某水库面板堆石坝的防渗结构设计

2014-01-21熊益友

黑龙江水利科技 2014年7期

关键词：防浪趾板铜片

熊益友

(贵州省毕节市勘测设计研究院，贵州毕节551700)

某水库面板堆石坝的防渗结构设计

熊益友

(贵州省毕节市勘测设计研究院，贵州毕节551700)

某水库枢纽由混凝土面板堆石坝、左岸开敞式溢洪道、左岸导流兼放空隧洞、右岸取水口及引水隧洞组成;大坝为混凝土面板堆石坝，最大坝高67.1 m，坝顶高程1 448.10 m，坝顶宽7 m，坝顶长165 m，最大坝底宽195.8 m。坝顶上游侧设钢筋混凝土防浪墙，墙顶高程1 449.30 m，坝底高程1 381.0 m。大坝上、下游坝坡1∶1.4，下游面为大块石护坡，下游1 418.10 m高程设置马道，宽度3 m。随着水库的使用年限增加，水库漏渗破坏现象会较严重，因此水库面板堆石坝的防渗结构设计必须引起足够的重视。

水库;坝体;防渗;结构;设计

1 工程概况

该水库堆石坝混凝土面板厚度为0.5 m的等厚面板，面板上游依次为盖重区(顶部高程1 408.0 m，水平宽度1.5 m)，铺盖区(顶部高程1 408.0 m，上层粉细砂水平宽度1.0 m，下层粉煤灰水平宽度0.5 m);面板下游依次为垫层区(水平宽度3.5 m)、过渡区(水平宽度4 m)、主堆石区、下游次堆石区及下游护坡。面板共分20块，靠近河床部位宽度为12 m，两岸坡为6 m。面板间设垂直缝，缝内设止水。混凝土趾板布置于弱风化岩体的上部，左、右岸1 422.0 m高程以上由于强风化层较深，1 422.0 m高程以上水压力较小，趾板置于强风化岩体的下部。趾板厚0.5 m，宽度为4 m，其后增加防渗板(喷C25混凝土)，趾板在变坡位置设一条伸缩缝，其余部位每隔10 m设一条伸缩缝。为了提高趾板基础的整体性，对趾板基础需要进行固结灌浆处理，并布置排距2 m、孔距1.5 m的锚杆与基岩连接。为达到防渗的要求，趾板上布置帷幕线与坝肩帷幕相接，形成封闭的防渗体系。趾板以上的边坡按永久边坡进行喷锚支护。

2 钢筋混凝土防渗面板

面板堆石坝上游迎水面设置钢筋混凝土面板，它是坝体的主要防渗结构，并将上游水压力传给堆石体。由于堆石体在水压力作用下的变形会导致面板挠曲变形，因此面板混凝土不仅要求有足够的抗渗性能，还应有足够的柔性，以适应坝体的变形，同时还应有足够的强度及耐久性，以承受一定的不均匀变形，防止面板开裂和提高抗风化、抗冻能力。

根据上述原则拟定面板混凝土强度等级为C25，抗渗标号 W8，抗冻标号 F50，掺入聚丙烯纤维0.9 kg/m3。面板厚度计算公式为:

式中:t为面板厚度，m;H为计算断面至面板顶部的垂直距离，Hmax=64.7 m。计算出 tmax=0.43～0.53 m，因本工程坝高＜70 m，根据规范可采用等厚面板，取厚度为0.5 m。

面板内布置单层双向钢筋，以承受混凝土温度应力和干缩应力，纵、横向钢筋配筋率均为0.4%，在面板拉应力区或岸边周边缝及附近可适当配置增强钢筋。面板混凝土采用滑模浇筑，为适应坝体变形，对面板进行分缝，缝间距12 m，在两岸坡附近，根据岸坡情况，适当缩小缝间距，缝间距6 m。面板与趾板结合处设周边缝，与防浪墙结合部位设置相应的接缝。面板分块情况见表1。

表1 面板分块统计表

3 混凝土趾板

趾板是布置在面板周边、座落在河床及两岸基岩的混凝土结构，是面板的底座，也是防渗帷幕灌浆的压重板，与面板共同形成坝基以上的防渗体。考虑到本工程坝高＜70 m，且弱风化线较深，故将趾板置于弱风化上部，根据规范，“地基允许水力梯度为5～10，且趾板最小宽度≥3 m”，本工程趾板承受的最大水头为66.94 m，趾板宽度按最大承受1/10倍水头计算得宽度为6.7 m。将趾板宽度设计为4 m，采用趾板面等高线垂直于“X”线形式，即平趾板方案，按4+X布置，即直板段宽4 m，厚0.5 m，翘头段斜长1.5 m(即滑模止息长度)，厚度要求在面板下部的最小厚度≥0.9 m，其后增加防渗板(喷C25混凝土)。趾板每隔10 m设一条伸缩缝，并用Φ25锚筋插入岩石与基岩相连接，锚筋间距1.5 m，2排排距为2 m，长为4.5 m。为承受混凝土干缩和温度应力，趾板表面设一层双向钢筋，其纵、横向钢筋均按0.4%配筋设置。趾板混凝土要求与面板相同。

4 接缝止水

4.1 周边缝

周边缝是面板与趾板之间的接缝，是面板坝止水体系中最薄弱环节，是漏水的主要通道。本工程周边缝缝宽12 mm，缝内设置浸沥青松木板，上下设两道止水，上止水为接缝上部留“V”型槽，槽底部设φ12氯丁橡胶棒，槽内填塑性止水材料，外用8 mm厚增强型三元乙丙橡胶防渗盖片保护;下止水为接缝下部设“F”型止水铜片，铜片放在PVC垫片上，垫片厚6 mm，放在60 mm厚水泥砂浆垫上。

4.2 垂直缝

垂直缝为面板分块形成的竖向永久接缝，主要经受张开或压缩位移。本工程在面板设置压性垂直缝和张性垂直缝，垂直缝均采用硬平缝结构，压性垂直缝采用上下设两道止水，上止水为接缝上部留“V”型槽，槽底部设φ12氯丁橡胶棒，槽内填塑性止水材料，外用8 mm厚增强型三元乙丙橡胶防渗盖片保护;下止水为接缝下部设“F”型止水铜片，缝的一侧缝面涂沥青乳液防黏剂，止水铜片下设置PVC垫片并黏合在水泥砂浆垫座上，止水铜片两侧底角设置沥青止浆条。张性垂直缝采用下部设置一道止水，设置方式与压性缝相同。

4.3 趾板、防浪墙伸缩缝

缝间止水型式同垂直缝，但趾板伸缩缝止水片的一端要埋入基岩内，另一端与周边缝底铜止水片连接，以构成封闭的止水系统;防浪墙伸缩缝的止水片应与防浪墙底缝铜止水片连接，以形成封闭的止水系统。

4.4 防浪墙底缝

防浪墙底缝为防浪墙底部与面板顶部的接缝。该缝缝宽12 mm，缝内设置HX－1接缝材料，上下设两道止水，上止水为接缝上部留“V”型槽，槽底部设φ12氯丁橡胶棒，槽内填塑性止水材料，外用8 mm厚增强型三元乙丙橡胶防渗盖片保护;下止水为接缝下部设“W”型止水铜片，铜片放在PVC垫片上，垫片厚6 mm，放在60 mm厚水泥砂浆垫上［1］。

F型止水铜片的厚度为1 mm，延伸率要求≥20%。埋入趾板的宽度为200 mm，此段止水片的方向应有利于浇筑混凝土时排气;另一平段宽度为200 mm，埋入面板内的高度为70 mm，铜片鼻子的高度60 mm，宽度为12 mm，鼻子内顶部设Φ12氯丁橡胶棒，中间填塞聚氨酯泡沫，底部用胶带纸封闭。

W型止水铜片的厚度为1 mm，延伸率要求≥20%。两水平段宽度为200 mm，高度为60 mm，鼻子宽度为12 mm，鼻子内顶部设Φ12氯丁橡胶棒，中间填塞聚氨酯泡沫，底部用胶带纸封闭。

PVC止水带的拉伸强度＞14 MPa，伸长率＞300%，脆性温度低于－37.2℃，邵尔强度＞65°。柔性填料的性能应符合相关规范的要求。