分離式面板接縫止水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)研究

徐 鋒

（哈密市水利局，新疆 哈密 839000）

面板堆石壩已有超過(guò)100年的發(fā)展歷史，其防滲結(jié)構(gòu)主要由混凝土面板、混凝土趾板和接縫止水等三部分構(gòu)成。面板作為擋水的首道屏障，具有較為關(guān)鍵的作用，而面板接縫止水系統(tǒng)是面板壩結(jié)構(gòu)中較為重要的組成部分，也是大壩表面防滲系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)。

混凝土面板堆石壩的原型觀測(cè)和應(yīng)力應(yīng)變分析表明：90%的面板應(yīng)變是由堆石壩體所引起，面板分縫的最終目的就是為了有效適應(yīng)壩體的變形，從而防止面板發(fā)生斷裂，保證面板防滲功能的發(fā)揮。面板與接縫止水系統(tǒng)是大壩的主體防滲線，要求其工作必須可靠。通常將面板壩中的接縫劃分為板間縫與周邊縫兩大類(lèi)，而板間縫則又可分為垂直縫和水平縫。

1 面板的周邊縫止水

周邊縫位于面板與趾板兩種變形性質(zhì)相差懸殊的分界面上，趾板固定在變形甚小的基巖上，面板則隨著堆石體發(fā)生位移，導(dǎo)致周邊縫位移最大，兩側(cè)變形不協(xié)調(diào)，工作條件最差，是面板壩的整體防滲體系中最為薄弱的環(huán)節(jié)，可能發(fā)生滲漏的主要部位。

現(xiàn)代面板壩的重要標(biāo)志之一就是采用多道止水系統(tǒng)。接縫三道止水的成功設(shè)置已成為面板壩的基本格式，但也存在一些不足之處。

首先，第一道塑性填料止水是依靠自身的不通水性，其最初設(shè)計(jì)理念是當(dāng)水壓力作用使得周邊縫張開(kāi)，塑性填料被壓到縫中，從而起到止水作用；由于大范圍的施工難以保證做到塑性填料止水實(shí)現(xiàn)全部嚴(yán)密封閉，只要存在一處漏點(diǎn)，就會(huì)引起水頭差的消失，導(dǎo)致塑限填料止水不能實(shí)現(xiàn)理論設(shè)想順利擠入張開(kāi)的縫中。這已被試驗(yàn)所證實(shí)，這道止水是不可靠的。

其次，第二道PVC 橡膠止水帶施工架立定位困難，同時(shí)因混凝土泌水，在止水帶翼緣下形成水包，影響與混凝土緊密結(jié)合，形成漏水通道。

再次，第三道底部金屬銅止水易受到保護(hù)不到位而被損壞的可能，又存在由于止水安裝而形成的焊縫太多而影響施工質(zhì)量的客觀因素。

以上止水存在的問(wèn)題均在以后的面板壩建設(shè)中予以改進(jìn)，一些高混凝土面板堆石壩又采用了一些新的設(shè)計(jì)思路，旨在簡(jiǎn)化接縫止水系統(tǒng)優(yōu)化其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，提高它的綜合止水效能，如取消中部的PVC 橡膠止水帶，其本質(zhì)是將原本布置在面板中部的止水帶移至面板的表層，便于施工，提升止水質(zhì)量。

一些工程僅設(shè)置底部止水和中部止水兩道止水，而沒(méi)有采用常用于高壩中的頂部止水。如80 m 高的澳大利亞紅樹(shù)溪壩和布恩杜馬壩。

一些工程設(shè)置了具有自愈性的止水結(jié)構(gòu)，即在接縫頂部止水表面設(shè)置散粉狀的物質(zhì)，目的是在發(fā)生滲流的情況下，能夠?qū)⑵鋷霛B流通道從而實(shí)現(xiàn)堵塞滲流，達(dá)到自愈作用。如天生橋一級(jí)的自愈性周邊縫止水結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖1。

圖1 天生橋一級(jí)周邊縫自愈性止水結(jié)構(gòu)

2 面板的垂直縫止水

為了方便面板滑模施工的要求，面板需用垂直縫劃分成條塊，而垂直縫又根據(jù)受力情況區(qū)分為壓性和張性。我國(guó)面板壩工程對(duì)垂直縫止水結(jié)構(gòu)的布置有如下的經(jīng)驗(yàn)：①壩高50 m 以下的壓性垂直縫只需采用一道銅止水；②壩高50 m 以上的壓性垂直縫除設(shè)置底部金屬銅止水外，也可在縫頂設(shè)置第二道表層止水；③壩高50 m 以下的張性垂直縫可只采用一道銅止水；④壩高50 m 以上的張性垂直縫除設(shè)置底部金屬銅止水外，應(yīng)在縫頂設(shè)置第二道表層止水。

底部銅止水一般為“W”型，這種止水依靠?jī)蓷l埋入面板混凝土中的支腿進(jìn)行防滲，支腿排氣、排水通暢，可以保證與混凝土結(jié)合緊密，這是“W”型止水的最大優(yōu)點(diǎn)，已被幾乎所有面板壩工程所接受。設(shè)置兩道止水的張性垂直縫見(jiàn)圖2。

圖2 設(shè)置兩道止水的張性垂直縫

傳統(tǒng)的面板壩的變形伸縮縫由于頂部為布置彈塑性止水的“V”槽，和底部安裝的銅止水的銅鼻子，均導(dǎo)致面板厚度被侵占而削弱，使其承受擠壓應(yīng)力的面積減小，提高了擠壓應(yīng)力的水平，容易使面板受到擠壓破壞?？习刂Z沃壩的垂直縫為硬平縫，由于砂漿條、底部銅止水及頂部V 型槽的存在，垂直縫處的面板厚度被削弱達(dá)13 cm，而面板的頂部厚度最小僅為30 cm，高程611 m 處厚度約42 cm，平均厚度大約36 cm，面板削弱所造成受荷面積減少了36%，使應(yīng)力集中系數(shù)達(dá)1.67，最終導(dǎo)致面板擠壓破壞。這一教訓(xùn)應(yīng)引起足夠重視。

3 面板接縫的變形和受力狀態(tài)

面板周邊縫受力后將發(fā)生張開(kāi)、下沉和剪切的位移，在鄰近兩側(cè)壩肩的幾塊板件需設(shè)置張性垂直縫，其它部分則設(shè)置壓性垂直縫。由于采用了硬平縫結(jié)構(gòu)，面板垂直縫只能產(chǎn)生張開(kāi)的一維位移。

大量工程原型監(jiān)測(cè)和理論分析表明：由于墊層對(duì)面板的均勻支撐，垂直縫不可能發(fā)生相對(duì)下沉位移和剪切位移；垂直縫的80%長(zhǎng)度是處于受壓狀態(tài)，這將有利于接縫采用簡(jiǎn)單的止水結(jié)構(gòu)防滲可靠性?？拷哆叺膸讞l張性垂直縫由于壓性區(qū)域面板壓縮變形的累計(jì)，可能產(chǎn)生張開(kāi)變形，但總的開(kāi)度不大。由于張開(kāi)度較大的部位多位于面板的上部，容易進(jìn)行維修處置。

國(guó)內(nèi)外混凝土面板堆石壩的工程設(shè)計(jì)和實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)：不同壩高的的壓性垂直縫都應(yīng)采用硬平縫結(jié)構(gòu)，這些縫中都只需設(shè)置一道底部金屬止水，縫面需涂刷防粘劑；對(duì)于中低壩的張性垂直縫，也可只采用一道底部金屬止水，而對(duì)于高壩的張性垂直縫則多采用底部的銅止水和縫口的兩道止水。這里不難看出銅止水是基本止水，它是接縫防滲的基本結(jié)構(gòu)，一般情況下設(shè)置單道止水也是可行的，如卡賓溪就是設(shè)置單道止水的分離式面板壩。

分離式面板設(shè)置了數(shù)量眾多的水平縫，由于面板各板塊在現(xiàn)行的壩坡條件下，在自重和水荷載的作用下是穩(wěn)定的，不會(huì)出現(xiàn)板塊下滑的可能，大量的水平縫主要產(chǎn)生壓縮變形的趨勢(shì)，只有在靠近壩頂部有限范圍內(nèi)的水平伸縮縫，特別是防浪墻與面板間的接縫有發(fā)生拉伸位移的可能。

4 分離式面板接縫止水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在面板壩接縫止水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，在預(yù)估位移的基礎(chǔ)上要滿足在最大變形發(fā)生的情況下也能夠具備一定的止水性能。

由于傳統(tǒng)的面板壩接縫多層止水結(jié)構(gòu)之間互相依賴，但其整體的防滲效果其實(shí)并不高于其中某道單一止水，而且隨著壩體的加高，并不能夠完全適應(yīng)變形要求。但新型的表層止水系統(tǒng)的提出，為面板接縫止水提供了新的方向，也為分離式面板接縫止水提供了全新的嘗試。

分離式防滲面板的板間縫和周邊縫的止水系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在接縫的迎水表面設(shè)置企口槽，企口槽口寬取8 cm～10 cm，底寬則取6 cm～8 cm，槽深多為8 cm，體形為倒梯形。企口槽可在模板上邊緣設(shè)置木條澆筑而成，也可用切石機(jī)切割成槽。槽內(nèi)嵌入彈塑性縫密封膏止水。

在面板接縫的底部和壩面墊層表面，沿接縫方向順直鋪設(shè)60 cm 寬的無(wú)紡布，它的作用主要是對(duì)防滲土料進(jìn)行反濾，表面止水如果突然失效，可將拋土淤填到接縫中，以期減小水量滲漏。由于無(wú)紡布施工簡(jiǎn)單方便，建設(shè)成本相對(duì)較低，又能滿足防滲要求，具有很好的推廣意義。

為提升分離式素混凝土防滲面板的整體性，在水平接縫內(nèi)布設(shè)鋼筋進(jìn)行連接，從而將沿壩面上下的兩塊分離式面板連接起來(lái)，一般采用Φ14 鋼筋，其總長(zhǎng)度為160 cm，分別插入相鄰的兩塊面板內(nèi)80 cm。連接鋼筋間距一般取為100 cm。

圖3 面板垂直接縫止水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖4 面板水平接縫止水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

5 結(jié)語(yǔ)

（1）分離式面板各板塊在現(xiàn)行的壩坡條件下，在自重和水荷載的作用下是穩(wěn)定的，水平縫主要會(huì)產(chǎn)生壓縮變形的趨勢(shì)，只有防浪墻與面板間的接縫有發(fā)生拉伸位移的可能。

（2）分離式防滲面板將傳統(tǒng)的止水結(jié)構(gòu)優(yōu)化，取消金屬止水及PVC 橡膠止水帶，將多重止水結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為接縫表面單道彈性聚氨酯材料止水。

（3）分離式面板接縫止水的優(yōu)化不僅方便了混凝土結(jié)構(gòu)的施工也簡(jiǎn)化了止水施工，提高了面板適應(yīng)壩體變形的能力，壞了也易于維修，節(jié)省了工程投資。