钢纤维喷射混凝土作为堆石坝面板材料的探讨

　　混凝土面板堆石坝是近三十年来世界坝工建筑上发展快的坝型之一，该坝型以施工速度快，投资少，运用可靠，整体稳定性好，施工期受气候影响小，较易解决施工导流和施工渡汛问题等显著优点而在世界各国广泛兴起。目前，已形成向高坝方向发展的趋势，如国内已建成的天生桥一级坝高178m，国外正在建设的马来西亚的巴昆坝高205m，巴西的坎普斯洛武斯坝高210m，而拟建的湖北清江水布垭坝高达233m，在同类坝型中居世界。混凝土面板堆石坝的发展主要取决于面板防渗措施的改进，然而，目前对混凝土面板堆石坝中面板的受力变形情况掌握得还不是十分透彻，解决和防止混凝土面板开裂的措施仍十分有限，所以面板堆石坝防渗措施的好坏及周边缝适应坝体变形能力的强弱倍受众多工程界人士的高度关注。

　　本文也正是基于这一点并受湖北省西北口混凝土面板堆石坝在施工渡汛中采用喷射混凝土护面临时措施的启发，考虑到钢纤维喷射混凝土具有抗弯拉强度高、抗渗性能好等许多良好的物理力学特性，具有较好的适应变形的能力；钢纤维喷射混凝土施工简单方便，且具有较好的均匀性，便于控制施工质量；钢纤维喷射混凝土早期强度高，可加快施工速度等因素，提出采用钢纤维喷射混凝土作为面板堆石坝面板材料的新构相2钢纤维混凝土的物理力学特性钢纤维混凝土属于一种增强混凝土，它既有普通混凝土的特性，又由于加进了钢纤维而增强了普通混凝土的许多力学性能。钢纤维掺人混凝土基体后，改善了混凝土基体的脆性状态，并能增强混凝土基体的强度，特别是抗拉及抗弯强度，比起普通钢筋混凝土更适合于堆石坝面板的受力变形特点。同时钢纤维混凝土的抗冲刷耐摩、抗振动等性能也均有较大幅度的提高，其物理力学指标的改善见表1.表1钢纤维混凝土与普通混凝土物理力学指标的对比性能与普通混凝土相比性能与普通混凝土相比初裂强度韧性弯拉强度抗渗性能显著改善延伸能力约2.0倍抗冲击性能抗压强度耐磨损性能有所改善抗剪强度抗冻性能显著改善疲劳强度有所改善耐热性能显著改善2.1钢纤维混凝土的物理特性①由于钢纤维的加人，减少了水泥用量，水化热随之减少，产生的裂缝也将相应减少；②钢纤维起到了一定的阻止混凝土收缩的作用，可控制裂缝的形成及扩展，有效地防止了贯穿性裂缝；③若采用喷射施工方式，可提高钢纤维混凝土的密实度，降低其孔隙率，并且可使孔隙互不连通，再加上水灰比较小，因而能够获得较好的抗渗性能，一般抗渗指标为2.0MPa左右，有时甚至会更高，说明钢纤维喷射混凝土比起普通钢筋混凝土有着更好的防渗能力。

　　2.2钢纤维混凝土的力学特性①因钢纤维混凝土材料均匀，可充分发挥混凝土基体的作用。普通钢筋混凝土由于其材料不均性，往往导致有钢筋部位受力较大，而无钢筋部位受力较小，从而未能充分发挥混凝土基体的作用，并且混凝土与钢筋接合处容易存在开裂现象；②钢纤维混凝土的抗弯拉强度、抗压强度、抗剪强度及抗冲击性能均优于普通钢筋混凝土，钢纤维混凝土比起普通钢筋混凝土有着更为有利的受力条件：通过上述对钢纤维喷射混凝土的物理特性及力学特性的分析。可以看出，钢纤维混凝土作为堆石坝的面板材料比普通钢筋混凝土更能适应面板复杂的受力变形特点，尤其是能更好地适应周边缝的复杂受力变形特点。

　　3混凝土面板堆石坝面板的受力变形特点目前，混凝土面板堆石坝还处于半理论半经验设十阶段，近来其设计方法有向理论性发展趋势。钢纤维喷射混凝土面板堆石坝与普通混凝土面板堆石坝相比较，只是面板材料有所不同，所以在理论研究上关键问题仍然是在于堆石体的应力应变模型的合理建立。

　　本文假定一座高95m的钢纤维喷射混凝土面板堆石坝作为理想坝，分对其竣工期和蓄水期的应力应变进行了三维非线性有限元分析，根据计算结果，可以得到面板堆石坝竣工期和蓄水期坝体及面板变形情况如所示。

　　3.竣工期坝体及面板变形情况从可以看出，竣工期坝体的外形变化呈上部内缩，底部略向外鼓胀的状态=通过众多混凝土面板堆石坝面板浇筑后的面板开裂统计结果来看，开裂情况颇有规律性，绝大多数开裂都发生1/3~2/3坝高处的中部区域，且都呈水平开裂情况，产生的主要原因多数工程界人士认为是温度应力造成的，对此，作者认为混凝土约束作用不是主导因素，而是混凝土面板与坝体的弹性模量差异非常大，致使堆石体与面板变形一致不协调使面板受弯拉所导致的。

　　3.2蓄水期坝体及面板变形情况施工过程若严格按设计要求的压实标准进行碾压，蓄水期坝体的外形变化增长不会太大。通过计算可以发现，蓄水对坝体水平位移的影响大于对垂直位移的影响，蓄水的作用使垫层和过渡区的垂直位移增大约2040，使垫层和过渡区的水平位移增大约由于蓄水的作用，使得面板的受力变形呈现较复杂的状态，河床部位的面板处于受压状态，而靠近两岸坝肩部位的面板则处于受拉状态，越靠近两岸坝肩，面板的受力变形情况就越复杂，尤其是靠近两岸坝肩约1/3~2/3坝高部位，受力变形呈极其复杂的三向应力变形状态，而这一部分正好是周边缝处于受拉状态，是对适应变形能力要求甚高的K域。

　　4钢纤维喷射混凝土作为混凝土面板堆石坝面板材料的优越性板钢筋配置存在不合理的一面，面板钢筋均布置在中间，而且采用单层钢筋型式，从面板的实际受力变形情况来看是十分不合理的，钢筋在实际受力变形中并未起到多大作用，因为此时混凝土面板既不是轴心受拉压构件，也不是小偏心受拉压构件，而是随着施工及蓄水过程呈现较复杂的弯拉受力变形状态。在后期混凝七面板堆石坝的建设中，随着坝高的不断增高，面板钢筋采用双层布置型式的越来越多，如天生桥一级芒期面板浇筑中即采用双层布置型式，这是设计人员在实践中不断探索而取得的进步，这种钢筋布置塑式可适应面板在施工及蓄水过程中实际复杂受力变形的要求。

　　采用钢纤维喷射混凝土作为面板材料有如下优点：①可以很好地限制面板表面张拉裂缝的形成及发展；②可以限制面板混凝土收缩所产生的随机裂缝的形成；③可以比普通钢筋混凝土具有更好的适应变形的能力，能充分发挥混凝土基体的作用；④采用钢纤维喷射混凝土施工比普通钢筋混凝土施工更为简易方便，能更好地控制施工质量。

　　5钢纤维喷射混凝土的施工方法钢纤维喷射混凝土的施工方法分为干喷法和湿喷法两种，不管采用哪种方法，关键在于钢纤维的定向控制及回弹率控制的问题是否得到妥善解决。目前，这方面的研究和实践已取得了许多成果，可以应用于指导钢纤维喷射混凝土作为堆石坝面板材料的实际施T.武汉：武汉水利电力学院，1990.王焕德。钢纤维混凝土。北京：水利水电出版社，1985.李贵林，程良奎，罗竟宁。混凝土与钢筋混凝土施工手册。

　　北京：冶金工业出版社，1988.程良奎。喷射混凝土。北京：中国建筑工业出版社，1990.孙役，男，博士，副总工程师资料I我国座疏压混凝拱坝。

　　贵州乌江普定水电站的拦河大坝是我国座碾压混凝土拱坝，也是当时世界上高的碾压混凝土拱坝。普定拱坝为定园心、变半径、变中心角的双曲非对称拱坝。坝高75m，坝顶全长195.7m，坝顶宽6.3m，底宽28.2m，厚高比为0.376.坝体混凝土总量13.7万m3，其中碾压混凝土10.3万m3，占总量的"普定拱坝的特点之一是采用了整体式，通仓薄层浇筑施工。这对于拱坝是很少见的。它反映了碾压混凝土低水泥用量、低温升的优越性（当然，对具体问P题要具体分析，不是所有碾压混凝土拱坝都可以采用灰用量为99kg/m3，后者占肢料总体的64.第三，它采用高肢二级配碾压混凝土防渗。水泥用量为85kg/m3，粉煤灰用量为103kg/m3，后者占股料总体的55，属于高胶中掺。采用这种防渗措施，除特定部位外，大坝全部采用碾压混凝土，加之采取水泥浆层面防渗，对快速施工十分有利。这种少部分高胶、大部分中胶的全碾混凝土筑坝技术，与美国上静水坝全部采用高胶的情况不同，有较大的优越性，我国沙牌拱坝也基本上采取了这种措施普定拱坝的浇筑于1992年年内全部完成，对我国乃至全世界采用碾压混凝土修筑拱坝起到了示范作用。