混凝土面板堆石壩病害特點(diǎn)及其除險(xiǎn)加固分析

婁立廣

（中國水利水電第八工程局有限公司 湖南省長(zhǎng)沙市 410004）

引言

混凝土面板堆石壩以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)在我國水利工程中應(yīng)用廣泛，其在防水方面穩(wěn)定性極佳，同時(shí)造價(jià)較低，對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性也相對(duì)較強(qiáng)。目前我國利用在大壩防水中對(duì)堆石壩的需求越來越大，但是同時(shí)也暴露出了很多的問題，由于面板斷裂或者裂縫等造成堆石壩滲水從而對(duì)大壩造成了致命的損傷。為了更好地保證我國水利工程的安全性，提高堆石壩的防水性能，現(xiàn)在對(duì)其病害特征進(jìn)行分析并研究相關(guān)加固策略具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 混凝土面板堆石壩的病害特征分析

在防水大壩中應(yīng)用的面板堆石壩其主要就是一些用散粒料組成的填筑體，其主要的特點(diǎn)就是具有較大的變形程度同時(shí)該變形還具有較強(qiáng)的持久性，同時(shí)面板又可以通過對(duì)堆石體上部的支撐來形成一層防滲結(jié)構(gòu)，但是由于面板和壩體兩者就有很大的物理差異性，所以就造成了面板堆壩體在應(yīng)用中會(huì)產(chǎn)生一定的病害特征，并且極具復(fù)雜性。在實(shí)際應(yīng)用中，混凝土面板堆壩體會(huì)在其面板部位出現(xiàn)裂縫，造成這種危害的原因是由其環(huán)境以及混凝土面板的特性決定的。并且對(duì)于裂縫所處的位置不同對(duì)壩體質(zhì)量的影響也不盡相同。

1.1 面板容易遭受擠壓

混凝土面板一般都是以薄板防滲結(jié)構(gòu)的形式直接澆筑到堆石壩上部的，所以，各方面的壓力都會(huì)對(duì)面板有所沖擊，在眾多壓力和重力的作用下就容易引起面板裂縫，主要壓力有自身重量、支撐力、與壩體之間的摩擦力以及蓄水過程中產(chǎn)生的壓力等等。在壩體中面板的厚度相對(duì)較薄，并且重量輕但是其強(qiáng)度卻很大，在上述多重壓力的作用下就會(huì)很容易造成面板扭曲。在施工實(shí)踐中，面板上部和中部的分別的受力方向不同，在其上部其受力的方向是由上而下進(jìn)行收縮，但是其中部的受力則是由下而上進(jìn)行變形突出；在水利工程處理蓄水期內(nèi)在水壓的作用下就會(huì)對(duì)壩體和面板進(jìn)行沖擊，從而兩者的變形方向是統(tǒng)一的，都是由上而下；當(dāng)蓄水結(jié)束后，會(huì)有一部分面板在水壩的制約下會(huì)發(fā)生一些變形回變，也就是會(huì)發(fā)生由下而上的反向變形，在水壓的作用下大部分的面板還會(huì)繼續(xù)受到擠壓發(fā)生由上而下的變形，這樣一來，面板整體就會(huì)產(chǎn)生扭曲變形。面板在遭受擠壓時(shí)其主要的變形通常是由于受到水平擠壓和垂直擠壓兩種情況，在其遭受垂直擠壓時(shí)其主要就是源于水壓，加大了堆石區(qū)上部的壓力，但是下游并沒有遭受這種擠壓，由于兩部分的受力不均造成變形，從而造成墊層法線的偏轉(zhuǎn)，這樣一來混凝土面板堆石壩將不會(huì)具有較長(zhǎng)的使用壽命，容易產(chǎn)生裂縫。當(dāng)其造成水平方向的擠壓時(shí)其主要是源于水平的施工縫，其抗壓性能相對(duì)較差，這樣一來在蓄水期間就容易造成面板水收到蓄水的壓力從而產(chǎn)生變形，由于在壩體的上游和下游其受力變形方向相反，這樣就容易促使施工縫的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，從而促使混凝土形成裂縫。

1.2 容易產(chǎn)生面板裂縫

在實(shí)際應(yīng)用中通過對(duì)大量的裂縫案例進(jìn)行分析可以看出，面板在出現(xiàn)較大裂縫之前就已經(jīng)形成了很多細(xì)小的裂縫，其主要原因是由于混凝土的干縮以及溫度不斷發(fā)生變化，但是這種情況要是持續(xù)2～3年以后，隨著壩體的升高這些細(xì)小裂縫就會(huì)逐漸失去穩(wěn)定，從而在壩體中間左右的位置就會(huì)沿著水平方向裂縫逐漸擴(kuò)大，具有很強(qiáng)的規(guī)律性。一旦到了蓄水期在水壓的作用下，面板兩端在受力作用下發(fā)生反向變形，從而導(dǎo)致面板出現(xiàn)裂縫。通常這些裂縫可以是結(jié)構(gòu)性的也可以是非結(jié)構(gòu)性的，但是結(jié)構(gòu)性的裂縫所可能會(huì)引起的后果更加嚴(yán)重，對(duì)水利工程壩體的質(zhì)量影響最大，所以在施工中一定要高度重視結(jié)構(gòu)性裂縫。一般情況下，結(jié)構(gòu)性裂縫的產(chǎn)生主要源于水體的壓力以及其自重，另外由于壩體變形的不規(guī)則性以及面板遭受的不均壓力都會(huì)造成其產(chǎn)生裂縫。再者，面板本身具有硬度較大，如果一旦內(nèi)部和外部同時(shí)受力的話就很容易將裂縫擴(kuò)大，從而在滲水的作用下就會(huì)加大裂縫的擴(kuò)張。

1.3 會(huì)發(fā)生面板塌陷

在堆石壩中面板的主要作用就是在墊層和過渡料之間發(fā)揮支撐作用，其主要為報(bào)班結(jié)構(gòu)。如果墊層細(xì)料較為疏松的話就會(huì)將降低墊層的支撐力，這種情況下一旦遭受外力的話就會(huì)造成面板發(fā)生塌陷，如果不對(duì)其進(jìn)行改善的話就會(huì)不斷文化。在實(shí)踐中造成面板塌陷的原因主要有：①墊料層本身就存在滲漏問題或者是在進(jìn)行填筑時(shí)存在一定要的缺陷，這樣就不能給予面板足夠的支撐；②由于面板可能會(huì)長(zhǎng)期處于蓄水壓力的作用下，這樣的話就會(huì)容易造成塌陷破損，并且在其底部還容易產(chǎn)生拉裂，從而會(huì)對(duì)面板的裂縫造成影響，加快裂縫的蔓延擴(kuò)大；在對(duì)具體塌陷面板的破壞形態(tài)進(jìn)行分析時(shí)發(fā)現(xiàn)，如果面板失去下部支撐就會(huì)在其底部由于水壓作用而產(chǎn)生裂縫，之后就會(huì)沿著方向想頂部進(jìn)行擴(kuò)展，久而久之就會(huì)將面板貫穿。由于在面板的中部一般都有鋼筋布置，所以并不能對(duì)其起到很好的限裂作用。如果不對(duì)其進(jìn)行及時(shí)改善的話就會(huì)放任裂縫的蔓延，在滲水的作用下降裂縫逐漸拉大甚至斷裂，這樣的話就會(huì)導(dǎo)致壩體滲漏。

1.4 會(huì)降低止?jié)B水能力

對(duì)于大壩來講，混凝土面板堆石壩的主要作用就是要防止水體向大壩進(jìn)行滲透，但是如果面板出現(xiàn)縫隙的話就會(huì)大大降低止水效果，從而影響到整個(gè)壩體甚至工程的安全和穩(wěn)定。究其原因主要就是止水結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)和建設(shè)過程中存在弊端，在一個(gè)案例中發(fā)現(xiàn)，混凝土并沒有與結(jié)構(gòu)頂部的材料進(jìn)行完美結(jié)合，沒有將止水蓋片進(jìn)行準(zhǔn)確搭接，且止水蓋片也沒有和其面板進(jìn)行密封連接，這樣一來，在水的強(qiáng)力作用下就會(huì)降低其止水效果，甚至是完全喪失；有些結(jié)構(gòu)中采用的是銅質(zhì)材料，由于其延展性較差對(duì)混凝土的影響也會(huì)較大，如此一來根本不能滿足工程的設(shè)計(jì)要求，造成止水失效的嚴(yán)重后果，為水利工程的安全埋下隱患。另外，一些外部因素也會(huì)在一定程度上影響止水效果，常見的有壩體變形，其很容易造成止水結(jié)構(gòu)凸起變形，這樣就會(huì)撕裂止水結(jié)構(gòu)甚至是混凝土本身的脫落，久而久之就會(huì)影響到整個(gè)壩體的滲漏和破壞。

2 防范混凝土面板堆石壩危害的具體措施分析

2.1 加密灌漿

墊層料的主要位置就是面板的下部，這樣他就可以協(xié)助防滲面板進(jìn)行止水，墊層料最基本的功能就是面板基礎(chǔ)。一旦發(fā)生滲漏的情況下，水流就會(huì)通過面板的破損區(qū)域和其他的缺陷區(qū)域帶走墊層內(nèi)的細(xì)料，這樣一來就會(huì)造成墊層的疏松，導(dǎo)致無法為面板提供支撐，最終導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生更有甚者會(huì)發(fā)生面板塌陷。對(duì)于疏松的墊層要對(duì)其進(jìn)行加密的話就可以通過修補(bǔ)或者是加密灌漿的方式來保證其對(duì)面板的支撐。如果墊層料缺失的面積比較大的話，一定要在第一時(shí)間按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)來對(duì)其進(jìn)行填補(bǔ)并將填充料壓實(shí)；如果缺失面積比較小的話就可以通過摻加一定比例的水泥既可。需要注意的是將填充料進(jìn)行填補(bǔ)之后一定要檢測(cè)其密實(shí)度，保證其符合標(biāo)準(zhǔn)要求，能夠起到足夠的支撐作用。

2.2 面板脫空充填灌漿

混凝土面板與堆石體材料特性的差異較大，受施工過程中后續(xù)壩體填筑及蓄水的影響，當(dāng)墊層料與面板不能協(xié)調(diào)變形時(shí)，面板與墊層料會(huì)發(fā)生脫空，使面板失去支撐。面板脫空充填灌漿方式與墊層加密灌漿類似，包括：在面板表面鉆鉛直孔灌漿，在壩頂沿面板底面鉆斜孔進(jìn)行灌漿。灌漿前，采用地質(zhì)雷達(dá)對(duì)面板進(jìn)行脫空檢測(cè)確定脫空灌漿區(qū)域，并通過現(xiàn)場(chǎng)灌漿試驗(yàn)優(yōu)化漿材配比和灌漿參數(shù)。脫空灌漿原則上采取自流式灌漿。墊層脫空灌漿材料要求漿液流動(dòng)性好、穩(wěn)定性高、強(qiáng)度適中。面板脫空灌漿完成14d后，可采用地質(zhì)雷達(dá)和鉆孔等方式對(duì)灌漿效果進(jìn)行檢測(cè)。

2.3 治理面板裂縫的措施

在大壩防水功能中混凝土面板非常重要，一旦壩體出現(xiàn)滲漏的問題時(shí)通常的原因就是因?yàn)槊姘宄霈F(xiàn)了裂縫。對(duì)于垂直裂縫而言，其主要的治理方式就要通過對(duì)混凝土進(jìn)行接縫的相關(guān)技術(shù)來將原有的混凝土進(jìn)行剔除，然后進(jìn)行重新灌注，這樣的話，可以通過加入鋼筋的方式來提高其受力強(qiáng)度，從而增強(qiáng)其抗擠壓能力，減少裂縫。在一些溫度較低或者氣候相對(duì)惡劣的地區(qū)，為了避免混凝土的冷凍開裂就要對(duì)混凝土實(shí)施一定的保護(hù)，這樣就可以有效減少低溫對(duì)其的不利影響。另外，面板在修復(fù)之后一定要對(duì)其修復(fù)質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)和驗(yàn)收，確保其合格。

2.4 治理止水失效的措施

由于無法準(zhǔn)確的對(duì)己建成的面板堆石壩進(jìn)行檢核，修復(fù)工作也很困難，因此在面板堆石壩中要注意頂部止水，加強(qiáng)止水效果。及時(shí)更新老化的頂部止水材料，對(duì)于止水結(jié)構(gòu)要在表面使用防滲蓋片，采用縫口設(shè)橡膠棒，其上填塑性填料，與混凝土面粘結(jié)形成一道封閉的止水。

3 結(jié)束語

綜上所述，混凝土面板堆石壩在水利工程防水中具有重要的作用，為了有效避免面板開裂、塌陷以及滲水等問題，一定要對(duì)其成因進(jìn)行充分的研究，然后再利用加密灌漿、補(bǔ)充空層以及對(duì)破損面進(jìn)行修復(fù)的相關(guān)技術(shù)來對(duì)其進(jìn)行修復(fù)處理，增強(qiáng)面板的止水效果，從而為大壩的質(zhì)量和安全提供保障。