組成，最大粒徑控制在40 mm以下。為防止壩面開裂并便于施工，鋼筋混凝土防滲面板除在底部設(shè)有周邊縫之外，沿壩軸方向每隔12 m設(shè)有垂直縫，在高程785 m處設(shè)有一道水平施工縫。壩體典型斷面見圖1。

二、原材料的選用

良好的混凝土拌合物性能依賴于良好的原材料的性能，以及它們之間的相互作用。因此混凝土工程原材料一定要根據(jù)工程特點、氣候條件、原材料特性及供應(yīng)情況，進行科學的選擇。原材料的選擇包括水泥、外加劑、摻合料、粗細骨料等。

1.水泥

從混凝土抗裂要求出發(fā)，應(yīng)選用水化熱較低、收縮性較小的水泥品種，同時也要考慮供貨地點的遠近，經(jīng)過對比后選用某某牌52.5 MPa普通硅酸鹽水泥，其特性見表1。

2.摻用引氣劑

從國外所建的面板壩資料看，無一例外地在面板混凝土中都摻用引氣劑，其作用是顯著提高混凝土的耐久性，同時對改善混凝土合易性和提高混凝土抗裂性、降低滲水性等均有顯著效果。抽水蓄能電站上庫壩的面板混凝土中摻有FDN440及DH9引氣劑，效果很好。

3.粉煤灰

在混凝土中摻入優(yōu)質(zhì)粉煤灰，不僅可以節(jié)省水泥，降低水化熱，而且可以降低混凝土的干縮性，防止開裂，甚至在發(fā)生微小裂縫的情況下粉煤灰可以起彌合作用。根據(jù)對工程附近粉煤灰灰源的調(diào)查及試驗分析，選用火電廠的Ⅰ級粉煤灰作為混凝土的摻合料。粉煤灰物理及化學成分特性見表2。

在抽水蓄能電站工程上庫壩的施工中，由于混凝土細骨料的級配缺少小顆粒，為了增加混凝土的合易性。在配制時，利用粉煤灰替代3%的砂量，還可防止混凝土砂量過大導致干縮裂縫增加。從施工情況來看，面板裂縫很少，效果很好。

表1 某某牌52.5 MPa水泥化學成分及礦物成分

表2 粉煤灰物理及化學成分

表3 砂石骨料特性

4.砂石骨料

混凝土骨料的熱膨脹系數(shù)對混凝土的抗裂能力影響很大。混凝土熱膨脹系數(shù)隨著其骨料熱膨脹系數(shù)增大而線性增大，對混凝土早期開裂有直接影響。在條件允許的情況下應(yīng)盡量選用熱膨脹系數(shù)較低的骨料，如石灰?guī)r、花崗巖骨料熱膨脹系數(shù)比砂巖、石英巖骨料低，其抗裂能力高出一倍左右。本工程對混凝土骨料料源調(diào)查后，選用距工地50 km處的天然砂礫石為主要混凝土骨料的料源，其特性見表3。

表4 上庫面板混凝土配合比

表5 面板混凝土試驗成果

三、面板混凝土設(shè)計指標

混凝土設(shè)計指標按照設(shè)計要求及施工條件，面板混凝土的特性如下：

設(shè)計標號R28=20 MPa;抗?jié)B標號S8～S6；坍落度：晴天 6～7 cm，陰天 3～5 cm；粗骨料級配：2級配，最大骨料粒徑40 mm；砂子的細度模數(shù)2.4～2.8。

四、配合比研究

針對設(shè)計提出的面板混凝土指標，結(jié)合原材料的選用情況，對混凝土的水灰比、用水量等進行了大量配合比試驗研究，最后提交施工使用的配合比，詳見表4。

五、面板混凝土澆筑取樣試驗成果

面板混凝土澆筑取樣試驗成果，詳見表5。

從表5看出，面板混凝土強度超強，強度保證率很高，從均方差和離差系數(shù)看，面板混凝土均勻性達到優(yōu)良。

六、結(jié) 語

混凝土面板施工前，為了獲得施工特性良好的混凝土，反復(fù)進行了配合比試驗，確定了合理科學配合比，混凝土坍落度控制在3～7 cm范圍內(nèi)，在壩面澆筑的溜槽中能自然流淌，并不分離。嚴格混凝土振搗工藝，杜絕漏振現(xiàn)象，嚴防滑模被混凝土上抬現(xiàn)象發(fā)生，使滑模與側(cè)模接觸部位呈似離非離狀態(tài)。對坍落度大于10 cm的混凝土，嚴禁入倉位，移作他用。澆筑完畢后，及時復(fù)蓋草席灑水養(yǎng)護，施工后的面板平如鏡面，有少量表面裂縫，無貫穿裂縫。

蓄水前，對上庫壩鋼筋混凝土防滲面板做了全面檢查，檢查結(jié)果表明面板混凝土的質(zhì)量很好，外觀光滑，沒有發(fā)現(xiàn)貫穿性裂縫，除最早澆筑的#7塊和#10塊有少量的不連續(xù)淺層裂縫和裂紋外，其他各塊均未發(fā)現(xiàn)裂縫。#7塊及#10塊的裂縫，經(jīng)開鑿后，發(fā)現(xiàn)裂紋深度只有2 cm，對這樣的淺層裂縫一般不需要進行處理，為了安全可靠，所有的表面裂縫鑿開后，用環(huán)氧砂漿進行嵌填。

蓄水后，水位高程790 m，根據(jù)儀表觀測資料，面板周邊縫的水平位移為8.23 mm（國內(nèi)外統(tǒng)計資料為5～125 mm）；水位2/3高處的面板最大沉陷量為55 mm （國內(nèi)外統(tǒng)計資料為5～125 mm）。上庫壩的全部變形變位觀測成果，基本都在統(tǒng)計資料的范圍內(nèi)，說明壩的填筑質(zhì)量和面板混凝土施工質(zhì)量良好。

總之，選用優(yōu)質(zhì)、適用于面板的原材料和按照試驗確定配合比配制混凝土是滿足設(shè)計要求抗裂的重要條件。通過混凝土機口取樣試驗和面板檢查表明，采用低水化熱、低收縮性水泥，摻入引氣劑和Ⅰ級粉煤灰能減少混凝土裂縫，有效防止?jié)B漏。工程經(jīng)過多年運行，混凝土面板表面平整光滑，無新裂縫產(chǎn)生，無滲漏增加現(xiàn)象，為電站正常運行提供了蓄水保證，發(fā)揮了較好的社會和經(jīng)濟效益。