老撾南湃水電站面板堆石壩分縫及止水設計

馬 杰

（中國水電顧問集團西北勘測設計研究院 陜西 西安 710065）

1 工程概況

老撾南湃水電站位于老撾萬象省北部Phoun區，電站為高水頭、長引水式電站，以發電為主。樞紐主要由混凝土面板堆石壩、利用右岸天然埡口而設的開敞式溢洪洞、岸塔式電站進水口、6.74km長的引水隧洞、長約1.5km的壓力鋼管、地面廠房和地面開關站等建筑物組成。水庫正常蓄水位1140.00m，總庫容2.059億m3，電站額定水頭700m，引用流量14.45m3/s，總裝機容量86MW。

工程為Ⅱ等大（2）型工程，混凝土面板堆石壩為2級水工建筑物，引水發電系統為3級水工建筑物。面板堆石壩最大壩高96.00m，壩頂長226m，壩頂寬8m。壩頂上游設5.00m高的“L”形防浪墻。上游壩坡為1∶1.4，上游壩面1100.00m高程以下設3m寬的粉土鋪蓋和石渣蓋重，下游壩坡綜合坡比為1∶1.83。

2 大壩分縫設計

本工程分別設有面板與面板間的垂直縫，面板與趾板間的周邊縫，趾板與趾板間的施工縫，面板與防浪墻間的水平縫和防浪墻間的伸縮縫等，現分述如下。

2.1 面板分縫設計

混凝土面板是堆石壩防滲主體結構，設置在大壩上游面，從整體看具有一定的柔性，而局部上則剛度較大，難以適應集中變形。研究表明，在水壓力作用下，大部分面板處于雙向受壓狀態，對于高深狹窄河谷，在岸坡周邊縫和面板頂部附近的區域內出現拉應力。面板分縫的目的就是為了適應壩體的變形，避免面板開裂，保證大壩的防滲性。

面板分縫主要包括垂直縫和施工縫。

垂直縫是為了適應面板變形和便于滑模施工而設置的順面板坡度方向的接縫。垂直縫設置的目的在于改善面板受力狀況，減小甚至消除面板中應力集中的可能，以防止面板混凝土出現過大的應變而發生開裂或破壞。

根據大壩三維有限元應力應變計算結果，參照已建工程經驗并考慮施工條件的限制，本工程混凝土面板共設置21條垂直縫。其中，大壩中部河床部位的第8～15塊面板間的7條垂直縫按壓性縫設計，左、右岸壩肩各7條垂直縫按張性縫設計，整個面板由22塊板塊組成，具體布置見圖1。垂直縫間距在河床部位（受壓區）采用12m；左岸壩肩壩段（受拉區）按12m分縫；考慮到右岸岸坡壩段（受拉區）地形凸向河道，除與趾墻相鄰的一塊面板按9.1m分縫外，其余均按6m分縫。垂直縫從壩頂防浪墻前趾沿壩坡面一直延伸到壩腳，方向與壩軸線垂直，在距周邊縫法線方向1.0m范圍內隨面板垂直于周邊縫布置成折線形，以減少面板在壩體沉降時因水平拉應變而產生裂縫。垂直縫縫寬均為12mm，縫頂設100mm深的“V”形槽。

本工程混凝土面板不考慮分期澆筑，因而不另行設置面板水平施工縫。

2.2 周邊縫設計

周邊縫位于面板、趾板兩種變形性質相差較大的結構分界面上，其變形是三維的，一般與面板正交的法向變位最大，順坡向沿周邊縫下滑的切向變位由于受到面板的整體約束而小于前者。周邊縫工作條件最差，是面板壩防滲體系中最薄弱的環節，也是可能漏水的主要部位。已建工程運行情況表明，周邊縫止水破壞是面板壩漏水的主要原因。

本工程面板與趾板、趾墻之間設一道周邊縫，縫寬12mm，縫頂設100mm深的“V”形槽。

2.3 防浪墻和趾板分縫設計

“L”形防浪墻上游趾板與面板頂端之間設一道水平縫，縫寬12mm，縫頂設100mm深的“V”形槽。為使防浪墻伸縮縫分縫位置及縫寬與面板垂直縫相協調，防浪墻沿壩軸線方向每隔12m設一條伸縮縫，縫寬與面板垂直縫相同，為12mm。

圖1 大壩止水平面布置圖（單位：m）

趾板的重要作用是將砼面板與壩基灌漿帷幕連接成完整的防滲系統。

趾板分縫包括施工縫和收縮縫兩種。在斷層破碎帶或全風化巖石等巖性變化大及地形突變的地方，趾板需要設置收縮縫。趾板設置施工縫目的則是為了方便施工并避免可能產生的橫向裂縫。

考慮到趾板沿“X”線方向采取不設收縮縫的布置方式可以取消永久縫中的止水與周邊縫止水連接的施工工序，本工程趾板不設收縮縫，僅設29條施工縫將趾板分成30個澆筑塊。施工縫間距9.22m～14.85m不等，縫寬12mm。趾板分縫結合面板分縫布置，考慮到面板周邊縫止水的施工工序，河床部位與面板分縫“丁”字型錯開，兩岸趾板分縫與面板分縫錯開布置。

3 大壩止水設計

大壩止水設計的原則是：能適應接縫處的位移和滿足防滲要求，有利于施工及保證質量，各道止水間應形成統一的防滲系統。

本工程根據壩址區氣候特點、壩體變形及規范規定，并類比已建同類工程，確定面板堆石壩接縫止水采用SR塑性填料加GB復合紫銅片止水帶的組合形式。

3.1 周邊縫止水設計

由于大壩蓄水后周邊縫附近區域基本屬于拉應力區，通常其止水按照張性縫設計，以適應預期變位從而防止混凝土擠壓破壞或止水撕裂。此外，為適應兩岸周邊縫變形特點和要求，周邊縫通常采取止水與自愈措施相結合的結構型式。

本工程周邊縫頂部設SR塑性填料，其作用是在水壓力作用下流入接縫，發揮止水作用。塑性填料鼓包表面覆蓋粘貼6mm厚三元乙丙橡膠防滲保護蓋片以提高塑性填料的流動止水性能并對塑性填料進行防老化保護。防滲保護蓋片通過7mm厚、50mm寬的PVC壓條和50mm×50mm×6mm規格的不銹鋼角鋼以及間距0.4m的不銹鋼膨脹螺栓固定于兩側的面板和趾板上，并用HK961封邊劑封邊。塑性填料鼓包底部設置φ50mm橡膠棒對止水帶進行支撐。橡膠棒的直徑足夠大以確保其在水壓力作用下不會被壓入張開的接縫。

周邊縫底部設GB復合“F”型銅止水與面板垂直縫底部“W”型銅止水相接。為適應較大剪切變形，銅止水鼻寬和鼻高分別為30mm和80mm，鼻內設φ30mm橡膠棒，并用聚氨脂泡沫塑料充填。趾板側銅止水凹根部設φ12mm橡膠棒，以防銅片在趾板中滑動時磨損。靠近面板一側銅止水底部設高200mm、頂寬200mm、坡比為1∶1的倒梯形M10水泥砂漿墊。為避免石塊刺破銅止水，砂漿墊頂部鋪設6mm厚橡膠墊片。

周邊縫內填塞12mm厚瀝青木板。

3.2 垂直縫止水設計

本工程壓性垂直縫頂部設SR塑性填料，填料鼓包表面覆蓋粘貼6mm厚三元乙丙橡膠防滲保護蓋片。防滲保護蓋片通過7mm厚、50mm寬的PVC壓條和50mm×50mm×6mm規格的不銹鋼角鋼以及間距0.4m的不銹鋼膨脹螺栓固定于兩側相鄰的面板上，并用HK961封邊劑封邊。塑性填料鼓包底部設置φ30mm橡膠棒。

縫底部設GB復合“W”型銅止水，止水鼻寬和鼻高分別為12mm和80mm，鼻內設φ12mm橡膠棒，并用聚氨脂泡沫塑料充填。銅止水底部設高100mm、頂寬700mm、坡比為1∶1的倒梯形M10水泥砂漿墊，砂漿墊頂部鋪設6mm厚橡膠墊片。縫內填塞12mm厚瀝青木板。

張性垂直縫止水結構與壓性垂直縫基本相同，唯一不同的是縫內不再填塞瀝青木板，僅在縫面涂刷3mm厚乳化瀝青。

3.3 防浪墻分縫止水設計

防浪墻與面板間的水平縫頂部止水結構與周邊縫頂部完全相同。水平縫底部設GB復合“E”型銅止水，止水鼻寬和鼻高分別為12mm和80mm，鼻內設φ12mm橡膠棒，并用聚氨脂泡沫塑料充填。銅止水底部設高100mm的M10水泥砂漿墊，砂漿墊頂部鋪設6mm厚橡膠墊片。縫內填塞12mm厚瀝青木板。

防浪墻伸縮縫在距上游面0.15m處設一道“D”型銅止水，止水鼻寬和鼻高分別為12mm和80mm，縫內填塞12mm厚瀝青木板。“D”型銅止水底部彎折120°后與防浪墻水平縫“E”型銅止水焊接。

3.4 趾板施工縫止水設計

趾板施工縫在距趾板頂面0.2m處設一道H2-861型橡膠止水帶，止水帶下游端向上彎折120°埋入周邊縫頂部SR塑性填料內，另一端在距趾板上游端0.3m處彎折90°埋入基巖內0.3m深的止水槽內，并用C25一級配微膨脹混凝土填實。在新混凝土澆筑前，施工縫縫面需鑿毛處理，以保證新老混凝土的可靠連接。

4 結語

與常規混凝土重力壩和拱壩相比，混凝土面板堆石壩不僅分縫設計的原則和方法不同，而且止水結構的組成和施工工藝也要復雜得多。面板堆石壩分縫的止水結構是防滲系統中的重要環節，因此必須通過詳細的壩體應力應變分析，同時參考類似工程經驗，確定大壩混凝土面板、趾板和防浪墻的分縫設計及其止水結構，以確保大壩防滲體系的安全可靠。陜西水利

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