某水利枢纽工程坝体防渗结构论文

某水利枢纽工程坝体防渗结构论文

　　摘要：二级配碾压混凝土与变态混凝土联合防渗结构具有防渗性能可靠，施工方便，造价较低等优势，充分发挥碾压混土坝快速施工的特点，已成为我国碾压混凝土坝防渗结构的发展方向。

　　关键词：二级配碾压混凝土；变态混凝土；常态混凝土；抗渗；抗冻；抗裂；防渗结构

　　1概述

　　目前，国内外碾压混凝土坝的防渗型式主要有“金包银”式防渗结构，常态混凝土薄层防渗结构、钢筋混凝土面板防渗结构、薄膜防渗结构、沥青混合料防渗结构和碾压混凝土自身防渗结构等几种。

　　就厚常态混凝土（金包银）防渗结构和碾压混凝土自身防渗结构做重点比较。

　　2两种防渗结构设计

　　2.1二级配碾压混凝土加变态混凝土防渗结构

　　根据《碾压混凝土坝设计规范》（SL314-2004）并参考国内类似坝高的工程，上游二级配碾压混凝土厚度大于1/5的坝面水头，并因坝前作用水头而变化，沿高度呈台阶状布置。

　　本水利枢纽工程坝体二级配碾压混凝土厚度自坝顶高程745.50~706.50m为4.0m，高程706.50~672.00m为6.0m，672.00~坝底从6.0m厚度渐变至8.0m。

　　675m高程以上二级配碾压混凝土强度标号为R180200，抗渗等级W10，抗冻等级F300；675m高程以下二级配碾压混凝土强度标号为R180200，抗渗等级W10，抗冻等级F100；坝体内部采用三级配碾压混凝土，防渗层横缝间距与坝体分缝间距一致，为15m，缝内设置横缝排水管。在二级配碾压混凝土下游侧设置水廊道及坝体排水管。

　　变态混凝土的厚度规范定宜为30~50m，最大厚度不宜大于100cm。本工程坝体迎水面变态混凝土厚0.6~1.0m，变态混凝土与二级配碾压混凝土同步浇筑。二级配碾压混凝土层面均采取铺水泥粉煤灰净浆，缝面铺标号为M25、厚度为1~1.5cm的水泥砂浆，以加强层面及缝面结合的可靠性。

　　2.2“金包银”式防渗结构

　　参考国内类似坝高的工程，常态混凝土厚度自坝顶745.50~675.0m高程厚度为3.0m，675.0~坝底厚度为4.0m，675m高程以上常态混凝土强度标号为R90200，抗渗等级W10，抗冻等级F300；675m高程以下常态混凝土强度标号为R90200，抗渗等级W10，抗冻等级F100；坝体内部采用三级配碾压混凝土，防渗层横缝间距与坝体分缝间距一致，为15m。在常态混凝土下游侧设置排水廊道及排水管。

　　下游坝面655.0高程以下设置厚2.0m的常态混凝土，强度标号为R90200，抗渗等级W10，抗冻等级F300，并在内侧设横缝排水及坝体排水管。

　　3两种防渗型式比较

　　就两种防渗结构物理学性能而言，实验室及工程实践均能证明常态混凝土和二级配碾压混凝土在密度、抗拉强度、抗压强度、弹模、极限拉伸值和抗剪断参数等方面均能很好地满足设计要求。

　　本工程就两种防渗型式从防渗体的抗渗性、抗裂性、抗冻性、施工、投资等方面进行比较、以选择适合本工程特点的防渗型式。

　　3.1抗渗性

　　3.1.1二级配碾压混凝土的抗渗性

　　上游防渗体采用富胶凝材料的二级配碾压混凝土，并在上游面辅以变态混凝土，经工程实践证明是非常有效的，碾压混凝土各项指标均能达到设计要求，混凝土很密实，层面结合良好，其防渗标号可以达到W8~W12（相当于渗透系数2.6×10-9cm/s～1.3×10-9cm/s），甚至更高。

　　3.1.2“金包银”防渗结构的抗渗性

　　“金包银”是在坝体的上下游面设1.5～4.0m厚的常态混凝土作为防渗体，这种防渗型式类似于常态混凝土坝，上游常态混凝土防渗层是整个坝体的防渗屏障。

　　常态混凝具有很好的抗渗性，混凝土经振捣后各项性能容易达到设计要求，其结构密实；常态混凝土浇筑与碾压混凝土同步上升，常态混凝土中没有薄层面，只有升程之间的缝面（施工缝），而施工缝处理方法渐渐成熟，因而防渗层混凝土的强渗透各向均一。只要控制好防渗层常态混凝土的温控防裂问题，“金包银”防渗效果与常态混凝土坝相似，防渗性能良好。

　　3.2抗冻性

　　3.2.1二级配碾压混凝土的抗冻性

　　碾压混凝土的抗冻性与常态混凝土一样，主要取决于硬化混凝土的强度及混凝土内部的气泡性质，提高混凝土的强度等级，降低混凝土的渗透性，可以提高其抗冻性，但不是主要措施。掺用引气剂是提高混凝土抗冻性的有效措施。 与常态混凝土相比，碾压混凝土水泥浆含量少，较为干硬，加入相同引气剂掺量时，不容易形成大量致密、稳定的气泡，加上粉煤灰具有消泡作用，混凝土达不到所要求的含气量，但是通过加大引气剂掺入量可以使含气量达到最佳含气量（经验表明：当粉煤灰掺量达到30～50%时，为达到4%～5.5%的含气量，引气剂的掺量是常态混凝土的8～10倍）。

　　室内试验以及石门子、龙首工程实践证明，通过加大引气剂掺量可以使碾压混凝土的含气量4%～5%（最佳含气量），可以配制出抗冻等级大于等于F300的混凝土，以满足工程需求。

　　3.2.2“金包银”防渗结构的抗冻性

　　就常态混凝土而言，产掺加一定的引气剂很容易达到要求的含气量，混凝土经过搅拌气泡分布均匀，抗冻性相对较好。

　　3.3施工

　　3.3.1二级配+变态混凝土防渗方案施工

　　采用单一的碾压混凝土坝施工方法，减少了施工干扰，为实现全断面碾压混凝土创造了条件，变态混凝土防渗是在坝体上游面一定的范围内，碾压混凝土摊铺施工中铺洒适量的水泥浆，使该处的混凝土变成具有坍落度的类似常态混凝土，然后用人工插入式振捣器振捣。

　　3.3.2“金包银”防渗方案施工

　　“金包银”防渗形式推荐的施工方案为：常态混凝土与碾压混凝土同步浇筑，先浇筑一层厚0.3m的常态混凝土，在浇筑碾压混凝土，碾压混凝土层厚为0.3m。两种混凝土均采用薄层同步上升，虽然施工干扰较大，但由于实现两种混凝土同步上升，不会形成交界薄弱或是冷缝面，有利于坝体的安全。

　　3.4投资

　　本工程队两中国防渗结构分别计算工程量，并进行投资分析，“金包银”防渗结构坝体直接费比二级配碾压混凝土防渗结构坝体直接费多出920万元，而且“金包银”尚未计施工干扰引起的费用增加。

　　4比较结论

　　从抗渗性来看，“金包银”具有较好的防渗能力；对于二级配碾压混凝土防渗，根据目前的实验成果及工程实践，已经建成的几座碾压混凝土坝气钻孔混凝土芯样的渗透系数均达到了10-9～10-10cm/s，甚至更高，完全能够满足高坝的防渗要求。

　　从防渗层与坝体内部这两种混凝土的结合来看，两种防渗结构型式均能实现两种混凝土结合良好，但“金包银”施工干扰太大，施工工艺复杂。

　　从抗冻性来看，两种防渗结构均能满足建筑物的抗冻设计要求，但常态混凝土粉煤灰掺量相对较少，且经拌和机搅拌，气泡分布均匀，抗冻性能相对较优；掺加引气剂的二级配碾压混凝土可以达到4%～5%的最佳含气量，也具有良好的抗冻性。

　　从施工来看，“金包银”施工干扰太大，需要增加工序，施工工艺相对复杂，施工工序甚至超过了常态混凝土坝，对碾压混凝土施工干扰大，难以充分发挥碾压混凝土快速施工的优势；二级配碾压混凝土防渗型式施工方法单一，有利于快速施工。

　　从投资来看，二级配碾压混凝土防渗型式较省。

　　经过以上比较，根据本工程坝址气候条件恶劣、工期要求紧的特点，防渗体抗裂性和施工进度是影响防渗结构型式选择最关键因素，由于二级配碾压混凝土更有利于温控防裂，施工干扰少，投资较省，且抗渗性，抗冻性完全可以满足投资设计要求，因此本工程初步推荐的防渗结构为二级配碾压混凝土+变态混凝土防渗。

　　结语

　　二级配碾压混凝土与变态混凝土联合防渗结构具有防渗性能可靠，施工方便，造价较低等优势，充分发挥碾压混凝土坝快速施工的特点，已成为我国碾压混凝土坝防渗结构的发展方向。

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