1、1浅谈高混凝土面板堆石坝施工技术要点【摘 要】面板堆石坝在在二十世纪 60 年代出现以来，由于其独特的性能优势在全世界的水电站工程建设中得到越来越广泛的应用。目前，世界上最高的钢筋混凝土面板堆石坝是中国的水布娅水利枢纽，高达 233米。本文就高混凝土面板堆石坝坝体材料分区及施工技术要点做了详细说明。 【关键词】高混凝土面板；堆石坝；施工；混凝土浇筑；填筑 一、面板堆石坝技术发展历程 面板堆石坝技术的发展大致可以分为三个阶段： （一）18501940 年阶段 19 世纪 50 年代，面板堆石坝第一次在美国加利福尼亚州内华达山脉的矿区出现。这个阶段是面板堆石坝的萌芽和早期阶段，面板堆石坝主要以抛填
2、堆石为主特征。这一时期，面板堆石坝的高度一般不超过 100米，而且修建的石坝坝体常常出现变形、开裂渗漏等问题，通常只能采用木面板进行防渗，面板堆石坝的施工技术在学术界的研究几乎是一片空白。 （二）19401965 年阶段 这一时期是面板堆石坝技术发展的停滞期，由于当时技术难点的无法克服，面板堆石坝技术被人们冷落，从理论研究到实践应用，面板堆石坝在人们的视野中几乎不再出现，也有人认为这个时期实际上是面板2堆石坝从抛填堆石向碾压堆石过渡的阶段。但不管何种观点，都承认这个阶段面板堆石坝的技术发展几乎为零。 （三）1965至今阶段 1965 年以后，面板堆石坝技术迎来发展高潮，碾压堆石对抛填堆石的完全
3、取代，使面板堆石坝在实践施工过程中的技术难题得到根本性解决，并且随着薄层碾压施工技术的不断发展和改进，面板堆石坝逐渐成为了世界上水利水电工程建设的主流坝型之一。 经过了约 150 余年的发展，混凝土面板堆石坝凭借低成本、短工期等优势蓬勃发展，成为当下世界范围内面板堆石坝的主体。目前世界上已完工的最高面板堆石坝是我国于 2008 年建成的水布垭水电站坝体，坝高达到了 233m。 二、高混凝土面板堆石坝坝体材料分区 高混凝土面板堆石坝剖面图如下图所示。高混凝土面板堆石坝坝体材料分区主要有垫层区、过渡区、主堆石区、下游堆石区（次堆石区）等。 1A.卜游铺盖区；1B.压重区；2.垫层区；3A.过渡区；
4、3B.主堆石区；3C.下游堆石区；4.主堆石区和下游堆行区可变界限；5.下游护坡；6.混凝土面板 坝体防渗结构由混凝土面板、趾板（底座）及灌浆帷幕三部分组成。（一）混凝土面板 混凝土面板为等厚或变厚的薄板结构。由于厚度薄，混凝土强度较3高，断面中部配以单层或双向钢筋，因此具有一定的变形能力，能适应碾压堆石体的沉陷变形。 （二）垫层区 面板下部为垫层区，由颗粒较小的碎石或砂砾石组成，其主要作用是为面板提供较均匀的、密实的础。将面板所承受的水压力均衡地传递给主堆石体。垫层区要求压实后具有低压缩性、高抗剪强度、内渗透稳定、渗透系数为 10-3cm/s 左右、具有良好施工特性的材料。 （三）过渡区 垫
5、层区下面为过渡区，对较细颗粒的垫层及大粒径的主堆石体起过渡作用，确保在高压水头作用下，垫层区不至于产生破坏。其粒径级配要符合垫层料和主堆石料间的反滤要求。 （四）主堆石体 主堆石体是面板坝的主体，要求采用当地所能获得的较好石料填筑，以尽量减少该区的沉陷变形。如该区产生较大变形，将直接危及面板安全。 （五）下游堆石体 下游堆石体对主堆石体起支撑作用，保护主堆石体及下游边坡稳定。要求采用较大石料填筑。 （六）黏土覆盖层 对于较高的面板坝，死水位以下部分面板很少有进行检修的机会，因此坝前还设置有黏土覆盖，设置黏土（或壤土）覆盖的目的，是在底部一旦产生漏水的情况下，可能起到使裂缝自愈和防止渗漏的作用。
6、 4三、高混凝土面板堆石坝施工技术要点 水电站高混凝土面板堆石坝在施工过程中对组成坝体的面板、趾板、垫层、过渡层、主堆石区、次堆石区等部分都有比较高的施工要求，需要对施工过程进行全面的质量控制。 （一）施工前的准备 1、对坝基和岸坡的处理 坝基和岸坡施工的处理时整个水电站工程石坝施工的基础和关键，其施工质量的好坏将直接影响到大坝的安全。在施工过程中，应严格按照设计规范制定相应的施工措施。 在施工开始之前，应对坝基和边坡现场进行全面的检查。检查的内容应主要包括：平洞、深坑、钻孔等是否按设计图纸要求进行处理；坝基之上的植物、建筑物、石头、砾石覆盖层等是否按要求清理干净；岩基是否按要求进行了相关处理
7、；岸坡表面是否按要求进行了清理，坡面是否稳定，有无松动石块，凹坑、反坡是否按要求进行了处理；趾板断面的尺寸、深度和底部标高是否按要求进行了施工，裂隙、断层地带等是否按要求进行了处理；浇筑范围内的渗水水源是否完全切断、堵隔，岩面是否清洁等等。 2、对料场的质量控制 由于高面板石坝容易受到水的侵蚀，因此水电站工程施工中对坝体的填筑料质量和施工强度要求非常高，对坝体填筑料质量和填筑强度的核查也就成为施工开始之前质量控制的关键环节。 对填筑料的质量控制关键在于对其进行相关试验，以检验其是否能5够达到相应的质量要求。对料场的检查内容包括：料场植被、覆盖层等是否清理干净；填筑料的开采是否在规定区域内进行；
8、填筑料的开采方式是否符合相关规定。 （二）高混凝土面板堆石坝关键施工技术 1、坝体填筑 （1）坝体填筑分期 高混凝土面板堆石坝，坝体填筑必须分期进行，其主要目的是要满足坝体安全度汛、挡水发电等阶段的面貌要求。但分期填筑是导致坝体产生不均匀沉降等从而使混凝土面板发生拉伸性裂缝和弯曲性裂缝。因此，高面板堆石坝合理进行分期填筑施工是关键。 （2）堆石体的压实参数 高面板堆石坝堆石体的压实参数包括碾重、铺层厚和碾压遍数等，同样应通过碾压试验来确定。由于堆石体可能较大而不易碾压，施工时应注意控制粒径，不同部位的最大粒径控制有所不同。一般堆石体最大粒径不应超过层厚的 2/3，垫层料的最大粒径为 80100
9、mm，过渡料的最大粒径不超过 300mm，下游堆石区最大粒径 10001500mm。 （3）填筑工艺 堆石体和垫层料的填筑同样有后退法、进占法、混合法等几种方式，堆石体填筑可采用自卸汽车后退法或进占法卸料，推土机摊平。 垫层料的摊铺多采用后退法，以减轻物料的分离。当压实层厚度大时，可采用混合法卸料。垫层料粒径较粗，又处于倾斜部位，通常采用斜坡振动碾压实。 6在主堆石的检查中，密度值要做出定时的统计，如达不到设计规定值，要制定解决的办法，采取相应的措施保证达到规定要求；对设置的沉降监测系统，应及时整理沉降值，换算堆石压缩模量值；由于主堆石的渗透性很大，只作简易检查，级配的检查是供档案记录用的。下
10、游堆石的质量控制与主堆石相似，但通常对密度的要求相对较低。 （4）填筑质量控制 质量检验控制 对坝体填筑施工的质量控制内容主要包括：填筑料质量是否符合要求；填筑机械各项性能是否达到施工要求；碾压后的填筑量密度、压实度是否达到相关标准；如果是严寒环境下施工，应检查填筑料是否出现冻结，填筑面是否有冰雪积留等。 质量要点监督 通常堆石体压实的质量指标，用压实密度换算的孔隙率以来表示，现场堆石密实度的检测主要采取试坑法。 垫层料（包括周边反滤料）质量控制的重点是控制加工产品的级配。需作颗分、密度、渗透性及内部渗透稳定性等检查，其中检查稳定性的颗分取样部位为界面处。主、副堆石作颗分、密度、渗透性检查等。
11、 过渡料应作颗分、密度、渗透性及过渡性检查，检查过渡性的取样部位为界面处。过渡料主要是通过在施工时清除界面上的超径石来保证对垫层料的过渡性。在垫层料填筑前，对过渡料区的界面作肉眼检查。过渡料的密度亦比较高，其渗透性系数比较大，一般只作简易的测定。颗分检查主要是供记录用的。 7在主堆石的检查中，密度值要做出定时的统计，如达不到设计规定值，要制定解决的办法，采取相应的措施保证达到规定要求；对设置的沉降监测系统，应及时整理沉降值，换算堆石压缩模量值；由于主堆石的渗透性很大，只作简易检查，级配的检查是供档案记录用的。下游堆石的质量控制与主堆石相似，但通常对密度的要求相对较低。 2、高混凝土面板堆石坝垫
12、层与面板的施工 （1）垫层施工 垫层为堆石体坡面上的最上游部分，采用级配良好、石质新鲜的碎石料填筑。垫层须与其他堆石体平起施工，要求垫层坡面必须平整密实，要控制坡面偏离设计坡面线的距离，有利于面板应力分布，以避免面板厚薄不均。 垫层采用水平铺填、水平碾压。由于振动碾不能行走在上游坡的边缘上，此区域往往不能被压实到设计要求，需要在上游坡面上再沿坡面进行碾压与平整。碾压与平整后，必须防止人与机械使坡面遭受破坏。这样挤压边墙的技术可以大大提升了大坝施工速度。挤压式边墙的施工速度可达 4060m/h，成形后 2h 左右即可进行垫层料的填铺、碾压，随后即可进行下层挤压边墙的施工。由于挤压边墙在上游坡面的
13、限制作用，垫层料不需要超填，以水平碾压代替斜坡碾压，既提高了施工的安全性又保证了垫层料的施工质量。成形后的边墙提供了一个可抵御冲刷的坡面，降低了度汛的难度，避免了雨水对垫层料的冲刷，省掉了上游坝面的修复工作。 （2）面板施工 8面板混凝土浇筑 面板混凝土浇筑施工是整个石坝施工中唯一的防渗水施工环节，对整个石坝的防水性能质量至关重要。也因此，面板的混凝土浇筑应在整个垫层施工、验收结束后进行，浇筑过程中，应一次性浇至坝顶或分段施工。面板混凝土施工缝在再次施工前均应进行抹平、填实处理，若在检查过程中，发现面板混凝土存在较大空隙或密实度不够，应进行二次浇筑以保证面板混凝土的密实度达到设计标准。面板混凝
14、土浇筑应尽量避开高温施工环境，防止混凝土反应时产生裂缝，进而对整个面板结构性能造成损害。 面板混凝土养护 面板养护是避免发生裂缝的重要措施，包括保温、保湿两项内容。对已浇筑的面板一般采用保温被进行保温，加强洒水养护和表面保护。 （3）监督质量要点 趾板和面板混凝土浇筑施工的质量监督要点主要包括：表层清理质量验收记录；止水面嵌缝材料检测报告；混凝土材料出厂证明和质量检测报告；混凝土温度控制和养护措施规定；结构尺寸标准；施工缺陷处理报告等。 （三）高凝土面板的分缝止水工艺 高混凝土面板为适应堆石体的变形、温度、应力变化以及施工等方面的要求，一般设置的永久伸缩缝有垂直缝、周边缝、底座伸缩缝；临时缝有
15、水平施工缝。 垂直缝从面板顶到底布置。垂直分缝在面板中部受压区的间距，大9于两岸受拉区的分缝间距。同一块面板如果分期施工，在水平施工缝中一般不设止水，面板中的纵向钢筋应穿过施工缝而连成整体。 表面止水施工宜在混凝土浇筑 28d 后从下而上分段进行，柔性填料填塞施工应在日平均气温高于 5且无雨时进行，施工中要保持粘贴面干燥，雨天需采取遮蔽保护措施，否则不宜施工。表面止水施工主要包括基面处理、涂刷 SK 底胶并铺设橡胶棒、手工或机械嵌填 GB 柔性填料、安装 GB 复合盖板、用 SK 封边剂封边。 1、施工程序 单条周边缝表面止水和垂直缝表面止水的施工程序如下： （1）周边缝表面止水施工的程序为：
16、 （2）垂直缝表面止水施工的程序为： 2、施工工艺 （1） “V”型槽及接缝砼表面处理 安置表面止水前，先除去“V”型槽及接缝处松动的混凝土表层及污渍，然后用湿棉纱把清理过的混凝土表面擦拭干净。对于局部不平整的混凝土表面用环氧砂浆找平或砂磨机打平。 （2）安装底部 30mm、100mm 橡胶棒 “V”型槽及接缝砼表面处理完成后，应在柔性填料填塞前，进行槽内橡胶棒的安设。首先在“V”槽底部及需粘贴部位的混凝土表面均匀涂刷一层 SK 底胶，涂刷的范围应略大于填料填塞需要的范围，且不易过厚。涂刷完毕后，静停 30min 左右，具体可视现场温度而定，以连续三次用手触拉涂刷后的 SK 底胶，以能拉出细丝
17、，并且细丝长度为 1cm 左右断时的时间为最佳粘贴时间，待可以进行粘贴时，将橡胶棒（周边缝为10100mm 橡胶棒，垂直缝为 30mm 橡胶棒）嵌入接缝“V”型槽下口，棒壁与接缝壁应嵌紧，使橡胶棒与缝壁紧密接触。 （3）GB 柔性填料嵌填 周边缝与垂直缝 GB 柔性填料嵌填方法相同，仅周边缝多设一道波纹橡胶止水，需分两次嵌填。这道工序的施工关键在于：保证界面的干净、干燥；保证填料之间及填料与砼面间粘结密实。 （4）周边缝波纹橡胶止水安装 周边缝“V”型槽内 100 橡胶棒及波纹橡胶止水下部 GB 填料嵌填完成后即可进行波纹橡胶止水的安装施工。 首先，在擦拭干净后的混凝土表面涂刷 SK 底胶，S
18、K 底胶的具体使用方法同上。待可以进行粘贴时，用棉纱将待粘贴波形止水带的表面擦拭一遍，除去表面的灰尘污渍，若表面有油渍，可用汽油擦拭干净。 将已预先打好孔的扁钢安装在波形止水带上，装入膨胀螺栓，并紧固，使波形止水带与混凝土表面之间紧密结合。波浪止水带施工的关键是止水带要平顺，接头的连接质量要可靠。 由于整个周边缝止水槽有多处转折，对于转折位置，直接施工将造成止水带扭曲，对后期填料施工有影响，且固定扁钢与砼面压不紧，止水带边缘有空隙。为此施工时在周边缝的转角部位，根据该部位的角度尺寸，使用预先定制的弯角接头，以保证止水达到设计要求。 （5）表面 GB 盖板安装 GB 填料嵌填完成经检查合格后立即进行 GB 盖板的安装。安装前预先将 50mm50mm6mm 镀锌角钢按设计要求打孔，打孔间距按设计要求进
