斜卡深厚覆蓋層面板堆石壩接縫止水設(shè)計(jì)

周 濤，柴 瑞，陳玉妍

(四川省清源工程咨詢(xún)有限公司，成都，610072)

斜卡深厚覆蓋層面板堆石壩接縫止水設(shè)計(jì)

周 濤，柴 瑞，陳玉妍

(四川省清源工程咨詢(xún)有限公司，成都，610072)

分析斜卡電站深厚覆蓋層面板堆石壩接縫止水特點(diǎn)，結(jié)合計(jì)算分析和類(lèi)似工程經(jīng)驗(yàn)，確定了大壩接縫和止水結(jié)構(gòu)型式，并對(duì)細(xì)部結(jié)構(gòu)進(jìn)了優(yōu)化，最大程度地采用了先進(jìn)的科研成果，確保了大壩防滲體系的可靠性。

深厚覆蓋層 面板堆石壩 接縫止水 斜卡水電站

1 工程概況

斜卡水電站位于四川省甘孜州九龍縣境內(nèi)的踏卡河,是踏卡河一庫(kù)兩級(jí)規(guī)劃開(kāi)發(fā)方案中的龍頭水庫(kù)電站,裝機(jī)容量135MW，正常庫(kù)容8455萬(wàn)m3，是一座以發(fā)電為主中等樞紐工程。電站采用混合式開(kāi)發(fā)，壩址位于大橋溝上游約900m，混凝土面板堆石壩壩頂高程3168.00m，壩頂長(zhǎng)550m，壩高106m，河床段趾板置于覆蓋層上，采用連接板與防滲墻相連。挖除表層粉土質(zhì)砂后，覆蓋層厚度較大，最大厚度達(dá)79m。

2 深厚覆蓋層面板壩接縫變形特點(diǎn)

面板壩河床覆蓋層防滲體系，由混凝土面板、趾板、連接板、混凝土防滲墻以及防滲帷幕組成。與趾板建在基巖上的面板壩比較，面板和趾板的分縫在岸邊壩段相同，設(shè)計(jì)也基本相同；河床壩段的面板垂直縫、防浪墻體縫和防浪墻底縫，其性質(zhì)和趾板建在基巖上的面板壩也是基本相同。趾板建在覆蓋層上的面板壩不同之處在于：永久縫除上述分縫外，還增加了連接板與趾板、連接板與混凝土防滲墻和連接板之間的縱向伸縮縫(與壩軸線平行的縫)，以及趾板、連接板橫向伸縮縫(與壩軸線垂直的縫)。斜卡水電站面板壩不同工況、不同部位分縫最大變形計(jì)算成果見(jiàn)表1。

表1 三維靜力有限元計(jì)算分縫變形成果

通過(guò)計(jì)算成果以及工程類(lèi)比可知，趾板直接建在深厚覆蓋層上的面板壩，周邊縫，連接板與趾板、連接板與混凝土防滲墻和連接板之間的分縫，以及趾板、連接板橫向伸縮縫均有其特殊性。

在垂直壩軸線方向，竣工期在壩體自重作用下，上、下游堆石料及覆蓋層被壓縮并向上、下游向的擠壓，使混凝土防滲墻、連接板和趾板發(fā)生沉陷并向上、下游位移，因混凝土防滲墻置于基巖上，剛度大沉陷小，因此趾板的沉陷從連接板上游端到趾板下游端逐漸加大。運(yùn)行期在庫(kù)水壓力作用下，混凝土防滲墻、壩體和覆蓋層被進(jìn)一步壓縮并向下游方向擠壓，使混凝土防滲墻、連接板和趾板發(fā)生沉陷并向下游位移。同樣，混凝土防滲墻因剛度大沉陷很小，從而使連接板與防滲墻間產(chǎn)生較大的沉陷差，這正是建在深厚覆蓋層上斜卡面板壩分縫止水的關(guān)鍵部位。

河床壩段的周邊縫與趾板建在基巖上的面板壩周邊縫相比較，后者因?yàn)橹喊遄湓诨鶐r上，位移量很小，周邊縫的變形主要是在水壓力作用下面板向壩內(nèi)的壓縮變形，一般量值較大；前者趾板坐落在覆蓋層上，在外荷載作用下趾(連接)板將與面板發(fā)生協(xié)同變形，因此，周邊縫的變形一般比趾板坐落在基巖上小，一般處于壓緊狀態(tài)。岸坡壩段趾板即使建于基巖上，但往往會(huì)受河床段壩體基礎(chǔ)沉降所產(chǎn)生的拉拽作用，因此，周邊縫產(chǎn)生沿壩軸線方向的錯(cuò)動(dòng)量一般比趾板建在基巖上的面板壩大。

在平行壩軸線方向，由于河床覆蓋層下基巖面呈“V”型谷，覆蓋層厚度不均勻及組成物質(zhì)不同，無(wú)論竣工期壩體在自重作用下或運(yùn)行期在庫(kù)水壓力作用下，趾板和連接板下的覆蓋層必將產(chǎn)生不均勻變形。為適應(yīng)該變形，趾板和連接板必須設(shè)置橫向沉降縫。

鑒于覆蓋層上面板壩河床壩段的周邊縫，連接板與趾板、連接板與混凝土防滲墻和連接板之間的分縫，以及趾板、連接板橫向伸縮縫變形的特殊性和重要性，為此深入研究其變形情況作好止水設(shè)計(jì)，是十分必要的。

3 類(lèi)似工程經(jīng)驗(yàn)

深厚覆蓋層上面板壩除周邊縫外，河床段連接板與防滲墻接縫、趾(連接)板本身的接縫，均是止水體系中的薄弱環(huán)節(jié)。從收錄國(guó)內(nèi)外部分100m以上已建、在建面板堆石壩周邊縫止水結(jié)構(gòu)形式可知：

(1)除年代稍早的面板壩不設(shè)置頂部止水外，其余均設(shè)置有頂部止水，以避免中部或底部止水失效，并且越來(lái)越重視頂部止水材料的結(jié)構(gòu)與止水作用；

(2)國(guó)內(nèi)頂部止水主要是兩個(gè)系列，即GB系列填料和SR系列填料。近代修建的高面板壩頂部止水結(jié)構(gòu)中，均設(shè)置有橡膠棒嵌縫；

(3)絕大多數(shù)高面板壩周邊縫底部均采用銅片止水，約占88%；

(4)絕大多數(shù)高面板壩周邊縫底部都采用瀝青砂漿墊層，約占70%。其余采用水泥砂漿或其它墊層；

(5)近年為避免混凝土澆筑時(shí)的干擾，部分面板壩取消了周邊縫中部止水。

斜卡面板壩壩高110m，三維靜力計(jì)算分析周邊縫最大張開(kāi)為8.5mm，最大沉陷為19.0mm，最大錯(cuò)動(dòng)為8.8mm；面板垂直縫最大張開(kāi)量為5.6mm。防滲墻與連接板及連接板與趾板間的接縫，在蓄水期均處于壓緊狀態(tài)。防滲墻與連接板接縫相對(duì)沉陷較大，最大相對(duì)沉陷為28.8mm，與類(lèi)似覆蓋層面板壩工程接縫變形對(duì)比見(jiàn)表2。

表2 蓄水期接縫變形三維應(yīng)力應(yīng)變計(jì)算結(jié)果對(duì)比

通過(guò)對(duì)比可知，那蘭覆蓋層厚度不大，接縫變形相對(duì)較小，該工程于2006年6月1日，最后一臺(tái)機(jī)組投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)，大壩運(yùn)行狀態(tài)良好；察汗烏蘇面板壩，連接板與趾板接縫之間錯(cuò)動(dòng)達(dá)59.5mm，工程于2007年10月31日下閘蓄水，大壩運(yùn)行狀態(tài)良好；九甸峽面板壩周邊縫接縫變形最大達(dá)61mm，工程于2008年12月23日最后一臺(tái)機(jī)組順利投產(chǎn)發(fā)電，并經(jīng)歷了“5·12”汶川大地震的考驗(yàn)。以上工程均成功地解決了接縫止水問(wèn)題。

國(guó)內(nèi)經(jīng)長(zhǎng)期科技攻關(guān)，目前接縫止水成果有，洪家渡面板壩采用表層柔性止水結(jié)構(gòu)，可滿(mǎn)足1.8MPa水壓力作用以及張開(kāi)52mm、沉陷52mm、剪切32mm的接縫位移；巴西亞巴貢高面板壩周邊縫采用SR、GB防滲體系止水結(jié)構(gòu)，可滿(mǎn)足穩(wěn)定水壓≥2.5MPa，周邊縫張開(kāi)100mm，剪切變形50mm，沉降變形50mm的接縫位移；表層柔性填料止水結(jié)構(gòu)可以滿(mǎn)足水布亞水壓力為2.5MPa，接縫位移為沉陷100mm、張開(kāi)50mm、剪切50mm的接縫變形。通過(guò)長(zhǎng)期模型試驗(yàn)及工程實(shí)踐可知，這類(lèi)新型的表面止水措施可以承受約3.0MPa的水壓力。

斜卡壩基覆蓋層在已掌握的100級(jí)類(lèi)似工程中相對(duì)最厚，但作為持力層的覆蓋層級(jí)配良好，結(jié)構(gòu)較密實(shí)，屬中等～較高的剪切強(qiáng)度，低壓縮性的土體，計(jì)算得各接縫變形規(guī)律與類(lèi)似工程基本一致，其量值和承受的水壓均在現(xiàn)有止水材料允許范圍內(nèi)。

4 接縫止水設(shè)計(jì)

4.1 河床覆蓋層段趾板、連接板、防滲墻接縫

該區(qū)域的接縫為覆蓋層面板堆石壩接縫止水的關(guān)鍵部位，其中連接板與防滲墻的接縫變形量最大。為適應(yīng)不均勻變形，上述接縫均設(shè)置為柔性變形縫，趾板、連接板沿壩軸線方向每12m設(shè)置一條伸縮縫。伸縮縫與面板垂直縫錯(cuò)開(kāi)，分縫寬度20mm，縫內(nèi)填塞瀝青木板并設(shè)兩道止水，從上至下依次為：縫頂外設(shè)有防滲蓋片保護(hù)的SR柔性填料止水、縫底部設(shè)厚1mm的銅止水；連接板與防滲墻接縫在上述基礎(chǔ)上，增設(shè)一道中部φ60mm鋼邊中空橡膠管止水帶，一共三道止水。

4.2 周邊縫、岸坡段趾板縫

結(jié)合本工程特點(diǎn)，河床與岸坡壩段周邊縫結(jié)構(gòu)形式相同，分縫寬度20mm(那蘭12mm、九甸峽20mm、察汗烏蘇12mm)，縫內(nèi)填塞瀝青木板。因面板底部厚度不大，設(shè)置中部止水可能會(huì)帶來(lái)施工干擾，且?guī)焖畨鹤饔孟碌暮哟膊课恢苓吙p變位較小，因此只設(shè)置兩道止水，從上至下依次為：縫頂設(shè)有滲蓋片保護(hù)的SR柔性填料止水，底部設(shè)銅止水。

兩岸趾板基巖建基，沿基準(zhǔn)線方向每30m左右、轉(zhuǎn)角處和地形地質(zhì)條件變化較大位置，設(shè)置一條伸縮縫。伸縮縫與面板垂直縫錯(cuò)開(kāi)，縫間中上部設(shè)置一道銅止水，止水一端與周邊縫止水相接，一端埋入基巖止水坑內(nèi)，縫間涂刷3mm厚瀝青乳膠。

4.3 面板垂直縫

面板不設(shè)永久水平縫，只設(shè)垂直縫。垂直縫分張性縫和壓性縫，張性縫分布于兩岸，沿壩軸線方向每12m設(shè)置一條，縫寬3mm，縫面涂刷瀝青乳膠；壓性縫位于河床中部，沿壩軸線方向每15m設(shè)置一條，分縫寬度12mm，縫內(nèi)填塞瀝青木板。從工程安全出發(fā)，面板垂直縫間均設(shè)置兩道止水，從上至下依次為：縫頂SR柔性填料止水，底部銅止水。壓性縫表面止水尺寸小于張性縫。

4.4 防浪墻水平縫及結(jié)構(gòu)縫

防浪墻與面板之間的水平縫，分縫寬度12mm，縫間設(shè)置兩道止水，從上至下依次為：縫頂SR柔性填料止水，底部銅止水。防浪墻結(jié)構(gòu)縫，縫距12m，分縫寬度12mm，縫間靠迎水面設(shè)置一道厚銅止水，底部與其水平縫止水相接。

4.5 施工縫

鋼筋穿過(guò)施工縫，縫面鑿毛處理，連續(xù)澆筑。對(duì)于岸坡段趾板若出現(xiàn)裂縫，則按永久縫處理。

4.6 抗冰凍措施

斜卡面板壩地處海拔高程3000m以上，冬季氣候寒冷，晝夜溫差大。為防止表面止水錨固系統(tǒng)凍融破壞，將水位消落范圍的止水錨固方式調(diào)整為沉頭式結(jié)構(gòu)，采用化學(xué)錨固M10不銹鋼螺栓，螺帽由柔性封邊劑保護(hù)，與面板混凝土表面齊平。

5 結(jié)語(yǔ)

斜卡水電站面板堆石壩建于深厚覆蓋層上，最大壩高106m，壩體結(jié)構(gòu)復(fù)雜。在進(jìn)行接縫止水設(shè)計(jì)時(shí)，通過(guò)計(jì)算分析、工程類(lèi)比并結(jié)合國(guó)內(nèi)先進(jìn)的科研成果，對(duì)不同部位的接縫止水系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)薄弱部位采用多道止水防護(hù)，確保了大壩整個(gè)防滲體系的安全可靠。目前大壩運(yùn)行狀態(tài)良好，無(wú)異常滲漏現(xiàn)象。

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TV641.43：TV640.34

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2095-1809(2016)02-0005-03