浅谈混凝土面板堆石坝周边缝止水设计.pdf

浅谈混凝土面板堆石坝周边缝止水设计彭齐林 5 1 【 设计 与 施工 】 浅 谈 混 凝 土 面 板 堆 石 坝 周 边 缝 止 水 设 计 彭 齐 林 ( 星子县水利局 ， 江西 九江 3 3 2 8 0 0 ) ( 摘要 文章对混凝土面板堆石坝周边缝的止水设计展开探讨， 并对新旧周边缝的结构形式进行 了分析研究 ， 并结合具体的工程 实例进行 了周边缝的设计研究。 关键词 面板堆石坝 ； 周边缝 ； 止水； 设计 中图分类号： T V 6 4 0 3 4 文章标识码： B 文章编号： 1 0 0 9 0 0 8 8 ( 2 0 1 4 ) 0 6 0 0 5 1 0 2 0 引言 混凝土面板堆石坝兴起于 2 0世纪中叶 ， 是现在土 石坝建设的主要类型 ， 其主体以砾石或堆石作为主体 构建物担当支撑作用 ， 在上游面通过铺设混凝土面板 起到防渗止水作用。这种堤坝有着适应性高 、 取材方 便 、 施工期短 、 安全性强等诸 多优点 ， 极符合我 国水利 水 电施工条件。而周边缝则是指混凝土面板同趾板间 的缝隙， 而鉴于混凝土面板的刚性及堤坝坝体可能出 现的变形 ， 使得面板与底座间可能出现不连续性 。若 在设计中无法有效处理这一问题 ， 则会使得坝体堆石 在水库蓄水时发生严重变形， 进而引起面板的变形知 识周边缝出现较大的沉降 、 张开或切向位移 ， 甚至出现 大规模渗漏现象 。 1 周边缝结构设计的研究 1 1 传统结构类型的分析 混凝土面板堆石板 的设计建设至今 已先后经历两 个时期。第一时期是将构建坝体 的堆石体直接铺设在 坝基上 ， 不进行任何的碾压 ， 直接铺设混凝土面板并在 其上设置水平缝 与垂直缝。第二时期起始于 2 0世纪 7 0年代 ， 堆石体先经由振动碾碾压后方铺设混凝土面 板 ， 面板上只设置垂直缝 ， 在面板下另行铺设过渡层 ， 而面板与趾板间设置周边缝。在全球范围内已建成的 设有垂直缝与过渡层的堤坝 中， 最为典型的有塞沙那 坝和阿里亚坝两种模式。塞沙那坝始建于 1 9 7 0年 ， 是 第一座高度在 1 0 0 m以上 的碾压混凝土面板堆石坝 ， 周边缝的设计 以双止水 系统为基础 即底部 W 型铜片 止水 ， 中部橡胶止水 ， 投入使用后 自 1 9 7 11 9 8 0年的 l 0年间， 周边缝开度 由 l 1 5 m m增至 1 1 7 m m， 切面 位移低于 1 0 m m， 渗漏量 多年 维持在 1 0 L s ， 效果 良 好 ， 是一种十分适用于变形较小的坝体类型。阿里亚 坝始建于 2 0世纪 8 0年代 ， 其周边缝设计采用多道防 线的止水系统 ， 其特点为将止水铜片置于氯丁橡胶带 上 ， 并将其设置在沥青砂垫层上 ， 并于接缝上玛蹄脂填 缝材料作为 自我的愈合系统。在实际使用 中， 周边缝 的三向位移分别 为 5 5 、 2 4 5和 2 3 m m， 渗漏量 2 0 1 0 L s ， 效果颇佳， 此后多次被其他水坝采用。两者周边 缝结构 ， 见图 1 、 图 2 。 1 1 螺 片止采2 c 止永3瓤丁| l 腔 tI 删辩5 e v c It援 6 t扳7 艟蔓皤t 丰氟鼽蛳青砂装 图 2阿里亚坝周边缝结构示意 1 2 新型结构类型的分析 随着水坝施工规模 的不断扩大 ， 2 0 0 m 以上 的大 型水坝项 目不断增多 ， 而随着高度 的增加坝体堆石体 亦可能发生较大的变形 ， 从而引起周边缝较大的移位 ， 进而使得止水结构遭到破坏 。因此， 如何进一步改善 止水方式也越发受到人们的重视。2 0世纪 8 0年代 末 ， 国外著名学者平托教授与摩利教授 ， 率先提 出了 自 由周边缝的概念 ， 自此 ， 混凝土面板堆石坝的修建进入 了全新 的时期。 自由周边缝这一概念是指让水流经 由 5 2 内 蒙 古 水 利 2 0 1 4年第 6 期( 总第 1 5 4 期) 缝隙流过 ， 在流动中实现缝隙的 自动封堵。具体而言 ， 就是指将非粘性 、 低渗透性的封堵材料放置在周边缝 的上游面 ， 借用水流将材料携带人缝隙中并充满 ， 从而 实现良好的止水效果。 2 国内外典型工程周边缝设计分析 国内外典型的工程周边缝设计 ， 见表 1 、 表 2 。 表 1 国外典型 混凝土面板堆石坝周 边缝设计统计 2 国 内典型混凝土面板堆石坝周边缝设计统计 底部止水中 部止水顶部止水 5 8 3 柔性材 料 橡 胶 铜 ” 柔性材 料 镉 6 8 柔性材料P V C 通 7 6 柔性填料 橡胶 铜 1 2 o 柔性 材料P V C 铜 8 6 柔性材 料 铜 1 7 8 粉煤灰p v c 铜 7 8 6 黍性 材料 铜 张开 切向 2 5 2 7 3 11 2 7 6 3 l O 4 l 2 8 2 2 l 3 5 l 2 3 2l l I 3 6 l 8 9 3 5 6 7 通过对上表中国内外各个典型堤坝建设项 目周边 缝 的设计及投人使用后渗水情况 的分析不难得 出， 绝 大部分工程周边缝的底部止水均是采用铜片进行 止 水 ， 上部的封堵多使用柔性材料 ， 而中部的止水则变化 多样， 有的采用 P V C 。有的使用橡胶止水带， 有的则 未设置中部止水带。而经 由对上表中渗漏量的分析可 知中部的橡胶止水效果不显 ， 而底部的铜 片止水则是 周边缝止水最重要的基础环节。同时 ， 表 中阿瓜密尔 巴与阿瓜密尔巴两个项 目所使用 的粉煤灰及其相关数 据说明 自由周边缝理念的切实可行性 。 3 工程实例探究 3 1工程概 况 仙 口水 电站位于江西省西南部 ， 罗霄山脉东麓 ， 属 于中型三等工程 ， 该水利工程由拦河坝 、 溢洪道 、 导流 兼放空隧洞 、 引水 系统及地面厂房等共 同构成。拦河 堤坝为混凝土面板堆石坝， 堤坝高 6 8 5 m， 坝顶长 1 6 6 m， 坝顶宽 8 0 m， 上下游坝坡均为 1 ：1 4， 底部最大 宽度为 2 0 0 m。电站坝址 以上控制流域面积 4 3 1 k m ， 水库正常蓄水位 3 0 5 m， 相应库容 1 9 4 9万 m。 ， 水库校 核洪水位 3 0 7 0 4 m， 水库死水位 2 9 0 m， 水库 总库容 2 1 3 5万 m 。 电站装机容量 3 6 MW， 年发电量 8 2 6 3万 k Wh。 3 2 周边缝结构设计 周边缝作为面板与底座问的柔性接缝， 其须确保 混凝土底座同变形坝体上的面板充分连接 ， 并使面板 留有较大的移动与转动余地 ， 从而使适应面板在水 的 荷载作用发生的变形。此外 ， 鉴于周边缝亦是堤坝发 生渗漏 的主要节点 ， 其还应有着较强的止水能力。 依据上文中的周边缝设计类型的研究 ， 从安全 、 简 便 、 实用、 经济的角度 出发 ， 对水库堤坝周边缝的结构 展开设计。由于该工程高度一般且水头不大 ， 加之考 虑设置中部橡胶止水带易因为两侧面板振捣不实而出 现翘曲或走位的现象 ， 影响堤坝的整体性与工程质量 。 所以， 堤坝采用 自由周边缝的设计形式 ， 在顶部与底部 设置两道止水 ， 顶部封堵使用无粘性的粉煤灰 ， 底部使 用铜片止水 ， 并在缝隙中添加侵泡过沥青的木条 ， 避免 面板出现变形时不至于使混凝土 出现破碎。结构 ， 见 图 3 图 3周边缝止水设计 3 3 止水材料的设计 ( 1 ) 底 部 止 水设 计。底 部采 用 铜 片止 水 ， 使 用 “ w” 型的退火铜卷材 ， 便于安装的同时利于堤坝两翼 混凝土的振实。铜片制成中部突起 1 2 mm的“ w” 型 ， 而为避免应水载荷过大破坏 中肋 ， 在其 中嵌 入 1 2 mm 的实心橡胶条 ， 并使用 1 6 m m3 2 m m的聚乙烯泡沫 进行充填 。同时 ， 鉴于铜片焊接质量的参差不齐 ， 使用 的接头处止水铜片需采用整体冲压成型的方法制造 ， 直线段则在施工现场由卷材直接制成且长度可随意控 制。铜止水片应当铺设在沥青砂的垫层上从而确保接 缝不会因为移动而损毁。 ( 2 )顶部封缝设计 。顶部封缝的设计鉴于凝聚I 生 材料的凝聚性 ， 对材质有着极高的要求 ， 同时 ， 材料成 本与施工的质量要求也相对较高 ， 是 以使用不具备粘 性的粉煤灰作为顶部的封缝材料。将煤灰覆盖在周边 缝上 ， 而煤灰则盛放在带孔的的钢罩中， 并在两者间铺 设一层土工织物。如此一来 ， 止水带被破坏后 ， 水的压 力经由钢罩孔将煤灰颗粒挤压到裂缝 中， 直至缝隙被 封死。其中， 土工织物铺设的 目的在于确保煤灰分留 存在钢罩内。 ( 编校： 杨亚军 ) 收稿 日期 ： 2 0 1 41 0 2 8 作者简介： 彭齐林( 1 9 7 4一) ， 工程师， 主要从事水利工程规 划设 计工作 。 量 一 m 舢 攀 一 一 一 ” 二 =I 一 一 陷 El ， ： ： 沉 1 ： ： 锕 一 通 铜 铜 铜 铜 一 K 一 撇 _J 撇 m 呲 一 瓤 一 怒 缎 墨