分离式混凝土防渗面板的应用.pdf

第 3 5卷第 7期 2 0 1 3年 7月 人民黄河 YE L L 0W RI VE R Vo 1 3 5， No 7 J u 1 ， 2 01 3 【 水利水 电工程 】 分离式混凝土防渗面板的应用 凤炜， 何建新 ( 新疆农业大学 水利与土木工程学院， 新疆 乌鲁木齐 8 3 0 0 5 2 ) 摘要： 新疆有十余座混凝土面板堆石坝采用了分离式混凝土防渗面板。分 离式混凝土防渗面板打破 了传统连续式防 渗面板的结构布置， 在变形缝的止水设计上 ， 取消了传统的金属止水和橡胶止水带， 将多道止水改为一道设置在缝口的 表面止水， 使变形伸缩缝的止水结构大为简化， 方便了面板和趾板混凝土的施工， 且易于修补， 提高了防渗面板的柔性和 适应坝体变形的能力。与连续式防渗面板相比， 更具有突出的经济效益， 大量节约钢材和能源， 是一种值得推广的堆石 坝防渗结构。 关键词 ： 分 离式面板 ；混凝土面板 ；柔性止水 ；柔性 密封 膏 中图分类 号 ：T V 6 4 1 4 文献标志码 ： A d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 0 1 3 7 9 2 0 1 3 0 7 0 4 3 Ap p l i c a t i o n o f t h e S e p a r a t e Co n c r e t e Fa c e S l a b F ENG We i HE J i a n x i n ( C o l l e g e o f Wa t e r C o n s e r v a n c y C i v i l E n g i n e e ri n g ， X i n j i a n g A c u l t u r a l U n i v e r s i t y ，U r u mq i 8 3 0 0 5 2，C h i n a ) A b s t r a c t ： I t h a v e b e e n mo r e t h a n t e n c o n c r e t e f a c e rec k fi l l d a ms w i t h a s e p a r a t e c o n c r e t e f a c e s l a b i n t h e X i n j i ang T h e s e p a r a t e i mp e r v i o u s c o n c r e t e f a c e s l a b h a s b r e a c h e d t h e s t r u c t u r e a r r a n g e me n t o f t h e t r a d i t i o n a l c o n t i n u o u s i mp e rvi o u s f a c e s l a b I t c a n c e l e d t r a d i t i o n a l me t a l w a t e me al a n d r u b b e r w a t e e al i n th e d e f o r ma t i o n j o i n t w a t e r s e a l d e s i g n ， a n d t h e mu l ti - s tr i p s o f w a t e r s e al h a v e c h ang e d t o t h e s i m p l e o n e s tri p o f w a t e r s e a l i n t h e s u r f a c e o f t h e j o i n t s ， S O t h a t t h e d e f o rme d j o i n t w e rs e al s t r u c t u r e h a s g r e a t l y s i mpli fi e d t o f a c i l i t a t e t h e c o n s t ruc t i o n of t h e c o n c r e t e f a c e s l ab a n d t o e s l a b，a n d e a s y t o r e p a i r ，i mp r o v e c o n c r e t e f a c e s l a b ab i l i t y t o a d a p t t o d a m d e f o rm a t i o nCo mp a r i n g wi t h t h e c o n t i n u o u s i mp e rvi o u s c o n c r e t e f a c e s l a b，i t h a s mo re pr o mi n e n t e c o n o mi c b e n e f i t s，a n d c o n s i d e r a b l e s a v i n g s o f s t e e l a n d e n e r g y，i s a w o h y o f p o p u l a r i z i n g a n t i - s e e p a g e s t ru c t u re f o r r o e k 矗l l d am Ke y wo r ds ：s e p a r a t e f a c e s l ab ；c o n c r e t e f a c e s l ab ；f l e x i b l e wa t e r s e a l ；fle x i b l e s e a l p a s t e 混凝土面板堆石坝采用 由钢筋混凝土防渗面板、 趾板、 地 基灌浆和变形伸缩缝止水共同组成的防渗体系。混凝土防渗 面板在坝体防渗中占有重要地位。早期的面板坝均采用分离 式钢筋混凝土防渗面板， 每块板内均设置钢筋， 各接缝中间均 设一道橡胶止水带或 z形金属止水 ， 不仅结构复杂 、 造价高， 而 且施工困难 、 施工质量不易保证 ， 经常产生漏水等工程问题 ， 逐 步被连续式钢筋混土面板取代。近代的面板坝普遍采用钢筋 混凝土连续面板 J ， 它具有施工快、 施工质量容易保证， 大大 减少了板间伸缩缝及造价较高的止水结构的数量 ， 使防渗更可 靠等一系列优点。但也存在易开裂、 出现故障难 以修复的缺 点， 特别是遇温度变化和干缩等易出现伸缩性裂缝， 这是国内 外已建工程广为存在的问题， 它直接关系到面板坝的服务 寿 命 ， 即耐久牲。连续式防渗面板造价较高， 施工工期安排不灵 活， 不利于人工施工 ， 给中小工程的应用带来一定困难。 根据中小工程的特点 ， 针对早期分离式面板存在的问题 ， 在新疆的一些混凝土面板堆石坝工程中推广了分离式素混凝 土防渗面板结构。 分离式防渗面板结构设计 早期分离式钢筋混凝土面板在有限的横截面上同时要布 置钢筋和橡胶止水带， 施工困难， 特别是纵横伸缩缝交叉的“ 十 字” 节点处质量难于保证。大量分析研究结果表明： 混凝土防 渗面板中的钢筋基本上不受力， 它仅起到限制裂缝扩展的作 用 ， 因此缩小防渗混凝土面板的尺度， 取消面板的配筋是可行 的。缩小面板几何尺度 以后， 必然增加变形伸缩缝的总体长 度 ， 这就要求它的止水结构工作必须可靠， 近年来一些高性能 新型合成止水材料的使用对止水工作的可靠性提供 了有力保 证。防渗面板几何尺度缩小以后， 使得面板更具有柔性 ， 各伸 缩缝更能适应坝体变形。 目前新疆 已建和在建的分离式混凝土面板堆石坝工程见 表 1 ， 其中最早的已安全运行了3 0 a ， 最大坝高达 6 5 m， 各工程 运行情况良好。由表 1 可知 ， 分离式素混凝土防渗面板垂直缝 的间距均大于水平缝的间距 ， 这样的布置减小了每块面板的沉 降梯度， 有利于适应坝体沉降变形， 降低了面板沉 降断裂的 收稿 日期 ： 2 0 1 3 0 3 - 0 9 基金项 目： 新 疆水利水电工程 重点 学科 资助 项 目( X J Z D X K 2 0 0 9 1 2 0 6 ) ； 国家 高 等学校博士点专项科研基金资助项目( 2 0 0 8 0 7 5 8 0 0 0 7 ) 。 作者简介 ： 凤 炜( 1 9 6 2 一 ) ， 女( 满族) ， 辽 宁辽 中人 ， 副教授 ， 研 究方向为 当地材 料坝。 E * ma i l ：f e n g we i _bn qq t o m 1 23 人 民 黄 河2 0 1 3年第7期 风险。随着分离式面板使用经验的积累， 其平面几何尺度有增 加的趋势。 表 1 新疆分 离式混凝土面板堆石坝统计 序号 工程名称坝高 m 建成年份 面板尺寸 m 面板厚度 c m 坝料 面板受堆石体支撑 ， 一般可不考虑弯矩作用， 原型观测和 计算分析都表明， 水库蓄水后堆石体变形使得大部分面板处于 受压状态。塞沙那坝和阿里亚坝监测成果表明， 面板受压面积 均在 9 0 以上。因坝体沉降变形而引起 的拉应力分布仅在与 岸边结合部的很小范围内， 混凝土面板只有在温度降低幅度较 大时才有可能产生温度拉应力， 当相应拉应变超过混凝土的极 限拉应变时， 就会出现温度裂缝 ， 温度裂缝一出现， 面板中的温 度拉应力就被释放。这些拉应力和压应力与面板的厚度无关， 面板的厚度主要由施工要求、 止水布置要求和混凝土耐久性来 确定。根据近年来百米级混凝土面板堆石坝防渗面板安全运 行的经验， 分离式素混凝土防渗面板的厚度可在 2 5 4 0 e m范 围内选取， 其控制水力梯度不应超过 2 0 0 。 分离式面板的混凝土应具有良好的和易性、 抗裂性、 抗渗性 和耐久性 ， 其强度等级以不低于 C 2 5为宜， 抗渗等级应不低于 W8 ， 抗冻等级应符合 水工建筑物抗冰冻设计规范 的要求。 分离式防渗面板变形伸缩缝( 包括板间缝和周边缝 ) 的止 水系统设计取消了传统的金属止水和橡胶止水带， 将多道止水 改为一道设置在缝口的柔性密封膏表面止水， 使变形伸缩缝的 止水结构大为简化， 这将方便面板和趾板混凝土的施工， 且易 于维修， 并提高了防渗面板整体 的柔性和适应坝体变形 的能 力。分离式面板构造如图 1 、 图2所示， 在缝的迎水表面设置柔 性止水企口槽， 其顶部宽度为81 0 c m， 底部宽度为6 c m， 槽的 深度为 8 e m， 体形呈倒梯形状。作为变形伸缩缝止水系统的一 部分， 接缝的底部( 垫层表面) 设 6 m m的无纺布( 土工毡 ) ， 它 对防渗土料能起反滤作用， 当表面止水失效时， 可抛土使其淤 积在缝中， 减小渗透流量； 对于中低坝相邻两块面板间可采用 “ 硬缝” 相接， 也可贴设 3 m m油毛毡。为提高分离式素? 昆 凝土 防渗面板的整体性， 在水平缝内加设连接钢筋将沿坡面上下的 两块分离式面板连接起来 ， 采用 中1 4钢筋， 其长度为 1 6 0 m， 分别插入相邻两板各 0 8 m， 连接钢筋间距一般取 1 0 m。 1 24 图 1 面板垂 直接缝大样 图 2 面板水平接缝大样 2 分离式面板柔性止水材料 分离式素混凝土面板仅设一道表面柔性止水 ， 因此必 须选用高性能止水材料。经多年研究， 新疆的分离式 昆 凝土面 板堆石坝采用聚氨酯嵌缝密封膏止水， 其优越性主要表现在以 下 4个方面： 常温下冷作业， 使施工操作更为简便， 便于快速 施工； 与混凝土黏结性好， 其黏结强度大于 0 4 MP a ， 保证了 聚氨酯密封膏与混凝土的黏接， 在水荷载和缝两侧产生变形时 不会脱开； 具有较好的适应变形能力， 常温下的延伸率 6 5 0 ， 再加上与混凝土件具有较强的黏结力 ， 保证了接缝止水 的安全性； 高温不流淌， 低温不脆裂， 耐老化性能好。 聚氨酯密封膏为双组分材料， 施工时先对缝槽 内混凝土表 面清除起砂、 乳皮， 并涂刷界面剂， 再回填聚氨酯密封膏等进行 表 面止水 。 3 结语 分离式素混凝土防渗面板的优点： 止水结构简单， 便于施 工 ； 板块的几何尺度较小， 基本消除了温度和干缩裂缝， 提高了 面板混凝土的耐久性 ； 同时通过柔性止水的连接 ， 提高了混凝 土防渗面板整体的柔性， 更好地适应坝体沉降变形， 防止结构 性裂缝的发生； 止水失效时便于检修 ； 取消钢筋可以显著降低 面板的造价 ， 与传统的连续式混凝土面板相比约可降低造价三 分之一。其缺点是 目前尚不能实现全机械化施工 ， 操作上要求 严 格。 已建工程运行经验表明， 分离式素混凝土面板与连续式钢 筋混凝土面板同样具有 良好的防渗效果， 它简化 了施工， 同时 与连续板相比更具有突出的经济效益 ， 大量节约钢材和能源， 是一种值得推广的堆石坝防渗结构。 参考文献 ： 1 蒋国澄， 傅志安， 凤家骥 混凝土面板坝工程 M 武汉： 湖北科技出版社， 1 99 7 2 曹克明， 汪易森， 徐建军 混凝土面板堆石坝 M北京： 中国水利水电出版 社 ， 2 0 0 8 3 凤家骥， 张国安 柯柯亚面板坝的防渗设计与原型观测 J 水力发电， 1 9 8 9 ( 3) ： 1 72 0 4 1 凤家骥， 张国安 混凝土面板堆石坝的变形伸缩缝 J 水利水电技术， 1 9 8 9 ( 7) ： 81 3 【 责任编辑张华岩】