混凝土重力坝纵缝研究现状和发展趋势

文章编号：１６７１—４７６８（２００６）０３—００３４—０３　

混凝土重力坝纵缝研究现状和发展趋势　

王　功，陈尧隆，陈鹏飞，吕　琦，张明霞，司　政　

（西安理工大学水利水电学院，西安７１００４８）　

摘　要：本文在分析混凝土重力坝纵缝应用和研究现状的基础上，比较了纵缝各种处理措施　

的优缺点，探讨了其在实践中的应用，指出了混凝土重力坝纵缝研究方面的不足之处，指出了　

混凝土重力坝纵缝研究的方向，及其发展趋势。　

关键词：混凝土重力坝；纵缝；并缝；通仓浇筑；灌浆；研究现状；存在问题　

中图分类号：ＴＶ６４２　文献标识码：Ｂ　

１　引言　

重力坝的断面尺寸一般都较大，施工时常须　

分缝浇筑。常见的分缝方式有横缝，纵缝，水平缝。　

纵缝通常都是一种临时性的施工缝和温度缝。纵　

缝的布置形式很多，归结起来，可分为：（１）垂直纵　

缝，（２）错缝，（３）斜缝。垂直纵缝是采用最多的一　

种浇筑｝昆凝土坝的方法。一般在纵缝面上须留设　

键槽，布置灌浆系统，在坝体冷却到稳定温度时进　

行灌浆封堵。从结构上来看，纵缝将完整的断面切　

割为几块，会引起显著的应力重分布。所以一般对　

纵缝必须进行灌浆处理。由于这些耗费巨大，需要　

强大的冷却容量，而且不能在坝体浇筑后即行蓄　

水，对工程建设总的进度有影响。并且灌浆后也不　

能很好地保证坝的整体性。基于这些影响，近２０　

年来，国内对纵缝进行不灌浆而采用并缝处理的　

措施进行了研究。研究方法主要有模型试验法，在　

坝体内布置观察仪器，以及有限元计算法。研究的　

内容主要有：垂直纵缝并缝不灌浆的坝体的结构　

应力分布性态，分析纵缝开度的位移情况，纵缝对　

坝体位移的影响，对自重应力的影响，对水压力的　

应力的影响，对温度收缩应力的影响，以及对结构　自振频率的影响；并作了整体浇筑坝体，纵缝灌浆　

坝体，不灌浆坝体的三方面的方案比较。对于具体　

工程和试验各家较一致的结论是：混凝土重力坝　

采用纵缝不灌浆并缝的措施是可行的。其中以文　

献Ｅ３］叙述较具体和全面，具有代表性。　

同时，也有少数几篇文章，提出了设置宽缝的　

观点：为了加速坝块天然冷却和避免纵缝灌浆，宜　

采用设置宽缝的方法，把纵缝宽度增加到１～２　ｍ　

左右，在坝体冷却到预定的温度时，用无收缩的低　

温混凝土回填这些宽缝。　

此外，通仓浇筑不设纵缝的措施应用实例逐　

渐增多。以往是应用于低坝，近年来由于温度控制　

和施工浇筑水平的不断提高，已能应用到１４０　ｍ　

甚至更高的坝。特别是碾压混凝土重力坝在百米　

以下不设纵缝，在国际上基本上取得了较一致的　

看法。　

２混凝土重力坝纵缝研究现状　

２．１灌浆处理措施　

在实践中纵缝普遍采用灌浆处理措施，它的　

优点是：可根据施工浇筑设备及温度控制能力，合　

适地确定纵缝间距，以保证施工质量，解除温度应　

收稿日期：２００６—０４—０３　作者简介：王功（１９７３一），男，山西大同人，西安理工大学在读硕士；陈尧隆（１９４５一），男，湖南双峰县人，西安理工大　

学教授，博士生导师。

　维普资讯 http://www.cqvip.com 第３期　王　功，等　混凝土重力坝纵缝研究现状和发展趋势　３５　

力和避免开裂，并可适用：于二任何高度的大坝；各浇　

筑块可分别上升，彼此间：ｆ扰较少，有利于施工安　

排，保证大坝安全运行。缺点是：纵缝是结构上的　

薄弱环节，虽然经过灌浆处理，也不能使坝体完全　

恢复整体作用，即其整体性欠于用通仓法浇筑的　

坝体；纵缝必须在坝体冷却到稳定温度后灌浆，而　

一般高坝的自然冷却速度是极慢的（数年甚至几　

十年后才达稳定），所以采用纵缝灌浆时通常相伴　

的总是在坝体内布置冷却水管和缝面上的灌浆系　

统，费用很高，待到灌浆后才蓄水，延缓工程建设　

总进度，影响效益。文献Ｅ４－ｌＹＫ］举了国内几个工程：　

如龚咀重力坝纵缝灌浆，潘家口宽缝重力坝的纵　

缝灌浆等。通过研究分析得出：纵缝灌浆如果施工　

工艺不理想，或灌浆后坝体温度继续下降，或由于　

水泥浆液收缩，或充填水泥结石强度低，或气温变　

化等原因，经过灌浆的纵缝并未使坝体真正联成　

整体。　

２．２设置宽缝处理措施　

宽缝处理措施一般在老坝加高，或是隧洞顶　

部及拱结构顶部封闭应用的较多。它的优点是不　

进行灌浆，节省灌浆系统所用的大量钢材，利用坝　

体的天然冷却，可以减少在冷却水管中的通水时　

间，降低了人工冷却的成：本。它的缺点是在填缝以　

前坝体不能蓄水，推迟了水库的运行时间，影响了　

效益。　

２．３通仓浇筑　

过去通仓浇注只能应用于低坝，近几十年来　

由于碾压混凝土坝的发展，已能够应用到高坝上　

了。这种浇筑方式的优点是坝体的整体性可以得　

到保证，对施工进度有利，大坝浇筑后即可蓄水，　

或可提前蓄水，使工程提早发挥效益。如文献Ｅ６－Ｉ　

中所述，福建省南靖县下埔村附近的南一水库，常　

态混凝土重力坝坝高９６．８０ｍ．。结合工程具体情　

况，采用全方位全历时动态温度控制，取消了坝体　

纵缝。运行实践证明，取消纵缝的设计是成功的。　

它的缺点是：浇筑面积很：大，需要相适应的施工设　

备和严格的组织措施，否则较易产生质量事故；由　

于浇筑块尺寸很大，温度应力极大，故需要极其严　

格的温度控制措施，要进行详尽的温度控制设计，　

需要巨大的冷冻容量及大量其他施工设备，否则　

必将产生危害性的裂缝。朱伯芳院士等人的研究　

指出，通仓浇筑的常态混凝土重力坝很容易出现　

劈头裂缝，这主要是由于坝内不设纵逢，不进行二　期冷却所致。碾压混凝土重力坝对产生劈头裂缝　

的问题也应给予重视。　

２．４纵缝并缝处理措施　

纵缝并缝处理措施在实践中应用的不是很　

多，但在理论研究领域中较活跃。通常在基础的强　

约束区分纵缝，待混凝土浇筑至一定的高度，脱离　

了基础的强约束区，进行并缝，并缝后进行通仓浇　

筑。它的优点是在坝体分缝既解决了混凝土强约　

束区易产生拉应力的问题，又可不必对纵缝进行　

灌浆处理。结合了通仓浇筑和纵缝灌浆的优点。文　

献Ｅｚ－Ｉ水口水电站大坝为悬臂式混凝土重力坝，通　

过研究确定选用一个坝段进行纵缝并缝不灌浆措　

施的研究与实践。通过计算和原型观测，认为纵缝　

并缝处理后能够满足坝体间应力传递，上下坝块　

稳定安全系数能满足规范要求，这一技术是可行　

的。并给出了并缝顶部构造图见图１。　

３排ｑ￣３６＠２０，１＝４ｍ　

图１并缝顶部构造示意图（高程单位：ｒｎ；尺寸单位：ｃｍ）　

２．５锚索并缝　

文献Ｅｌ－１提出了锚索并缝，该法具有一定的效　

果，但具有施工技术要求高且对薄壁结构不太适　

合的缺点。一般来说实用于已建工程，用于纵向贯　

通型裂缝的补救工程措施。如参窝重力坝由于施　

工时采用通仓浇筑的方法，不久即自然形成２条　

贯通型裂缝。为了加强坝体的整体性工作性能，曾　

对纵缝实施了预应力锚索处理方，运行良好锚索　

并缝构造图见图２。　

图２

锚索并缝构造示意图　维普资讯 http://www.cqvip.com 西北水力发电　第２２卷　

２．６拉锚加固　

拉锚加固措施，在大坝中目前较少采用，仅在　

除险加固工程中少数工程采用。文献［５］提出了拉　

锚加固的方法，用拉锚加固措施可以增强坝体的　

刚度，改善变形状态，对提高承载力有一定作用，　

但施工复杂，技术要求高，投资大，在实际工程中　

不宜采用。拉锚构造示意图见图３。　

拉压　加固　

锚索　

图３拉锚构造不意图　

３纵缝研究存在的问题及展望　

就国内的资料来看，在纵缝研究方面，以下几　

方面的内容较少。　

（１）就纵缝并缝措施而言，对并缝后上部混　

凝土与不分缝整体浇筑后的同一部位的混凝土应　

力、位移、变形进行比较分析的较少，进而从结构　

方面怎样具体确定并缝高程的合理位置探讨的很　

少。　

（２）并缝后，缝面设键槽与不设键槽的情况　

进行比较分析的很少，研究分析键槽对坝踵、坝址　

的应力，和对坝体整体性程度的影响有多大，既敏　

感性如何，也研究的少。　

（３）混凝土重力坝坝体的温度对应力的影响　

是很大的，温度不仅在施工期产生重要作用，而且　

在运行期也显著影响坝体应力，具体到某一大坝　

纵缝条数与间距对混凝土大坝的温度应力影响的　

敏感性的研究和分析较少。　

（４）地基的温度在建坝前后的温度场是不同　

的，它同大体积混凝土坝体内部热量自然散发一　

样，都需要一个较长的时间。若基岩的导热性能以　

及弹性模量较混凝土的差别大时（特别是基岩的　导热性能比混凝土的小，基岩的弹性模量比混凝　

土大），坝体、坝基的降温的不同步，在坝内地基强　

约束区产生一定的拉应力。纵缝对此种情况产生　

的影响有多大，研究的也较少。　

综上所述，目前在纵缝研究方面主要集中在　

纵缝结构处理的措施方面。设法找出一种经济、技　

术合理的措施来取代常规的灌浆方法。就国内资　

料而言，对纵缝的研究重点有两个大方向：（１）结　

构方面。用经济，技术上可行的处理措施来取代纵　

缝灌浆甚至是取消纵缝；（２）纵缝对混凝土重力　

坝的温度场及温度应力场的影响方面。从试图找　

出规律和相关理论，进而探讨碾压混凝土重力坝　

纵缝的设计理论依据。上文所述的６种处理纵缝　

的措施，针对具体工程，具体条件，其实每一种方　

法都有它的适用性。并不是抛开具体条件，一律的　

采用某一种措施。就目前国内的研究资料分析来　

看，纵缝并缝的措施及通仓浇筑有一定的发展前　

景。当然，随着社会经济的发展和施工技术的不断　

提高，可能更好的方法还会产生，或是现在不普遍　

的方法可能会广泛应用。总之，一项较好的纵缝处　

理措施，不仅节约坝体冷却费用，简化施工，可避　

免拖延蓄水，给工程带来经济效益和社会效益，值　

得进一步探索和研究。　

参考文献：　

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１９９８，（８）：１２—１４．　［３］　张义林．水口水电站混凝土重力坝垂直纵缝不灌浆　

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［４］　陈祥荣．纵缝对水口溢流坝重力坝段结构性态的影　

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［５］　陈式慧，立广远．混凝土坝纵向缝对应力影响的研　

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缝的设计与研究［Ｊ］．水力发电，１９９４，（９）：６－１１．　

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