碾压混凝土坝上游面竖直型劈头缝的渗流行为与控制方法.pdfVIP

碾压混凝土坝上游面竖直型劈头缝的渗流行为 与控制方法 关新强，朱岳明 河海大学水利水电工程学院，南京（210098 ） E-mail ： zjguanxq@163.com 摘 要：本文论述了碾压混凝土坝上游面劈头缝的成因，详细分析了其渗流行为，提出了对 劈头缝渗透水力行为进行控制的有效而又简单可靠的方法，最后结合目前正在施工的世界最 高碾压混凝土重力坝——光照大坝，就这一问题进行精细的数值量化计算分析。 关键词：渗流；劈头缝；水平排水孔；孔径；层距 中国分类号：TV 139.1 文献标志码：A 1. 前言 近年来我国新建的高碾压混凝土坝逐渐增多，根据以往混凝土重力坝的工程经验，影响 大坝运行期安全稳定的重要因素之一是在大坝上游面出现的劈头裂缝。劈头缝的出现往往深 达数十米，严重危害大坝的安全。本文首先介绍劈头缝的成因，接着分析劈头缝的渗流行为， 最后结合实际工程提出了一种简单可靠但非常有效的渗控方法。 2. 劈头缝的成因 实际工程中，在施工期由于温控措施不力或者其他原因，大坝上游面或多或少会出现表 面裂缝。这些表面裂缝在开始阶段并没有深入坝体内部，在水库蓄水后，经过一段时间，有 些表面裂缝可能会大范围扩展，形成所谓的“劈头缝” 。 一般认为表面裂缝会发展成劈头缝的原因有三[1] ：1.当水头较大即裂隙内水压力较大， 而裂缝又较深时，表面裂缝容易扩展；2.当内外温差较大，例如内部温度较高，而表面温度 较低时，裂缝容易扩展；3.当混凝土标号较低、施工质量较差，抗拉强度低时，裂缝容易扩 展。总之，当水头大、裂缝长、内外温差大、混凝土抗拉强度低时，表面裂缝容易扩展为劈 头缝。 通仓浇筑的重力坝较易出现劈头缝，如加拿大的雷威尔斯托克坝、美国的德沃歇克坝和 卢塞尔坝,均在坝体上游面产生了严重的劈头裂缝，深入坝内几十米，有的甚至将整个坝段 (如卢塞尔坝)一分为二，引起严重漏水。文献［1］认为通仓浇筑重力坝，因无纵缝，不进 行二期水管冷却，水库蓄水时，坝体内部温度还很高，内外温差很大，再加上缝内裂隙水的 劈裂作用，容易使表面裂缝扩展为劈头裂缝。相较而言，柱状浇筑的分缝重力坝由于有二期 冷却，很少出现劈头缝。 碾压混凝土坝与通仓浇筑的混凝土重力坝颇为相似，也是通仓浇筑，没有二期冷却，水 库蓄水时坝体内部温度很高，此种情况下，如果施工过程中上游面出现表面裂缝，水库蓄水 后在内外温差和高压裂隙水作用下，也很可能产生劈头缝。我国早期建成的碾压混凝土坝较 低，劈头缝的问题较轻，有学者认为原因是低坝的缝内裂隙水水头较小，加之坝体厚度小， 散热较易，蓄水时内外温差也不大，因此产生劈头缝的可能性较小[2] 。但我国近期已建、在 建和即将开工建设的高度 100ｍ以上的碾压混凝土坝有龙滩（216 ｍ）、光照（200.5m ）、 江垭（131ｍ）、百色（126ｍ）、大朝山（121ｍ）、棉花滩（111ｍ），如此之多的高碾压 混凝土坝的建设，很可能在建成蓄水后出现劈头缝问题，因此对碾压混凝土坝劈头缝的预防 和处理，应引起坝工界的高度重视。 - 1 - 3. 劈头缝的渗流行为与控制方法 目前国内碾压混凝土坝的上下游面防渗结构形式为：上游面：薄层变态混凝土＋相对较 厚的二级配混凝土，下游面：薄层变态混凝土。上游面主要靠变态混凝土防渗，下游面变态 混凝土也有阻渗的作用；坝内在二级配和三级配碾压混凝土之间布置孔距为 3 －5m 的逸流 型排水孔排水幕，将坝体渗透水流导入坝体廊道内，排出坝体外；因二级配和三级配碾压混 凝土均为强渗透各向异性体，渗透水流沿碾压混凝土层面渗透时几乎不受任何沿程水力阻 力，当坝上游面出现结构贯穿性裂缝时，在坝下游面变态混凝土的阻渗和封堵作用下，坝体 碾压混凝土浇筑层之间的层面和由多个施工连续上升浇筑层形成的升程之间的缝面上的扬 压力就有可能很大，特别当坝体排水设施设计或施工不当时，坝上游面直接连通库水的裂缝 就有可能