【關鍵詞】混凝土面板堆石壩；裂縫；面板凸起原因；外水反滲【Abstract】Concrete front-panel heap stone dam the engineering build price low, can acquire necessary material locally, so in the our country small scaled water electricity station the engineering apply extensive.But because of front-panel heap stone dam deeply water be stronger, especially the weather cold region or retain water front panel of safety particularly importance.This text is main to elaborate of be a concrete front-panel heap the stone dam retain water front(dam the area be low before the empress area) outside water anti- Shen problem;Calculation analysis anti- Shen pressure how result in front-panel break, how prevention etc..Section 1 synopsis introduction Sungshan lead water engineering general situation in the article;Section 2 describe concrete front-panel heap in Sungshan stone dam of probably construction process;Section 3 is detailed introduction concrete compensation the front-panel be convex since the trouble:Trouble detection, trouble result check and adopt of again compensation processing measure, and with B16 front-panel for example calculation analysis and discuss compensation front-panel crack become because of.The end put forward concrete front-panel a heap a stone dam special dam Ji under the circumstance of processing suggestion.

 

【Key words】Concrete front-panel heap stone dam;Crack;Front-panel convex reason;The outside water anti- Shen

 

 1. 工程概況

 

 松山引水工程位于吉林省撫松縣第二松花江上游支流漫江上，是松江河梯級電站的一項引水工程，即將漫江水通過引水洞引至松江河供小山及下游電站發(fā)電。該工程由混凝土面板堆石壩、岸坡式溢洪道和引水系統(tǒng)組成。溢洪道位于面板堆石壩的左岸，引水系統(tǒng)由進水口、引水隧洞和出水口組成，為二級建筑物。松山混凝土面板堆石壩屬大Ⅱ型水庫二等擋水建筑物工程，松山水庫設計洪水頻率P=1.0%,設計洪水位與正常蓄水位均為711.00m，校核洪水頻率P=0.05%，校核洪水位713.25m，死水位為671.00m。水庫有效庫容為1.07×108m3，總庫容1.33×108m3，為年調節(jié)水庫。松山混凝土面板堆石壩壩頂高程713.80m，壩頂寬度8.00m，最大壩高80.80m，壩頂長度為258.26m。壩上游面混凝土面板底坡1：1.4，頂坡1：1.4053；壩下游面設四層馬道，邊坡為1：1.4。

 

 2. 簡要施工經過

 

 松山大壩混凝土面板共計27塊，中央13塊面板，每塊寬12m；左、右側面板各7塊，每塊寬6m。混凝土面板分兩期滑模施工：第一期面板于2004年8月至10月施工，共完成15個板塊，由▽633.00m（板厚度553mm）現(xiàn)澆到▽669.00m（板厚變?yōu)?37mm）；第二期混凝土面板于2005年7月至9月進行滑模施工，共完成27個板塊，由▽669.00m（板厚437mm）澆筑到▽711.50m（板厚變?yōu)?00mm）。面板混凝土設計標號為C30F300W8。

 

 2005年5月6日施工單位清除越冬面板的保溫草墊子時,發(fā)現(xiàn)第一期面板14#、15#、16#、17#板塊存在大量裂縫，監(jiān)理、施工、設計、業(yè)主等單位組成事故調查小組,并委托水利部東北勘測設計研究院科研院進行詳查。東勘院 科學 研究院對混凝土面板破壞的原因進行了分析研究(在混凝土溫度應力、混凝土凍融破壞、壩基工程地質、水文地質、壩體內部凍脹、壩體內外水頭差等幾方面)，最后得出結論：大壩混凝土面板是在2004年冬季（氣溫最低-40℃）、特殊的壩址地形和水文地質條件下，大壩臨時施工排水管凍死，在負溫作用下，水的凍脹力產生的混凝土面板彎剪破壞。

 

 針對一期面板破壞，由設計單位提出補強處理方案，混凝土面板下空腔采用水泥砂漿灌漿，在原12#～16#混凝土面板上面新筑一套面板（新面板厚0.3m），新面板表面和周邊縫及面板與趾板間縫均粘貼一層GB復合三元乙丙橡膠止水板，板厚8mm。

 

 3. 補強混凝土面板凸起事故

 

 3.1發(fā)現(xiàn)15#、16#補強面板抬動、凸起。補強面板澆筑結束后，下一道工序就是大壩上游輔助防滲體的填筑，填筑材料主要選用粘土。

 

 2005年11月10日封堵了趾板上的兩個施工排水孔。（兩個排水管均自周邊縫引出，管徑6分，封堵前兩管均為滿流。）10日下午開始進行輔助防滲體回填，當晚23：00收工。11月11日上午施工單位發(fā)現(xiàn)部分補強面板凸起。

 

 3.2事故結果檢查

 

 3.2.1補強面板裂縫檢查。 業(yè)主、設計、監(jiān)理、施工單位立即采取措施，組織人力，在B16板下部距周邊縫0.8m處鉆孔減壓(孔號ⅠⅡ)，孔徑4 cm，當鉆孔穿透30 cm厚混凝土板時，立即出現(xiàn)射流，水柱高約3m。在16#補強面板靠近下部，拆開1條寬0.85m的GB復合三元乙丙橡膠板（檢驗部位為B16板最大凸起段，自周邊縫起沿坡向8.3m寬0.85m。），發(fā)現(xiàn)6條面板裂縫，各條縫距周邊縫的距離分別為3.8m、3.5m、3.1m、2.6m、1.8m，面板裂縫走向與壩軸線形成35°左右的夾角。用儀器檢測其中的4條裂縫，其裂縫寬度為1-2mm，裂縫深度為6.1-11.0cm。長度因揭起橡膠板的寬度限制未量測。儀器的敏感度為0.1mm。

 

 檢查結果表明抬動和凸起最高的面板產生裂縫，但面板未發(fā)生斷裂�；炷�土面板裂縫開展寬度，超過混凝土面板堆石壩規(guī)范規(guī)定0.15～0.2mm，應進行處理。

 

 3.2.2補強面板板間縫檢查。在第15#、16#補強面板抬動凸起最高部位，拆除板間縫GB復合三元乙丙橡膠板，切割GB材料，發(fā)現(xiàn)V型縫粘結牢固，無濕潤痕跡，但兩塊板略有錯動，確認該處板間縫未破壞。

 

 3.2.3補強面板周邊縫檢查。 在面板抬動凸起最高部位，對應第16#補強面板的周邊縫，拆除GB復合三元乙丙橡膠板，切割GB填縫材料，撬起后發(fā)現(xiàn)趾板端部局部表層擠壓破壞，有濕潤痕跡。但是，GB填縫材料及橡膠棒完好，粘結牢固，并未發(fā)現(xiàn)有水滲出。

 

 在第13#補強面板最右端周邊縫下部有積水，拆開周邊縫后，發(fā)現(xiàn)GB填縫材料粘結牢固，V型縫及橡膠棒無濕潤痕跡，干燥。

 

 綜上所述，補強面板周邊縫GB填縫材料粘結牢固，檢查結果認為，周邊縫未被破壞。

 

 3.2.4補強面板及第Ⅰ期混凝土面板脫空檢查

 

 (1)鉆孔位置：孔號為Ⅴ的孔位距第15#與16#板間縫左2.7m，距周邊縫2.6m；Ⅲ號孔的孔位在Ⅴ號孔上方0.8m。

 

 (2)Ⅴ號孔檢查結果，脫空3.5m。

 

 (3)Ⅲ號孔檢查結果，脫空1.5m。繼續(xù)鉆總深度85cm，沒有發(fā)現(xiàn)排水現(xiàn)象。于11月14日將Ⅲ號孔由85cm繼續(xù)鉆至110cm，兩個檢查孔均有水溢出，檢查結果老面板沒有脫空。

 

 (4)發(fā)現(xiàn)面板抬動凸起時，在第16#補強低部靠近周邊縫80cm處打的兩個減壓孔（兩孔相距80cm左右），左孔（孔號Ⅰ）脫空1.5cm，右孔（孔號Ⅱ）脫空2.0cm。

 

 3.3.1補強混凝土面板裂縫的補強范圍。補強范圍為大壩第Ⅰ期混凝土面板高程650.0m至周邊縫以下的趾板2.0m，大壩軸線樁號0+120.5～0+191.5m。

 

 3.3.2補強混凝土面板裂縫的補強處理措施。在補強范圍內粘貼一層復合GB三元乙丙橡膠板(厚3mm)，板間接縫采用搭接，搭接長度150mm。粘鋪范圍包括板間縫和周邊縫部位與原結構縫面層止水形成封閉的面層止水（拆除老面板周邊縫面層止水的鍍鋅鐵皮和螺栓的螺帽，將補強新增GB復合三元乙丙止水與原面層的三元乙橡膠板緊密粘結后，再安裝鍍鋅鐵皮和螺母），新老面層止水搭接長度1.5m。

 

 3.3.3在新增的復合GB三元乙丙橡膠板上游側，增加一層Ⅱ級或Ⅲ級干燥粉煤灰（或干燥粉細砂），水平層厚度不小于0.5m。鋪筑至高程651.00mm，兩側在本次補強范圍線各外延0.5m，即壩軸線樁號0+120.50m～0+191.50m。

 

 3.3.4輔助防滲體,其粘土層的水平鋪筑厚度由原來的3m增至6m,鋪筑頂高程由原設計651.00m，改為高程655.00m，兩側沿壩軸線鋪至兩岸山坡。

 

 粘土上游側的石碴的頂高程亦由原設計的高程651.00m相應調整到高程655.00m。3.4面板凸起產生裂縫原因 計算 分析

 

 3.4.1取單寬1米板進行計算。

 

 3.4.1沿坡向計算長度L=21.5m，相應高程為▽647.00～▽634.529m，板厚30cm。

 

 3.4.3計算圖形，A端為周邊縫一端，是鉸結；B端由于沿坡向有位移，簡化為支座。

 

 B16面板剖面圖根據對B16板凸起段調查表明：檢查段長8.3m，最高凸起部位距A點2.7m，C點脫空為零。AC長8.3m。

 

 3.4.4作用荷載

 

 (1)水荷載：已知壩體內部水位高程大概在639.4m左右，取639.4m計算，則作用水頭為639.4-634.529=48.71KN， A點作用水頭為48.71KN。C點水壓力為零。

 

 (2)補強面板自重荷載q=24×0.3×cosα=24×0.3×0.81=5.76KN/ M2，此力為垂直坡面自重分力。

 

 (3)計算斷面：B16面板凸起部位距A點2.7m，即圖3中D點，D點為水壓力合力作用點，正是8.3m的1/3處（近似計算），而8.3/3≈2.7。

 

 3.4.5計算支點反力：

 

 ∑MB=0， －P6×10.75－Ra×21.5+ PB×(21.5－2.7)=0 

 

 即：－10.75 P6－21.5 Ra+18.8 PB=0

 

 即：－10.75×123.84－21.5 Ra+18.8×202=0

 

 得：Ra=114.7KN。

 

 3.4.6計算截面D破壞彎矩MD

 

 ∑MD=0，即：－114.7×2.7+110×1.439+M0－5.76×2.7×2.7/2=0

 

 得MD=－172.4KN/m，反時針彎矩。

 

 3.4.7計算截面D抵抗彎距

 

 面板厚0.3m，因鋼筋在面板中間，所以保護層厚為150mm。

 

 h0=300－（150+18/2）=141mm

 

 δ=As/bh0=1271.7/（1000×141）=0.009019

 

 ξ=δ×fy/fcm=0.009019×310/16.5=0.169

 

 （fy為鋼筋抗拉強度設計值，fcm為混凝土彎曲抗壓強度設計值。）

 

 as=ξ(1-0.5ξ)=0.1547

 

 設D截面抵抗力矩為Mn

 

 Mn=asfcm×bh20=0.1547×16.5×1000×1412=50747246N/m=50.74KN/m

 

 3.4.8面板強度校核。用材料力學公式M/W=б，計算B16面板凸起處表面混凝土應力。

 

 W=h2/6=0.32/6=0.015m3(補強面板厚0.3m),由此得D點面層混凝土的應力為бD， бD=MD/WD=172.4/0.015=11490KN/m2=11.49MPa

 

 B16面板最大凸起處混凝土抵抗力矩為50.74KN/m(破壞力矩為172.4KN/m), 破壞力矩遠大于抵抗力矩，導致混凝土面板出現(xiàn)裂縫。而粘貼在補強面板表面的8mm厚的GB復合三元乙丙橡膠止水板，在混凝土面板凸起產生裂縫時，橡膠止水板產生拉伸，但其抗拉伸強度（15MPa）大于面板凸起處表面混凝土應力。因此混凝土面板表層的三元乙丙橡膠板并未斷裂。

 

 3.4.9面板凸起原因分析。由于大壩上游左岸壩基前區(qū)存在砂礫卵石層，為避免壩基基沉陷，大壩堆石體填筑前進行壩基處理時將此砂礫卵石層帶挖除，形成前區(qū)低、后區(qū)高（前區(qū)▽633.00m，下游河道▽640.00m）的壩基情況。松山導流洞出口右岸巖體斷層裂隙水、溢洪道側玄武巖與安山巖的砂礫卵石夾層滲水及下游圍堰向上游滲水，匯流入上游凹陷處。填筑堆石體和混凝土面板施工時，大壩上游趾板上的兩個臨時施工排水管向外排水，保證壩體內外壓力平衡。

 

 當大壩上游輔助防滲體填筑前，兩個施工排水管被堵死。經一夜，壩體內部水位上升，這樣內水壓力反作用于面板上，引起B(yǎng)16面板凸起。

 

 4. 建議

 

 對于透水性強的面板堆石壩，壩基的內水反滲壓力問題應引起高度重視，盡量避免形成壩基前區(qū)低、后區(qū)高的情形，如果由于地質條件，可以挖除前區(qū)軟弱碎石層，再用混凝土加以填充。