混凝土面板堆石坝坝面变形分析和裂缝处理工艺

混凝土面板堆石坝坝面变形分析和裂缝处理工艺摘要：混凝土面板堆石坝面板混凝土由于自生特性和面板所处的环境及其工作条件的等原因，裂缝难以避免。

通过施工和蓄水等不同时段面板的受力、面板的变形分析，归纳裂缝产生的规律，并结合潘口、宝瓶河等水电站面板裂缝处理的实例，建议面板裂缝根据不同区域，不同形状区别处理，以满足面板的防渗要求。

关键词：混凝土面板裂缝变形处理
中图分类号：tu37 文献标识码：a 文章编号：
一、混凝土面板堆石坝面板裂缝
混凝土面板堆石坝因其使用当地材料筑坝，具有有效降低工程造价、对坝基地质要求不高、大坝稳定性好、不易溃坝的特点，近年来，广泛用作水利水电工程挡水建筑物。

混凝土面板堆石坝工程的面板一般都产生裂缝，这是与面板混凝土自生特性和面板所处的环境及其工作条件有关，根据裂缝的成因可以分为：⑴干缩裂缝，⑵减缩裂缝，⑶温度应力裂缝，⑷挠曲应力裂缝。

二、面板的荷载、面板的变形及裂缝产状
混凝土面板是浇注铺设在堆石坝上游面垫层上的薄板，承受的荷载包括：⑴面板混凝土自重，⑵趾板对面板底部的支撑力，⑶坝体对面板的支撑力和摩擦力，⑷蓄水期面板上库水压力。

混凝土面板的厚度和质量比坝体小得多，但是其刚度却比坝体大的多，在上述荷载作用下面板必然发生挠曲，面板的部分区域产生拉应力。

有资料指出，随坝体的变形面板在施工期中下部是朝上游方向
鼓出变形的，上部则是向下游收缩的；蓄水期在水压力的作用下，坝体与面板均朝下游方向变形。

施工期1／3坝高以下由于受两坝肩的约束较大，加之底部坝体变形朝向上游鼓出，致使面板中部呈朝向上游突出的变形状态；蓄水后，在较高的水头压力作用下，面板中部朝向下游变形，两侧面板由于受坝肩的约束，局部存在向上游变形的反翘现象。

施工期1／3坝高以上面板中部朝向下游收缩变形，两坝肩面板局部存在向上游变形的反翘现象；蓄水后，在水压力作用下整体朝向下游方向变形，面板在施工期和蓄水期所处的受力状态是完全不同的。

从众多的面板堆石坝面板开裂的实际统计情况来看，面板早期裂缝均为很细小的裂缝，而且很不稳定，一般经过1-2年后，也即坝体填筑到一定高度后，面板上的裂缝才基本上稳定下来，并且裂缝绝大多数集中分布在坝高2／3以下左右一带，呈水平状开裂，规律性较强。

面板早期的细小裂缝是由温度应力和混凝土干缩造成的，随坝体继续填筑，后期变形仍在逐渐增加，施工期由于面板和垫层料的弹性模量差异非常大，两者变形不一致，导致面板受垫层料的剪切挤压；加之面板的自重以及大坝填筑时的洒水和大气降雨形成的施工期反向水压力作用于面板上，致使面板成为受弯拉构件，在坝高2／3以下部位的面板上游面形成较大的拉应力，从而导致面板混凝土的开裂现象，这与面板堆石坝面板施工期往往在中下部产生较为集中的水平状开裂的实际规律是吻合的。

蓄水期在较高的水头压力
作用下，面板反向挤压垫层料，导致蓄水期面板所受的接触面剪切力和水压力恰好相反，蓄水期在坝高2／3以下部位的面板下游面形成较大的拉应力，从而出现开裂现象，而此时面板上游面的部分裂缝会得到一定程度的闭合。

三、潘口水电站大坝面板裂缝处理
潘口水电站为混凝土面板堆石坝，最大坝高114.0m，坝顶宽9.2m，上下游坝坡均为1:1.4，面板分两期施工。

裂缝具有下列特点：⑴出现早，浇注后约3天就出现少量裂缝，7~14天左右发生较快，前期缝宽在0.1～0.2mm，后逐渐发展约在0.2～0.3mm。

⑵均为水平方向，与坡面方向垂直。

⑶大部分集中在i期面板斜长的
10m～96 m范围内，该区域属于面板应力较集中区。

⑷以浅表裂缝为主。

裂缝的处理方案为：宽度≤0.2mm的裂缝采用：裂缝两侧混凝土面清理→涂刷10cm宽psi200水泥基液→养护→两侧各30cm宽度喷涂2mm聚脲防水层。

宽度>0.2mm的裂缝采用：缝两侧混凝土面清理→贴嘴封缝→试气检查→cw环氧灌浆→贴嘴处理→灌后检查→两侧混凝土面清理
→涂刷水泥基液→养护→两侧各30cm宽度喷涂2mm聚脲防水层。

2011年6月份开始裂缝处理，在坝前黏土回填前完成了死水位以下的裂缝处理，坝前黏土回填开始后进行死水位以上的裂缝处理。

下闸蓄水后，在水位变化区域有新增裂缝出现，均为水平方向，在水位变化的数小时内可以观察到裂缝的开裂和变长，一周后基本
稳定。

面板2／3以上部位的裂缝在蓄水过程中未发现有明显变化。

新出现的裂缝待其稳定后，进行了处理。

2011年底前对水位以上的大坝面板进行了裂缝普查，未发现新增裂缝，表面的聚脲防水层随裂缝的开合变化无开裂、破损、剥离等现象，满足大坝面板需要。

量水堰观测渗流量最大时为9l／s，面板的防渗满足要求。

四、宝瓶河水电站大坝面板裂缝处理
宝瓶河水电站总库容2050万m3 ，电站额定水头132.00m，总装机123mw。

面板一次施工。

面板裂缝特点：⑴均以水平裂缝为主，⑵多集中在坝高1／4～坝高2／3的区域，⑶以宽度0.2mm以下的为主，有少量的宽度0.2～0.5mm的裂缝。

宝瓶河大坝处在冰冻严寒地区，水位变化区混凝土面板面临冻融循环的破坏，加速了混凝土老化、碳化、开裂现象，在冻融变化区面板混凝土表面有必要采取有效的柔性封闭防渗保护措施，隔离水汽冻融侵蚀，有效延长面板结构工程寿命。

结合潘口等大坝面板处理的经验和成功案例，确定宝瓶河面板裂缝处理方案为：
1、死水位2480.0m以上面板，先处理裂缝；后在混凝土面板表面整体喷涂hk966高强弹性涂料进行封闭防渗。

裂缝处理：⑴宽度
<0.2mm裂缝，用hk-g-2底胶和聚酯无纺布进行一布两胶封缝粘贴；
⑵宽度≥0.2mm裂缝，先进行hk-g-2环氧灌浆，在表面贴无纺布处理。

2、死水位2480.0m以下面板，先处理裂缝；后在裂缝两侧各10cm 宽度，涂刷hk966高强弹性涂料进行封闭，涂刷厚度为0.3mm。

⑴
小于0.2mm的裂缝直接涂刷。

⑵宽度在0.2～0.5mm的裂缝，沿缝凿4×4cm的“v”型槽，用hk-ep-1弹性环氧嵌缝，再涂刷封闭。

⑶宽度大于0.5mm的裂缝，先贴嘴灌注lw/hw聚氨酯后，再沿缝凿槽环氧嵌缝，后涂刷封闭。

混凝土面板裂缝处理完成后，组织各方联合验收，最新的监测数据表明防渗效果良好。

五、苗家坝水电站大坝面板裂缝处理
苗家坝水电站正常蓄水位800m，死水位795m，总装机容量240mw。

面板分40块，其中分缝6m宽24块，12m宽16块，面板裂缝的特点：宽度大于0.2mm的裂缝占已发现裂缝总数的10%，宽度为0.15～0.2mm为72%，其余为宽度小于0.15。

从裂缝的分布来看，约80%的裂缝都位于高程745 m～770 m之间。

裂缝处理方案为：裂缝宽度大于等于0.15mm或深层贯穿裂缝采用sk-e改性环氧缝内化学灌浆，同时采用sk手刮聚脲复合胎基布对其表面进行封闭处理、对于开度小于0.15mm裂缝，采用表面清理后sk-e改性环氧灌浆材料涂刷封闭。

六、总结
1、混凝土面板堆石坝的面板是大坝防渗体系的重要部位，由于面板自身的特点，面板产生裂缝难以避免，对于已经产生的裂缝要根据性状区别处理，然后进行表面封闭。

2、根据面板蓄水时的受力分析和国内诸多面板堆石坝面板后期的观测结果，在裂缝表面封闭时，应根据面板不同高程区别处理：
⑴回填铺盖层以下，由于有自愈保护的铺盖，只需要逐缝封闭即可满足防渗要求。

⑵回填铺盖层到死水位区域面板，长期处于水位下，难以放空检修，在受力下朝下游方向变形，甚至有新受压裂缝产生，同时洪水期河流泥沙较易淤积，一定程度上保护面板。

因此，该区域的面板应全面进行喷涂高弹性防水涂料进行防渗保护，厚度不宜太厚，0.3mm～1 mm为宜。

⑶死水位到最高水位区域的面板，由于长期受水位上涨和降落的影响，该区域的面板受力不断发生变化，裂缝也处于不断闭合和张开的变化状态，因此应全面进行喷涂高弹性防水涂料进行防渗保护，厚度应满足不断变形的需要，1.5mm～3 mm为宜。

⑷最高蓄水位以上区域面板可以出于美观考虑全面处理，厚度不宜大于0.3mm。

3、聚脲喷涂技术是新型无溶剂、无污染的绿色喷涂技术，可以在任意曲面，斜面及垂直面上喷涂成型，施工速度快且不受环境温度和湿度的影响。

已经广泛应用在基础交通、电力能源、市政建设、海工水工和军事等领域。

通过在潘口水电站混凝土面板裂缝封闭的施工和其他工地的对比具有以下优势：⑴喷涂聚脲施工简单迅速，干燥时间短，施工工期短，可快速投入使用。

⑵高强度、高柔韧性和高附着力。

⑶100%固含量体系，无挥发性有机物、无气味，对环境影响小，是真正的绿色产品，聚脲颜色可以调节，施工后和混凝土基本保持一致。

⑷聚脲的断裂伸长率大于400%，另外聚脲具有抗多种化学品腐蚀的性能；突出耐磨、耐老化、防渗性能。

混凝土面板堆石坝是近些年应用广泛的水利水电工程挡水建筑物，由于自身的等原因，混凝土面板的裂缝难以避免，需要广大技术、施工、材料等方面的同仁共同努力，不断探索总结，寻找适合面板裂缝处理最佳方法。

作者简介：李旭信，男，1965年生，陕西省安康市人，工程师，主要从事水利水电工程建设灌浆处理技术和质量安全管理工作。

参考文献
⑴郦能惠：高混凝土面板堆石坝新技术.中国水利水电出版社.2007
⑵孙役，燕乔，王云清：面板堆石坝面板开裂机理与防止措施研究.水力发电.2004(2)。