面板堆石坝面板混凝土研究及应用

面板堆石坝面板混凝土研究及应用

杨德福  马锋玲

中国水科院结构材料所是国内最早开展混凝土面板堆石坝面板混凝土性能研究的单位之一，在混凝土面板防裂和耐久性方面取得了大量的试验研究成果和丰富的工程实际经验，先后参加了国内多个面板堆石坝面板混凝土的试验研究，并参编了《混凝土面板堆石坝施工规范》DL/T 5128-2001、《混凝土面板堆石坝设计规范》DL/T 5016-1999和SL228-98。参加本项研究的有杨德福、马锋玲、杜小春、贾树云、王秀军等同志。

在“七五” 、“八五”期间，我所相继承担了西北口、万安溪、天生桥、十三陵等混凝土面板堆石坝混凝土面板的防裂及耐久性研究。特别是“九五”期间，针对水布垭200m级高混凝土面板堆石坝，又承担了国家“九五”科技攻关专题项目“面板混凝土抗裂及耐久性研究”，以及国家自然科学基金资助项目“200米级高混凝土面板堆石坝的应用基础研究”。 另外，新疆乌鲁瓦提、西藏查龙、青海海潮坝、甘肃九甸峡及山西西龙池抽水蓄能电站等坝面板混凝土的设计，又为寒冷地区修建混凝土面板堆石坝积累了一定的经验。

本项研究主要取得了以下高质量研究成果：

（1）在万安溪面板坝工程面板混凝土中，打破惯例，超量掺入粉煤灰代替部分水泥和细砂，明显减少了水泥用量和改善了当地不良的粗砂的级配；开拓性地研究采用了三复合外加剂（木钙缓凝剂、DH₉引气剂、FE高效减水剂），取得了优良的综合效果。以上两项措施并优化混凝土配合比，克服了混凝土原材料的缺陷，配制出了性能优良的混凝土，对防止面板裂缝十分有利。坍落度仅75px，但和易性良好，能在100m长的溜槽中下滑而不分离，特别有利于施工和保证质量。经工程检查，一期面板无裂缝，二期面板仅在左右岸有少量裂缝（可能与坝体沉降有关）。直接经济效益超过100万元。

（2）采用混凝土孔结构理论，研究了混凝土性能的改善机理，提出混凝土的孔结构和界面过渡区是面板混凝土改性的关键所在。采用优质掺合料、增强密实剂、合成纤维或钢纤维等新材料，对面板混凝土进行了改性试验研究，解决了获得高强、低弹、低收缩特性混凝土的途径并提出系统的技术措施，研究取得的成果更加提高了面板的抗裂性、抗渗性和抗溶蚀耐久性，对防止面板裂缝具有重要作用和实用价值。此外，还试验研究了混凝土表面养护剂和粘贴土工膜等的效果，为进一步提高面板混凝土抗裂性能和强化措施做了有益的探索。

   （3）对影响混凝土面板裂缝的各种主要因素进行分析研究，得出混凝土的抗拉强度、极限拉伸、徐变变形、面板基础的刚度或阻力系数、面板温度和干缩变化时的综合温差，以及混凝土的热膨胀系数等都对面板裂缝具有显著影响，而面板中的配筋率和钢筋直径对面板裂缝影响较小。研究成果不仅从定性上而且定量地建立了各种影响因素与面板长度之间开裂与否的相关关系，这为防止面板裂缝问题明确了主攻方向，还为面板抗裂计算和采取相应防裂措施提供了依据。

  (4) 根据弹性基础长条面板受力分析和采用极限变形概念进行理论推导与分析，对混凝土面板开裂的机理进行了研究。从理论上解决了200m级高坝特长面板可以做到不裂缝的关键技术问题。

(5) 面板混凝土抗溶蚀耐久性的研究得出以下成果：深入分析了混凝土溶蚀机理；阐明了混凝土孔隙与渗透溶蚀的关系；全面系统研究了各种因素对混凝土溶蚀的影响；对高水头高水力梯度作用下渗透溶蚀对混凝土面板危害程度进行了判断，室内试验研究成果表明，混凝土可承受极大的水力梯度，若实际工程面板不存在裂缝或缺陷，可采用较高的水力梯度设计面板；确定了表征面板混凝土抗溶蚀耐久性的技术指标；建立了估算混凝土面板耐久年限的计算方法；提出改善或提高面板混凝土抗溶蚀耐久性的各种措施等。该研究成果对200m级高坝面板混凝土抗溶蚀耐久性给出了明确的结论。

(6) 进行了面板结构受力分析和配筋方法探讨，为混凝土面板设计提供了理论参考。面板的纵向和横向配筋率可分别降低到0.3%和0.2%；面板边缘抗压碎的加强钢筋可以取消。面板合理配筋研究成果对修建面板堆石坝，尤其对200m级高坝面板的配筋，具有重要指导意义并可获得较大的经济效益。

本项研究成果的获奖情况是，“面板堆石坝混凝土面板防裂技术”研究成果获1995年度水利部科技进步二等奖；1992年～1997年承担的电力工业部重点科研项目“混凝土面板的裂缝及防治”，依托工程为万安溪面板坝工程，该项成果获1998年度国电公司电力科学技术进步三等奖；“200米级高混凝土面板堆石坝的应用基础研究”成果获2004年度水利部大禹水利科学技术进步二等奖；1999年～2002年承担的国家电力公司重点科研项目“峡谷地区高面板堆石坝关键技术应用研究”成果获2005年度中国电力科学技术奖二等奖。