高混凝土面板堆石坝质量控制

高混凝土面板堆石坝质量控制

几个问题的启示

赵增凯

(水利部水利水电规划设计总院)

随着我国水利水电建设事业的发展，混凝土面板堆石坝(以下简称面板坝)从八十年代中期起步建设至今，已有16年，取得了长足的进展，积累了丰富的实践经验。据不完全统计，到2001年底，已建和在建的面板坝有近百座，其中坝高100m以上的高坝有22座。已建成最高的面板坝是天生桥坝(178m)；在建最高的是水布垭坝(233m)。在西部大开发的大好形势下，贵州的洪家渡(179.5m)、引子渡(129.5m)、四川的紫坪铺(156m)、青海的公伯峡(139m)以及新疆的吉林台(152m)等一批高坝相继开工兴建。还有更多的面板坝在施工准备和勘测设计之中。

我国在面板坝发展过程中也出现过一些问题，但经验和教训都是宝贵的，认真总结和改进，不断提高了建坝水平。对此曾有文作过简要的回顾[3]。鉴于近年来百米以上高坝日益增多，有共同的特点但又有各自的特殊性，有关单位正深入开展专题研究和论证工作。本文仅就高面板坝工程质量控制方面遇到的几个问题谈谈粗见，供参考。

1．关于坝体主、次堆石分区

(1)关于坝体主堆石区和下游堆石区(常称次堆石区)的分界线，在面板坝设计规范中列有分区示意图，并原则注明主、次堆石区分界线依坝料特性及坝高而定[1][2]。但此分区界线的定量位置需通过工程类比综合分析确定。见图１。我国已建的多座高坝的主、次堆石区分界情况列于表1。

1(1A)–上游铺盖区；2(2B)–盖重区；3(2A)–垫层区；4(2B)–特殊垫层区；5(3A)–过渡区；6(3B)–主堆石区；

7(3C)–下游堆石区；8(3D)–下游护坡；9–可变动的主堆石区与下游堆石区界面，角度依坝料特性及坝高而定；

10(3E)–抛石区(或滤水坝趾区)；11(F)–混凝土面板

图1 硬岩堆石坝体主要分区示意图

从表1可以看出，120m级及以下的坝，多数坝的主次堆石区分界线倾向下游，采用坡率1:0.2～1:0.5；也有个别坝倾向上游，坡率1:0.2～1:0.5，选用的坝料分区、填筑标准比较合适，建成运行几年来坝的性态良好。但是实践说明对于坝高达180m的天生桥坝，其主、次堆石区分界线和坝料填筑压实，则对坝体上游区及混凝土面板变形性状有明显影响。经过工程实践的检验，增强了我们对高坝分区、分期、压实的认识。

(2)天生桥坝施工期(1999.3)最大沉降292cm，相当于坝体高度的 1.64%，蓄水初期(2000.10)坝体最大沉降达338cm，相当于坝高的1.9%(位于次堆石区内)。下游坝体横向位移最大值约107.3cm。在坝体分期填筑中，个别阶段抢筑拦洪的临时断面形成了顶部和下游区底部123m的高差。主、次堆石区产生了明显的沉降差，致使上游坝面局部产生了较大差异变形[3]。以0+630较大剖面为例，在下游坝坡处，水平位移增量的峰值等值线呈“开口型”，沿坝坡扁平向分布，数值较大的等值线从下游坝坡底部一直延伸到上游坝坡750m高程上下。这种变形分布特点，在反演的三维有限元计算中，无论采用试验室参数或反馈参数，其计算结果都再现了这种特点[8]。坝体和面板曾出现了多条裂缝以及面板顶部与垫层之间的脱空现象，已进行了妥善处理。大坝坝前已蓄至正常蓄水位870m，近期原型监测表明，坝体变形除面板顶部的测点外，其它趋向稳定，渗流量稳定在150L/s左右，大坝性状未见异常，处于安全和正常运行状态[4](图2～图5)。

株树桥面板坝(78m，1990)，施工期间为了抢筑到拦洪渡汛高程，承建单位采用了下游边坡1:1的临时断面，并且堆石区与滞后填筑的垫层、过渡层之间形成了最大高差23.1m 的不均衡形象。经工地两次检查，曾发现垫层和过渡层部位出现34条裂缝，最宽裂缝40mm，大部分平行坝轴线且形成向下游弯曲的弧线；裂缝开口的上游面高于下游面，说明堆石区的沉降对垫层区、过渡区产生了明显的差异变形。之后，采用“挖除、碾压、强夯、重新回填”等措施进行了处理[12]。但由于大坝工程存在缺陷，蓄水后渗漏量不断增加，至1999年7月达2500L/s以上。长委设计院承担该大坝渗漏处理设计期间，鉴于大坝与两岸基岩边界之间产生了较大相对变形，经水下彩色电视详查，多处面板下部塌陷、折断以致成洞，防渗体系受到破坏。放空检查处理，发现垫层细料较少，干密度较低，超径石较多。过渡料相当部分使用了主堆石料，导致垫层细料流失，坝体塌陷，垫层与面板间脱空，面板断裂，大量漏水。2001年汛前进行了第一阶段的面板修复、止水补强及坝体脱空处理，渡过了汛期；第二阶段加固处理正在进行[13]。

图2 天生桥面板坝横剖面及坝料分区图

图3 天生桥大坝填筑施工分期

图4 0+630剖面坝体实测水平位移增量图(自坝体768临时剖面渡汛以后)(向右为正，单位：

cm)

图5 0+630剖面坝体实测沉降图(向下为正，单位：cm)

IB –任意料；IIB –垫层料；IV –粘土料；IA –粘土料；IIA –垫层料； IIIA –过渡料；IIIB –主堆石料；IIIC –软岩料；IIID –次堆石料

(3)墨西哥阿瓜密尔巴坝(185.5m，1993)，是当今世界上已建成运行最高的面板坝，它的建设和运行、连同我国天生桥高坝在内的世界许多高坝的建设和运行，为面板坝的发展提供了大量可贵的经验，并不断总结出了需要注意和改进的问题。阿瓜密尔巴坝的主、次堆石分区也是以坝轴线分界(见图6)，上游主堆石区(ⅢB区)为砂砾石料，最大粒径40cm，填筑层厚60cm，10t振动碾碾压4遍，干密度2.22g/cm3，孔隙率18%；坝轴线至倾向下游1:0.5坡度范围内(称T区)采用了砂砾石和堆石料，最大粒径50cm，填筑层厚同上游区为60cm，10t振动碾碾压4遍，干密度2.04g/cm3，孔隙率24%；其下游(3C区)为建筑物区开挖石料，最大块径100cm、填筑层厚120cm，10t振动碾碾压4遍。坝体上、下游区填筑料的填筑标准及压缩模量差别较大。从蓄水后头两年中(1993.8.20～1995.1.10)的坝体等沉降线(见图7)可以看出，主、次堆石区呈现较明显的沉降差，下游区的沉降变形及蠕变影响到坝体上游面混凝土面板，使其直接受到拉应力和弯曲应力而形成拉应力的影响，出现一条近水平的宽裂缝，位置在坝体混凝土面板上部180m高程(坝顶高程230.5m)附近，裂缝最大宽度15mm，另外还有几条水平和斜向裂缝。实测的坝体渗水量一般情况下很少，但当库水位接近220m 时显著增加，最多曾达到过260L/s；坝基岩体及防渗处理效果明显，绕坝渗漏量不超过3L/s。坝体沉降变形已趋于稳定，裂缝已研究并处理，大坝运行性态良好[5]。

1B–细粉砂；3B–冲积层材料区；3F–块石区；T–过渡区 (φ50cm开挖料或同3B、3C料)；②–反滤层，φ8cm；

3C–块石区，φ1m；2F–反滤层，φ4cm；④–块石区，φ1m；⑤–混凝土面板

图6 阿瓜密尔巴大坝断面

(4)此外，从世界上一些已建高面板坝坝料分区实践情况看，例如澳大利亚，自从塞沙那坝(101m，1970)成功建成运行之后，坝体分区基本定型，其中的主、次堆石区分界，在其坝料分区图中基本上采用自坝轴线向下游倾1:0.5的坡度[6][7]。

巴西辛戈坝(151m，1994)，全坝体座落在坚硬和微风化岩基上，主、次堆石区采用倾向上游1:0.2坡度分界线；上游堆石区和下游堆石区分别为：上游区最大粒径及填筑层厚度1m，10t振动碾加水碾压4遍，下游区为2m，10t碾不加水碾压4遍；堆石体上游面也发生有拉应变，面板与垫层间脱开的楔形间隙作了灌注水泥浆处理[14]。

哥伦比亚萨尔瓦兴娜坝(147m，1985)，上游堆石区为砂砾石料，下游区主要采用溢洪道开挖相当破碎的粉砂岩和砂岩料，主、次堆石区采用自坝轴线倾向下游1:0.5的分界线；主堆石区(砂砾石)干密度2.24g/cm3、孔隙率20%，次堆石区干密度2.26g/cm3、孔隙率17%，总体压实比较均匀，两区沉降变形虽有一定差异(竣工期最大沉降值：上游砾石区30cm，下游堆石区60cm)，但对坝体上游区及面板未产生不利影响[6][7]。可以看出，这种分区的主堆