柏叶口水库面板堆石坝接缝表层止水设计

闫国保

（山西省水利水电勘测设计研究院 太原 030024）

1 柏叶口水库面板堆石坝接缝止水性能要求

柏叶口水库大坝为混凝土面板堆石坝，最大坝高88.3 m，坝顶长310 m。面板堆石坝是一种以堆石坝体为支承结构、并在其上游表面设置薄层混凝土面板为防渗结构的坝型。全坝划分为25块面板，单块板宽12 m。水库运行期，堆石坝体受自重和水荷载的作用，会产生压缩沉降和位移变形，为适应坝体的变形，混凝土面板设置了许多结构缝，包括周边缝、垂直缝及防浪墙底水平缝等。由于面板坝靠薄层混凝土面板作为主要防渗体，因此其接缝的止水就显得尤为重要，如果这些接缝发生大量渗漏，将对工程的安全性和经济性产生严重影响。因此，面板堆石坝对混凝土接缝的止水结构有特殊的性能要求：

（1）缝变形适应性。要求接缝止水结构能够适应由水荷载及堆石坝体变形和气温变化而引起的混凝土接缝厘米级的变形量，包括坝址遭遇地震而引发的冲击变形。

（2）防渗可靠性。在混凝土接缝变形的任何阶段，包括水位变动和在坝址遭遇地震时，都能实现混凝土接缝与混凝土面板一致的防渗作用，同时止水结构要具有可检查、可维护性能。

（3）可施工性。止水结构应该便于施工，不影响面板混凝土的施工工序和浇筑质量。

（4）低成本。止水结构综合成本要求最低。止水结构综合成本包括材料成本、施工成本和运行维护成本。

面板接缝中周边缝是面板坝止水体系中最薄弱的环节，是可能漏水的主要通道。由于它位于面板与趾板两种刚度差异较大的分界面上，工作条件最差，其变形的大小与堆石体的变形量和承受的水压力有关，而且当水库蓄水后，周边缝将产生复杂的三维位移变形。因此周边缝止水是面板坝防渗的关键技术难题。为确保柏叶口水库大坝的安全性和经济性，其面板周边缝止水型式和止水材料的设计是工程建设的关键技术问题之一。

图1 周边缝止水结构图

2 柏叶口水库面板坝接缝表层止水结构设计和止水原理

2.1 周边缝表层止水结构设计和止水原理

如图1所示，柏叶口水库面板坝周边缝止水结构的层次为：砂浆垫层、PVC垫片、F型止水铜片（含氯丁橡胶棒等）、

混凝土接缝、SR防渗体系（实心橡胶棒、SR-2型塑性止水材料（以下简称SR填料）和三元乙丙橡胶增强型SR防渗保护盖片、HK弹性封边剂）。表层SR防渗体系止水原理：水库蓄水时水压力逐渐增大，在水压力的作用下，周边缝随堆石坝体变形而发生张开、剪切和沉降变形，当接缝张开变形时，SR填料在水压力作用下开始向缝腔内流动，自动淤填因接缝张开变形而产生的空腔；当水头较低、三位变形较小、铜止水未发生变形破坏时，SR填料淤填到铜片鼻子处停止流动，与铜止水一起承受水压力；当水头较高、三位变形较大、铜止水发生变形破坏（主要是铜片拐角等局部应力集中处）时，SR填料将向缺陷处富集，封闭其缺陷，同时从缺陷处流出的SR材料对铜止水后的垫层缝隙进行填充，最终压入并滞留在小区垫层料表面，与垫层料一起承受水压力，起密封防渗作用。缝口的实心橡胶棒在水压力作用下压入缝槽中，对SR填料起到了支撑和限流作用，和缝面的SR填料、SR防渗盖片一起，形成有效的封缝防渗体系。

2.2 垂直张性缝表层止水结构设计和止水原理

图2 垂直张性缝止水结构图

如图2所示，张性垂直缝在水库运行时因堆石坝体变形而发生张开和沉陷变形，其表层止水结构设计和周边缝相似，因垂直缝变形量比周边缝小，设计预留的SR填料鼓包截面积也较小，其封缝止水原理和周边缝相同。

2.3 垂直压性缝表层止水结构设计和止水原理

图3 垂直压性缝止水结构图

如图3所示，压性垂直缝表层止水结构设计和张性垂直缝的不同之处，除了和周边缝连接的20 m接缝上仍采用垂直张性缝的止水设计外，在其他部位，取消了表层粉煤灰辅助防渗系统，保留表层SR封缝防渗体系，这样，不但简化了止水结构的设计，而且保证了SR防渗体系的封闭完整性，将所有面板坝接缝的表层SR防渗体系连成一个整体，从而极大地提高SR防渗体系的整体防渗效果。压性垂直缝在水库运行时呈压紧状态，没有周边缝、张性垂直缝变形复杂，因此只要设置SR填料表面填平封闭防渗即可，压性垂直缝表层SR封缝防渗体系止水原理和周边缝相同。

2.4 防浪墙缝表层止水结构设计和止水原理

图4 防浪墙接缝止水图

如图4所示，防浪墙缝表层止水结构设计和张性垂直缝表层止水结构设计相似，由于预计变形量较大，所以预留的SR填料鼓包截面积也较大，其止水原理和周边缝相同。

2.5 表层SR防渗盖片周边缝和垂直缝连接设计和原理

图5 周边缝和垂直缝止水连接示意图

如图5所示，为了SR防渗体系的可靠性，在周边缝和垂直缝连接段，采用整体成型的SR防渗盖片T型和L型接头，由此解决原来周边缝和垂直缝连接段SR防渗盖片现场连接强度不足，存在渗漏缺陷的问题，另外T型SR防渗盖片整体接头可以和其它SR防渗盖片在现场采用热硫化连接工艺连接成整体，更能适应周边缝和垂直缝连接处复杂的张开、沉降、剪切三维大变形，保证了SR防渗盖片的整体防渗效果。

3 总结

面板堆石坝因其施工简单，坝型稳定且经济安全，近年来被广为采用。其中止水是面板堆石坝工程中的关键问题之一，随着国内面板坝工程的不断建设，新型表层止水技术更广泛的被采用。柏叶口水库工程在进行接缝止水设计时，采用了目前国内止水技术水平领先的SR防渗体系，其施工工艺和施工方法相对简单且止水效果好，确保了大坝防渗体系的安全可靠。