斜卡深厚覆盖层面板堆石坝接缝止水设计

2017-01-09陈玉妍

四川水利 2016年2期

关键词：趾板覆盖层基岩

周涛，柴瑞，陈玉妍

(四川省清源工程咨询有限公司，成都，610072)

斜卡深厚覆盖层面板堆石坝接缝止水设计

周涛，柴瑞，陈玉妍

(四川省清源工程咨询有限公司，成都，610072)

分析斜卡电站深厚覆盖层面板堆石坝接缝止水特点，结合计算分析和类似工程经验，确定了大坝接缝和止水结构型式，并对细部结构进了优化，最大程度地采用了先进的科研成果，确保了大坝防渗体系的可靠性。

深厚覆盖层面板堆石坝接缝止水斜卡水电站

1 工程概况

斜卡水电站位于四川省甘孜州九龙县境内的踏卡河,是踏卡河一库两级规划开发方案中的龙头水库电站,装机容量135MW，正常库容8455万m3，是一座以发电为主中等枢纽工程。电站采用混合式开发，坝址位于大桥沟上游约900m，混凝土面板堆石坝坝顶高程3168.00m，坝顶长550m，坝高106m，河床段趾板置于覆盖层上，采用连接板与防渗墙相连。挖除表层粉土质砂后，覆盖层厚度较大，最大厚度达79m。

2 深厚覆盖层面板坝接缝变形特点

面板坝河床覆盖层防渗体系，由混凝土面板、趾板、连接板、混凝土防渗墙以及防渗帷幕组成。与趾板建在基岩上的面板坝比较，面板和趾板的分缝在岸边坝段相同，设计也基本相同；河床坝段的面板垂直缝、防浪墙体缝和防浪墙底缝，其性质和趾板建在基岩上的面板坝也是基本相同。趾板建在覆盖层上的面板坝不同之处在于：永久缝除上述分缝外，还增加了连接板与趾板、连接板与混凝土防渗墙和连接板之间的纵向伸缩缝(与坝轴线平行的缝)，以及趾板、连接板横向伸缩缝(与坝轴线垂直的缝)。斜卡水电站面板坝不同工况、不同部位分缝最大变形计算成果见表1。

表1 三维静力有限元计算分缝变形成果

通过计算成果以及工程类比可知，趾板直接建在深厚覆盖层上的面板坝，周边缝，连接板与趾板、连接板与混凝土防渗墙和连接板之间的分缝，以及趾板、连接板横向伸缩缝均有其特殊性。

在垂直坝轴线方向，竣工期在坝体自重作用下，上、下游堆石料及覆盖层被压缩并向上、下游向的挤压，使混凝土防渗墙、连接板和趾板发生沉陷并向上、下游位移，因混凝土防渗墙置于基岩上，刚度大沉陷小，因此趾板的沉陷从连接板上游端到趾板下游端逐渐加大。运行期在库水压力作用下，混凝土防渗墙、坝体和覆盖层被进一步压缩并向下游方向挤压，使混凝土防渗墙、连接板和趾板发生沉陷并向下游位移。同样，混凝土防渗墙因刚度大沉陷很小，从而使连接板与防渗墙间产生较大的沉陷差，这正是建在深厚覆盖层上斜卡面板坝分缝止水的关键部位。

河床坝段的周边缝与趾板建在基岩上的面板坝周边缝相比较，后者因为趾板坐落在基岩上，位移量很小，周边缝的变形主要是在水压力作用下面板向坝内的压缩变形，一般量值较大；前者趾板坐落在覆盖层上，在外荷载作用下趾(连接)板将与面板发生协同变形，因此，周边缝的变形一般比趾板坐落在基岩上小，一般处于压紧状态。岸坡坝段趾板即使建于基岩上，但往往会受河床段坝体基础沉降所产生的拉拽作用，因此，周边缝产生沿坝轴线方向的错动量一般比趾板建在基岩上的面板坝大。

在平行坝轴线方向，由于河床覆盖层下基岩面呈“V”型谷，覆盖层厚度不均匀及组成物质不同，无论竣工期坝体在自重作用下或运行期在库水压力作用下，趾板和连接板下的覆盖层必将产生不均匀变形。为适应该变形，趾板和连接板必须设置横向沉降缝。

鉴于覆盖层上面板坝河床坝段的周边缝，连接板与趾板、连接板与混凝土防渗墙和连接板之间的分缝，以及趾板、连接板横向伸缩缝变形的特殊性和重要性，为此深入研究其变形情况作好止水设计，是十分必要的。

3 类似工程经验

深厚覆盖层上面板坝除周边缝外，河床段连接板与防渗墙接缝、趾(连接)板本身的接缝，均是止水体系中的薄弱环节。从收录国内外部分100m以上已建、在建面板堆石坝周边缝止水结构形式可知：

(1)除年代稍早的面板坝不设置顶部止水外，其余均设置有顶部止水，以避免中部或底部止水失效，并且越来越重视顶部止水材料的结构与止水作用；

(2)国内顶部止水主要是两个系列，即GB系列填料和SR系列填料。近代修建的高面板坝顶部止水结构中，均设置有橡胶棒嵌缝；

(3)绝大多数高面板坝周边缝底部均采用铜片止水，约占88%；

(4)绝大多数高面板坝周边缝底部都采用沥青砂浆垫层，约占70%。其余采用水泥砂浆或其它垫层；

(5)近年为避免混凝土浇筑时的干扰，部分面板坝取消了周边缝中部止水。

斜卡面板坝坝高110m，三维静力计算分析周边缝最大张开为8.5mm，最大沉陷为19.0mm，最大错动为8.8mm；面板垂直缝最大张开量为5.6mm。防渗墙与连接板及连接板与趾板间的接缝，在蓄水期均处于压紧状态。防渗墙与连接板接缝相对沉陷较大，最大相对沉陷为28.8mm，与类似覆盖层面板坝工程接缝变形对比见表2。

表2 蓄水期接缝变形三维应力应变计算结果对比

通过对比可知，那兰覆盖层厚度不大，接缝变形相对较小，该工程于2006年6月1日，最后一台机组投入商业运营，大坝运行状态良好；察汗乌苏面板坝，连接板与趾板接缝之间错动达59.5mm，工程于2007年10月31日下闸蓄水，大坝运行状态良好；九甸峡面板坝周边缝接缝变形最大达61mm，工程于2008年12月23日最后一台机组顺利投产发电，并经历了“5·12”汶川大地震的考验。以上工程均成功地解决了接缝止水问题。

国内经长期科技攻关，目前接缝止水成果有，洪家渡面板坝采用表层柔性止水结构，可满足1.8MPa水压力作用以及张开52mm、沉陷52mm、剪切32mm的接缝位移；巴西亚巴贡高面板坝周边缝采用SR、GB防渗体系止水结构，可满足稳定水压≥2.5MPa，周边缝张开100mm，剪切变形50mm，沉降变形50mm的接缝位移；表层柔性填料止水结构可以满足水布亚水压力为2.5MPa，接缝位移为沉陷100mm、张开50mm、剪切50mm的接缝变形。通过长期模型试验及工程实践可知，这类新型的表面止水措施可以承受约3.0MPa的水压力。

斜卡坝基覆盖层在已掌握的100级类似工程中相对最厚，但作为持力层的覆盖层级配良好，结构较密实，属中等～较高的剪切强度，低压缩性的土体，计算得各接缝变形规律与类似工程基本一致，其量值和承受的水压均在现有止水材料允许范围内。

4 接缝止水设计

4.1 河床覆盖层段趾板、连接板、防渗墙接缝

该区域的接缝为覆盖层面板堆石坝接缝止水的关键部位，其中连接板与防渗墙的接缝变形量最大。为适应不均匀变形，上述接缝均设置为柔性变形缝，趾板、连接板沿坝轴线方向每12m设置一条伸缩缝。伸缩缝与面板垂直缝错开，分缝宽度20mm，缝内填塞沥青木板并设两道止水，从上至下依次为：缝顶外设有防渗盖片保护的SR柔性填料止水、缝底部设厚1mm的铜止水；连接板与防渗墙接缝在上述基础上，增设一道中部φ60mm钢边中空橡胶管止水带，一共三道止水。

4.2 周边缝、岸坡段趾板缝

结合本工程特点，河床与岸坡坝段周边缝结构形式相同，分缝宽度20mm(那兰12mm、九甸峡20mm、察汗乌苏12mm)，缝内填塞沥青木板。因面板底部厚度不大，设置中部止水可能会带来施工干扰，且库水压作用下的河床部位周边缝变位较小，因此只设置两道止水，从上至下依次为：缝顶设有渗盖片保护的SR柔性填料止水，底部设铜止水。

两岸趾板基岩建基，沿基准线方向每30m左右、转角处和地形地质条件变化较大位置，设置一条伸缩缝。伸缩缝与面板垂直缝错开，缝间中上部设置一道铜止水，止水一端与周边缝止水相接，一端埋入基岩止水坑内，缝间涂刷3mm厚沥青乳胶。

4.3 面板垂直缝

面板不设永久水平缝，只设垂直缝。垂直缝分张性缝和压性缝，张性缝分布于两岸，沿坝轴线方向每12m设置一条，缝宽3mm，缝面涂刷沥青乳胶；压性缝位于河床中部，沿坝轴线方向每15m设置一条，分缝宽度12mm，缝内填塞沥青木板。从工程安全出发，面板垂直缝间均设置两道止水，从上至下依次为：缝顶SR柔性填料止水，底部铜止水。压性缝表面止水尺寸小于张性缝。

4.4 防浪墙水平缝及结构缝

防浪墙与面板之间的水平缝，分缝宽度12mm，缝间设置两道止水，从上至下依次为：缝顶SR柔性填料止水，底部铜止水。防浪墙结构缝，缝距12m，分缝宽度12mm，缝间靠迎水面设置一道厚铜止水，底部与其水平缝止水相接。

4.5 施工缝

钢筋穿过施工缝，缝面凿毛处理，连续浇筑。对于岸坡段趾板若出现裂缝，则按永久缝处理。

4.6 抗冰冻措施

斜卡面板坝地处海拔高程3000m以上，冬季气候寒冷，昼夜温差大。为防止表面止水锚固系统冻融破坏，将水位消落范围的止水锚固方式调整为沉头式结构，采用化学锚固M10不锈钢螺栓，螺帽由柔性封边剂保护，与面板混凝土表面齐平。