作者：陈秋华 来源：成都勘测设计研究院
摘 要：沙牌碾压混凝土拱坝成缝技术以诱导缝、横缝组合为重点 ，在 国内外成缝经验的基础上，深化分缝结构及接缝灌浆系统，提出了适应于碾压混凝土拱坝特 点的 预制混凝土重力式模板成缝和接缝重复灌浆新技术，并成功应用于施工。在碾压混凝土拱坝 分缝上也有所创新和突破，为100 m以上高碾压混凝土拱坝的设计积累了重要经验。
关键词：碾压混凝土；拱坝；成缝技术；成缝模板；诱导缝；横缝 ；重复灌浆；沙牌水电站
1 碾压混凝土拱坝的主要结构问题
碾压混凝土拱坝具有施工速度快、建设周期短、施工方法简便、超载能力强、安全度高、筑 坝材 料省、大坝运行性能良好等优点，是实现快速建坝的新途径。当前，修建性能良好的碾压混 凝土高坝和拱坝已成为国内外的一个重要的发展方向。
碾压混凝土拱坝一般采用通仓碾压、连续上升的施工工艺，在施工时形式上已经形成封拱条 件， 施工期的水化热温升会影响到最终的拱坝应力状态，并且整个坝体都要受到周边基础约束的 作用，对高大规模坝体，就可能因为温降收缩产生贯穿性裂缝，破坏拱坝的整体稳定性。这 点与常态混凝土拱坝的柱状浇筑法有显着区别。
控制碾压混凝土拱坝的裂缝，是结构设计中必须认真解决的关键技术问题。对于重力坝，主 要是 依靠各个断面单独承受荷载和维持稳定，开裂通常不产生结构上的问题，最大的问题是开裂 可能引起不能允许的渗漏。而拱坝主要是依靠坝体的整体性传递来分配荷载，因此拱坝的整 体稳定性非常重要。开裂有损于拱坝结构的整体性，若对裂缝不进行有效的控制，将可能对 拱坝的整体稳定性造成严重后果，以致危及坝体的安全。
降低温度作用对坝体的不利影响，研究适合碾压混凝土施工的坝体结构分缝技术，对高碾压 混凝土拱 坝设计尤其关键。攻关课题结合132 m高的沙牌碾压混凝土拱坝结构分缝设计研究，提出了 适合于碾 压混凝土拱坝特点的成缝新技术。该技术成功应用于沙牌拱坝施工，不仅解决了其关键问题 ，而且也为探索高碾压混凝土拱坝的分缝设计积累了重要经验。
2 沙牌碾压混凝土拱坝概况
沙牌水电站位于四川省阿坝藏族羌族自治州汶川县境内的岷江支流草坡河上。水库正常蓄水位1866.0m，死水位1825.0 m，总库容0.18亿m3，电站总装机容量36 MW，年发 电量1.79亿kW·h，年利用小时数4 791 h。沙牌枢纽工程主要由碾压混凝土拱坝、右岸两条泄 洪洞及右岸发电引水隧洞、发电厂房等建筑物组成。
沙牌拱坝为已开工建设的最高的碾压混凝土拱坝，体形设计采用三心圆单曲拱坝，坝顶高程 1867.5m，最大坝高132.0 m，坝顶厚9.5 m，坝底厚28.0 m，厚高比0.238，拱顶中心线 弧长250.25 m，最大中心角92.48°。坝体混凝土总量(含基础置换混凝土)约38.0万m3 ，90 d龄期的设计抗 压强度为2.0 MPa，碾压层厚度为0.3 m，最大浇筑面积约为3630.0m2，相应的混凝土量约1 090.0m3，坝体柔度系数为1340.0。大坝采用高掺粉煤灰富浆胶凝材料的碾 压混凝土作为筑坝材料 ，通仓薄层填筑，全断面整体碾压，连续上升，利用碾压混凝土自身作为主要防渗。在碾压混凝土材料中，水泥采 用阿坝州白花水泥厂生产的白花425号中热水泥；粉煤灰采用华能成都电厂电收 尘粉煤灰和关口电厂风选粉煤灰，粉煤灰品质达到 国家Ⅱ级灰标准；骨料采用当地的花岗岩人工骨料。
3 适合碾压混凝土拱坝的分缝结构
在碾压混凝土拱坝分缝结构形式上，南非的Knellpoort和Wolwedans重力拱坝采取了按约10 m间距布置诱导缝，上下游面诱导缝径向相对的形式，诱导缝是用250 mm宽的两层塑料板隔断混凝土形成。这些诱导缝与止水片结合，止水片也作为止浆片。Knellpoort坝采用空隙状诱导缝，Wolwedans坝的诱导缝为带薄板的切缝。在上下游之间按1.0 m高的间距设的诱导缝是导向缝，其目的是引导裂缝沿径向发生，导向缝是通过诱导方式形成碾压混凝土中的不连续缝面，然后对大坝进 行分层压力灌浆封堵这些不连续的裂缝，使其结合。实践证明，这两座大坝中产生的裂缝基 本上只限于诱导缝范围。
在我国，普定拱坝设置了3条可以重复灌浆的诱导缝，分别将坝体分成30、55、80、31.04 m 4段，诱导缝是采用两块对接的多孔混凝土成缝板，成缝板事先预制，板长1.0 m，高0. 30 m，厚0.04～0.05 m，按双向间断的形式布置，沿水平方向间距2.0 m，沿高程方向间距0.60 m(每隔两个碾压层)，使其在坝内同一断面上预先形成若干人造小缝，并在 诱导缝中预埋灌浆管。成缝方式是，在埋设层碾压混凝土施工完成后，挖沟掏槽埋设多孔混 凝土成缝板。
温泉堡拱坝在坝体设置5条横缝(4、5号为常规缝，1、2号为诱导缝，3号为常规、诱导混合 缝)，间距30～34 m，不设纵缝。常规缝与常态混凝土拱坝横缝设计思路相同，横缝中也设 有键槽，灌浆系统的出浆方式为线出浆方式，施工时出浆管采取软塑管拨管法施工。诱导缝由成对的混凝土诱导板连接而成，诱导板及成缝方式与普定拱坝类似。在水平方向，一般在上游侧连续埋设3对诱导板，其他部位每隔1m埋设1对；沿高度方向，每隔一碾压层(0.30 m)埋设一次。诱导板内埋设Ⅰ次和Ⅱ次灌浆系统。拱坝建成后，除5条设计缝开裂之外，未发现有其他裂缝。
无论是南非的塑料成缝板或是我国的多孔混凝土成缝板，均预留埋设灌浆管路的孔洞。这类 成缝结构经实践证明是适合碾压混凝土拱坝的。
4 沙牌碾压混凝土拱坝成缝新技术
4.1 坝体分缝方案
根据沙牌拱坝温度应力成果，结合施工进度计划安排，从大坝的安全性、碾压混凝土快速施 工等 方面综合分析，考虑到高程1 810 m以下坝体主要是在低温季节浇筑，布置少量的诱导缝是 可行的，而高程1 810 m以上坝体要在高温季节浇筑，温度问题突出，有必要设置横缝。故 确定沙牌碾压混凝土拱坝结构分缝方案采用“2条诱导缝＋2条横缝”的组合方案(见图1)。 缝距如图1所示，两边坝块缝距略小，有利于释放两岸中上部位基岩约束的影响。
4.2 碾压混凝土拱坝成缝技术改进
高碾压混凝土拱坝的分缝结构，无论是诱导缝还是横缝，宜采用预制混凝土成缝模板。预制 混凝土成缝模 板可事先在仓面以外预制，预制时预留管路孔、键槽等，可实现在施工现场快速组装，既可 保证缝的作用，又可保证全断面通仓碾压、连续上升的实现，最大限度地减少对施工的干扰 。沙牌拱坝采用诱导缝和横缝相结合的方案，为保证全断面通仓碾压施工，分缝结构采用预 制混凝土模板。
以前，普定、温泉堡工程一般是先进行碾压混凝土施工，待仓面碾压完成后，再在设缝位置 用人 工挖沟掏槽，埋入预制混凝土模板；然后再回填混凝土成缝。这种施工方法对仓面的干扰相 对较大。 经反复论证，沙牌拱坝采用了预制混凝土重力式成缝模板结构，施工时先将成缝模板安装定位，然后再进行碾压混凝土施工作业。实践证明，这项设计简化了施工工艺，更适应碾压混凝土通仓碾压、连续上升的快速施工。
4.3 沙牌拱坝分缝结构
4.3.1 诱导缝结构
图1中②和③诱导缝结构见图2。
诱导缝结构采用预制混凝土重力式模板组装形成，模板长1.0 m，高 0.30 m。每两块模板对接，在缝面上呈双向间断，缝长与间距不等布置，即沿水平径向 缝长1.0 m、间距0.5 m，沿高程方向缝长0.3 m、间距0.6 m(即两个碾压层)设一间断的 诱导缝。在碾压混凝土施工时，碾压层按0.3 m设计，灌浆区高度为6.0 m。在每个灌浆区 内均设置有全部灌浆设备，并形成一个自封闭区。在灌浆区内布置了重复灌浆系统，诱导缝 采用3根独立的单回路灌浆管，在相同的灌浆区内彼此之间可以互为备用，灌浆管路上布置 可重复灌浆用的特制橡胶套阀。
4.3.2 横缝结构
图1中①和④横缝布置及结构见图3。横缝结构采用类似于诱导缝的预制混凝土重力式模板形 成缝面，将间断布置方式改进成沿缝面全面贯通布置，形成作用明确的横缝。模板长1.0 m，高0.30 m。模板设有两种类型：一种是适应埋设灌浆管路用的；另一种设置有圆弧形键槽。在缝面上，每上升一个碾压层埋设一次模板，每6.0 m高度设置一个灌浆区。在灌浆区内布置了重复灌浆系统，采用两根独立的单回路灌浆管，灌浆管路上布置可重复灌浆用的特制橡胶 套阀。
4.3.3 边缘切口缝
在诱导缝或横缝的上游面设置边缘切口缝(见图4)。设置边缘切口缝以后，缝断面的张开条 件有很大变化，可以防止裂缝绕过止水片和止浆片。对诱导缝而言，基本规律是：诱导缝强 度越低，其有效作用范围越大；边缘切口缝的作用明显，设置1 m切口就能大幅度地扩大诱 导缝的有效作用范围。
4.4 重复灌浆技术
高碾压混凝土拱坝一般在坝体温度未冷却到稳定温度时就要蓄水发电，不同部位的坝体散热 条件不一致，坝体温度的下降、水库水位及外界环境温度的变化，均会造成坝体应力的变化，缝面拉压应力条件具有相对的不确定性，缝面应力分布也相对复杂，会使缝面的开合情况不一致，在缝面张开度具备可灌条件的部位，应及时施灌，保证拱坝的整体性和正常运行。
对诱导缝和横缝的接缝，从考虑拱坝的整体性和蓄水的需要出发，采用重复灌浆方式。有两 种灌浆管路系统布置方案可供选择：①在坝体接缝处预埋两套灌浆管路系统，其中一套用于 第一次封拱灌浆，另一套留作二次重复灌浆时用，普定和温泉堡碾压混凝土拱坝就是采用的 这种方案；②只预埋1套灌浆管路系统，在灌浆管路中布置重复出浆盒，能多次重复用于接 缝灌浆，以适应高碾压混凝土拱坝的温度、水库水位等变化条件。沙牌碾压混凝土拱坝采用 第二种灌浆管路布置方案，使用单回路灌浆管路和橡胶套阀出浆盒，具有费用低、容易安装 、节省时间等优点，适应于碾压混凝土拱坝的施工。该方案每个灌浆区至少应设2根单回路 灌浆管，一是可使灌浆管长度不至于过长，在灌浆时管内压力分布相对均匀，管路上的每个 出浆盒均有条件开启；二是当一条灌浆管路出现堵塞时，可以使用另一条作为备用。橡胶套 由优质高弹和耐久性良好的橡胶流化而成，该橡胶套阀由1根穿孔钢管、1个橡胶套和2个管 接头组成，能够通过管接头方便快捷地串联安装在灌浆管路中，橡胶套阀出浆盒的结构如图 5所示。灌浆材料采用普通硅酸盐水泥及超细水泥。
5 结语
沙牌碾压混凝土拱坝分缝以诱导缝、横缝组合方案为重点，在充分吸收国内外碾压混凝土坝 结构缝经 验的基础上，完善分缝布置，深化分缝结构的细部构造及接缝灌浆系统，提出了沙牌高碾压 混凝土拱坝合理的成缝技术设计成果。该成缝技术成果已在沙牌拱坝施工中实施。1999年9月4日～9日，坝体从1754 m高程碾压至1 758m后停歇，1999年10月17日坝体③诱导缝开裂，开裂方向与诱导缝的部位完全一致；1999年11月2日，坝体碾压至1768m高程后停歇，至1999 年12月下旬，②、③诱导缝均开裂，开裂方向与设缝位置完全吻合。实践证明，沙牌碾压混 凝土 拱坝的结构分缝布置是合理的，可满足碾压混凝土实现全断面通仓碾压、连续上升的快速施 工要求，裂缝产生的部位与设缝位置完全吻合，达到了人工控制开裂的目的。
该成缝技术实现了在碾压混凝土拱坝分缝设计上的创新和突破，为修建高碾压混凝土拱坝提 供了参考 经验，对推动百米级以上高碾压混凝土拱坝技术的发展具有重要意义。经国家电力公司组织 专家鉴定，该成缝技术达到国际领先水平。
参考文献：
［1］朱伯芳.碾压混凝土拱坝的温度应力与接缝设计［J］.水力发电，1992(9)
［2］陈改新，黄国兴.碾压混凝土拱坝的接缝重复灌浆试验研究［A］.RCC’99 碾压混凝土筑坝技术国际会议论文集［C］.1999
［3］陈秋华，丁予通.沙牌碾压混凝土拱坝结构分缝设计研究［A］.RCC’ 99碾压混凝土筑坝技术国际会议论文集［C］.1999
［4］F·Hollingworth，等南非修建RCC拱形重力坝的经验［A］.碾压混凝土 筑坝技术资料选编［C］.北京勘测设计研究院编
［5］陈宗卿，杨家修.普定碾压混凝土拱坝设计［J］.混凝土坝技术，1992(2)
［6］杨凤臣，高建中.温泉堡碾压混凝土拱坝设计与施工简介［R］.河北省水利水电勘测设计研究院1994 | 
