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【摘 要】 本文通过工程实践，结合混凝土面板堆石坝的性能，从面板抗裂方面针对工程特点和关键技术问题，研究了混凝土面板堆石坝的安全性问题。
【关键词】 混凝土；堆石坝；安全研究
一、混凝土面板堆石坝的优越性
（一）安全性
（1）具有良好的抗滑稳定性。从面板坝的结构上来分析，坝体堆石全在面板下游，水荷载作用于面板，整个堆石体重量及面板上部水重均在抵抗因水荷载作用引起的水平推力。
（2）具有良好的抗渗稳定性。由于堆石体是非冲蚀材料，在有渗透水流通过时，不会因细颗粒被带走而发生类似管涌等渗透破坏问题，因此不存在渗透稳定问题。特别是碾压堆石，本身密实度高，粗粒组成的骨架比较稳定，其细粒含量远不能填满粗粒间的孔隙，即使有游离的细粒被带走或在粗粒内有移动的现象，不会影响骨架的稳定性，也不会带来较大的变形。
（3）具有良好的抗震性。由于面板坝的整个堆石体都是干燥区，因此不会因地震而产生附加的孔隙水压力，而降低堆石抗剪强度和整体稳定性，碾压堆石已达到密实状态，地震只能产生小量的永久变形，面板坝可以承受。在很强的地震作用下，混凝土面板坝可能开裂，而引起渗流量增加，但通过面板裂缝及垫层区的渗流量很容易通过主堆石体排泄，不会威胁到坝的整体稳定性。
（4）坝体沉降很小。由于混凝土面板坝是碾压的高密度堆石体，变形量很小，而且稳定得很快，施工期间可完成绝大部分沉降变形，剩余变形也在蓄水后前3年基本完成，因此沉降不会成为影响坝稳定性的主要因素。
（二）经济性
（1）与混凝土坝比较。在造价方面，堆石体属当地材料，价格低廉，而混凝土价格受原材料影响很大，使两者造价的差距拉大；在施工方面，混凝土面板坝所需施工机械及工艺流程都较混凝土坝简单，而且上坝强度高，施工干扰少，具备快速施工条件，发电工期和总工期都比混凝土坝短，为提前收益创造有利条件。修建堆石坝主要利用当地材料，可以节省水泥、钢材、木材等外来材料，除造价低外，受材料供应和运输条件的制约较小，便于快速施工。
（2）与土质心墙堆石坝比较混凝土面板堆石坝是所有土石坝型中断面最小的一种，坝体填筑量约可减少40%--50%，因而也是最经济的，而且面板坝坝坡陡，底宽小，可相应减小泄水、输水建筑物长度，使枢纽布置更为紧凑，可以利用未完成的部分坝体直接挡水或过水渡汛，从而简化施工导流和渡汛，并保证坝体施工期的安全。面板堆石坝各个施工工序可独立进行互不干扰。土质心墙坝施工受气候条件影响，而面板坝施工为全天候的，可提高施工强度和质量，实现快速施工，因而在提前发电工期和总工期方面占有优势。
（3）与沥青混凝土面板堆石坝比较。混凝土面板堆石坝断面比沥青混凝土面板堆石坝小，前者上游坡一般为1：1.3--1：1.4，后者至少要1：1.7。前者施工设备都是通用机具，而后者需专门机具设备，而且施工时的环境条件要求高。因此在一般情况下，前者在经济和技术上都有一定的优势。
（三）适应性
混凝土面板堆石坝对坝址地形、地质、气候及各种类型的工程都有较好的适应性。混凝土面板堆石坝对各种河谷地形都有较强的适应性，不仅对高中坝有优越性，而且对长而低的坝同样是适合和经济的。混凝土面板坝对坝址地质条件的要求主要是选择合适的趾板线，趾板地基的要求由传统坚硬的、不冲蚀的、可灌浆的基岩改为强风化的、软弱的、岩溶的基岩，对砂砾石覆盖层、残积土等也能适应，只要经过适当处理都可安全运行。在多雨地区，心墙的挖运和填筑受降雨影响较大，不能全年施工，而面板坝则不受限制。
二、混凝土面板材料抗裂措施
合理选用面板混凝土各种原材料及对混凝土配合比进行优化，无疑是提高面板混凝土抗裂性最为重要的技术措施。因此，对混凝土本体的性能进行改善和提高，能使面板的抗裂性达到更好的效果。高强（高抗拉强度）、低彈模（高变形性能）和低收缩特性混凝土无疑是提高面板抗裂性最重要的有效措施。
（一）面板混凝土配合比优化设计
在面板混凝土配合比设计方面应选用优质的原材料配制面板混凝土。
（1）对于高坝面板，由于面板厚度较大，应选择水化热较低的水泥，以减少混凝土水化热温升从而降低面板因内、外温差引起的表面裂缝和水化热消散后混凝土收缩而引起的贯穿性收缩裂缝。
（2）选择线胀系数小的骨料配制面板混凝土，以减少因温度变化引起混凝土的体积变形。
（3）选用优质混凝土减水剂，在满足混凝土施工度的前提下，降低面板混凝土的单方用水量，以减少混凝土的干缩量。
（4）在满足设计强度的前提下，尽量降低混凝土胶凝材料的用量，以减少混凝土的凝缩量。此外，混凝土拌和物应满足面板施工的要求，具有较好的和易性
（二）流动性、粘聚性。
（1）接粉煤灰和复合外加剂
掺粉煤灰可以部分代砂、部分代水泥、减少水泥用量，降低早期强度，改善施工易和性，从而减小用水量和水化热，减少浇筑初期裂缝发生的可能性。掺高效减水剂可减少用水量20%以上，增加混凝土的密实性，减少温度及干缩裂缝。
掺引气剂可在混凝土中引发大量微小气泡，提高混凝土的抗渗性、抗冻性及耐久性，增加其施工和易性。有时还根据气候条件掺加调凝剂。各种外加剂还可以复合使用。
（2）补偿收缩混凝土技术
混凝土补偿收缩技术是在混凝土中加入具有膨胀性能的外加剂使在硬化过程中的混凝土产生与收缩相反的体积膨胀来补偿收缩，以此消除或减小分布收缩应力。面板补偿收缩混凝土防裂原理实际上是将面板混凝土的收缩拉应力峰值转化为面板混凝土各微元点上膨胀拉应力，使原来不均匀的收缩应力分布变为均匀的膨胀应力分布，这样就可通过适当提高混凝土强度等措施使混凝土内各点分布的膨胀拉应力都小于其抗拉强度，达到面板不出现收缩裂缝的目的。
【关键词】 混凝土；堆石坝；安全研究
一、混凝土面板堆石坝的优越性
（一）安全性
（1）具有良好的抗滑稳定性。从面板坝的结构上来分析，坝体堆石全在面板下游，水荷载作用于面板，整个堆石体重量及面板上部水重均在抵抗因水荷载作用引起的水平推力。
（2）具有良好的抗渗稳定性。由于堆石体是非冲蚀材料，在有渗透水流通过时，不会因细颗粒被带走而发生类似管涌等渗透破坏问题，因此不存在渗透稳定问题。特别是碾压堆石，本身密实度高，粗粒组成的骨架比较稳定，其细粒含量远不能填满粗粒间的孔隙，即使有游离的细粒被带走或在粗粒内有移动的现象，不会影响骨架的稳定性，也不会带来较大的变形。
（3）具有良好的抗震性。由于面板坝的整个堆石体都是干燥区，因此不会因地震而产生附加的孔隙水压力，而降低堆石抗剪强度和整体稳定性，碾压堆石已达到密实状态，地震只能产生小量的永久变形，面板坝可以承受。在很强的地震作用下，混凝土面板坝可能开裂，而引起渗流量增加，但通过面板裂缝及垫层区的渗流量很容易通过主堆石体排泄，不会威胁到坝的整体稳定性。
（4）坝体沉降很小。由于混凝土面板坝是碾压的高密度堆石体，变形量很小，而且稳定得很快，施工期间可完成绝大部分沉降变形，剩余变形也在蓄水后前3年基本完成，因此沉降不会成为影响坝稳定性的主要因素。
（二）经济性
（1）与混凝土坝比较。在造价方面，堆石体属当地材料，价格低廉，而混凝土价格受原材料影响很大，使两者造价的差距拉大；在施工方面，混凝土面板坝所需施工机械及工艺流程都较混凝土坝简单，而且上坝强度高，施工干扰少，具备快速施工条件，发电工期和总工期都比混凝土坝短，为提前收益创造有利条件。修建堆石坝主要利用当地材料，可以节省水泥、钢材、木材等外来材料，除造价低外，受材料供应和运输条件的制约较小，便于快速施工。
（2）与土质心墙堆石坝比较混凝土面板堆石坝是所有土石坝型中断面最小的一种，坝体填筑量约可减少40%--50%，因而也是最经济的，而且面板坝坝坡陡，底宽小，可相应减小泄水、输水建筑物长度，使枢纽布置更为紧凑，可以利用未完成的部分坝体直接挡水或过水渡汛，从而简化施工导流和渡汛，并保证坝体施工期的安全。面板堆石坝各个施工工序可独立进行互不干扰。土质心墙坝施工受气候条件影响，而面板坝施工为全天候的，可提高施工强度和质量，实现快速施工，因而在提前发电工期和总工期方面占有优势。
（3）与沥青混凝土面板堆石坝比较。混凝土面板堆石坝断面比沥青混凝土面板堆石坝小，前者上游坡一般为1：1.3--1：1.4，后者至少要1：1.7。前者施工设备都是通用机具，而后者需专门机具设备，而且施工时的环境条件要求高。因此在一般情况下，前者在经济和技术上都有一定的优势。
（三）适应性
混凝土面板堆石坝对坝址地形、地质、气候及各种类型的工程都有较好的适应性。混凝土面板堆石坝对各种河谷地形都有较强的适应性，不仅对高中坝有优越性，而且对长而低的坝同样是适合和经济的。混凝土面板坝对坝址地质条件的要求主要是选择合适的趾板线，趾板地基的要求由传统坚硬的、不冲蚀的、可灌浆的基岩改为强风化的、软弱的、岩溶的基岩，对砂砾石覆盖层、残积土等也能适应，只要经过适当处理都可安全运行。在多雨地区，心墙的挖运和填筑受降雨影响较大，不能全年施工，而面板坝则不受限制。
二、混凝土面板材料抗裂措施
合理选用面板混凝土各种原材料及对混凝土配合比进行优化，无疑是提高面板混凝土抗裂性最为重要的技术措施。因此，对混凝土本体的性能进行改善和提高，能使面板的抗裂性达到更好的效果。高强（高抗拉强度）、低彈模（高变形性能）和低收缩特性混凝土无疑是提高面板抗裂性最重要的有效措施。
（一）面板混凝土配合比优化设计
在面板混凝土配合比设计方面应选用优质的原材料配制面板混凝土。
（1）对于高坝面板，由于面板厚度较大，应选择水化热较低的水泥，以减少混凝土水化热温升从而降低面板因内、外温差引起的表面裂缝和水化热消散后混凝土收缩而引起的贯穿性收缩裂缝。
（2）选择线胀系数小的骨料配制面板混凝土，以减少因温度变化引起混凝土的体积变形。
（3）选用优质混凝土减水剂，在满足混凝土施工度的前提下，降低面板混凝土的单方用水量，以减少混凝土的干缩量。
（4）在满足设计强度的前提下，尽量降低混凝土胶凝材料的用量，以减少混凝土的凝缩量。此外，混凝土拌和物应满足面板施工的要求，具有较好的和易性
（二）流动性、粘聚性。
（1）接粉煤灰和复合外加剂
掺粉煤灰可以部分代砂、部分代水泥、减少水泥用量，降低早期强度，改善施工易和性，从而减小用水量和水化热，减少浇筑初期裂缝发生的可能性。掺高效减水剂可减少用水量20%以上，增加混凝土的密实性，减少温度及干缩裂缝。
掺引气剂可在混凝土中引发大量微小气泡，提高混凝土的抗渗性、抗冻性及耐久性，增加其施工和易性。有时还根据气候条件掺加调凝剂。各种外加剂还可以复合使用。
（2）补偿收缩混凝土技术
混凝土补偿收缩技术是在混凝土中加入具有膨胀性能的外加剂使在硬化过程中的混凝土产生与收缩相反的体积膨胀来补偿收缩，以此消除或减小分布收缩应力。面板补偿收缩混凝土防裂原理实际上是将面板混凝土的收缩拉应力峰值转化为面板混凝土各微元点上膨胀拉应力，使原来不均匀的收缩应力分布变为均匀的膨胀应力分布，这样就可通过适当提高混凝土强度等措施使混凝土内各点分布的膨胀拉应力都小于其抗拉强度，达到面板不出现收缩裂缝的目的。