分離式面板接縫止水系統結構研究

徐 鋒

（哈密市水利局，新疆 哈密 839000）

面板堆石壩已有超過100年的發展歷史，其防滲結構主要由混凝土面板、混凝土趾板和接縫止水等三部分構成。面板作為擋水的首道屏障，具有較為關鍵的作用，而面板接縫止水系統是面板壩結構中較為重要的組成部分，也是大壩表面防滲系統的主要結構。

混凝土面板堆石壩的原型觀測和應力應變分析表明：90%的面板應變是由堆石壩體所引起，面板分縫的最終目的就是為了有效適應壩體的變形，從而防止面板發生斷裂，保證面板防滲功能的發揮。面板與接縫止水系統是大壩的主體防滲線，要求其工作必須可靠。通常將面板壩中的接縫劃分為板間縫與周邊縫兩大類，而板間縫則又可分為垂直縫和水平縫。

1 面板的周邊縫止水

周邊縫位于面板與趾板兩種變形性質相差懸殊的分界面上，趾板固定在變形甚小的基巖上，面板則隨著堆石體發生位移，導致周邊縫位移最大，兩側變形不協調，工作條件最差，是面板壩的整體防滲體系中最為薄弱的環節，可能發生滲漏的主要部位。

現代面板壩的重要標志之一就是采用多道止水系統。接縫三道止水的成功設置已成為面板壩的基本格式，但也存在一些不足之處。

首先，第一道塑性填料止水是依靠自身的不通水性，其最初設計理念是當水壓力作用使得周邊縫張開，塑性填料被壓到縫中，從而起到止水作用；由于大范圍的施工難以保證做到塑性填料止水實現全部嚴密封閉，只要存在一處漏點，就會引起水頭差的消失，導致塑限填料止水不能實現理論設想順利擠入張開的縫中。這已被試驗所證實，這道止水是不可靠的。

其次，第二道PVC 橡膠止水帶施工架立定位困難，同時因混凝土泌水，在止水帶翼緣下形成水包，影響與混凝土緊密結合，形成漏水通道。

再次，第三道底部金屬銅止水易受到保護不到位而被損壞的可能，又存在由于止水安裝而形成的焊縫太多而影響施工質量的客觀因素。

以上止水存在的問題均在以后的面板壩建設中予以改進，一些高混凝土面板堆石壩又采用了一些新的設計思路，旨在簡化接縫止水系統優化其設計結構，提高它的綜合止水效能，如取消中部的PVC 橡膠止水帶，其本質是將原本布置在面板中部的止水帶移至面板的表層，便于施工，提升止水質量。

一些工程僅設置底部止水和中部止水兩道止水，而沒有采用常用于高壩中的頂部止水。如80 m 高的澳大利亞紅樹溪壩和布恩杜馬壩。

一些工程設置了具有自愈性的止水結構，即在接縫頂部止水表面設置散粉狀的物質，目的是在發生滲流的情況下，能夠將其帶入滲流通道從而實現堵塞滲流，達到自愈作用。如天生橋一級的自愈性周邊縫止水結構，見圖1。

圖1 天生橋一級周邊縫自愈性止水結構

2 面板的垂直縫止水

為了方便面板滑模施工的要求，面板需用垂直縫劃分成條塊，而垂直縫又根據受力情況區分為壓性和張性。我國面板壩工程對垂直縫止水結構的布置有如下的經驗：①壩高50 m 以下的壓性垂直縫只需采用一道銅止水；②壩高50 m 以上的壓性垂直縫除設置底部金屬銅止水外，也可在縫頂設置第二道表層止水；③壩高50 m 以下的張性垂直縫可只采用一道銅止水；④壩高50 m 以上的張性垂直縫除設置底部金屬銅止水外，應在縫頂設置第二道表層止水。

底部銅止水一般為“W”型，這種止水依靠兩條埋入面板混凝土中的支腿進行防滲，支腿排氣、排水通暢，可以保證與混凝土結合緊密，這是“W”型止水的最大優點，已被幾乎所有面板壩工程所接受。設置兩道止水的張性垂直縫見圖2。

圖2 設置兩道止水的張性垂直縫

傳統的面板壩的變形伸縮縫由于頂部為布置彈塑性止水的“V”槽，和底部安裝的銅止水的銅鼻子，均導致面板厚度被侵占而削弱，使其承受擠壓應力的面積減小，提高了擠壓應力的水平，容易使面板受到擠壓破壞。肯柏諾沃壩的垂直縫為硬平縫，由于砂漿條、底部銅止水及頂部V 型槽的存在，垂直縫處的面板厚度被削弱達13 cm，而面板的頂部厚度最小僅為30 cm，高程611 m 處厚度約42 cm，平均厚度大約36 cm，面板削弱所造成受荷面積減少了36%，使應力集中系數達1.67，最終導致面板擠壓破壞。這一教訓應引起足夠重視。

3 面板接縫的變形和受力狀態

面板周邊縫受力后將發生張開、下沉和剪切的位移，在鄰近兩側壩肩的幾塊板件需設置張性垂直縫，其它部分則設置壓性垂直縫。由于采用了硬平縫結構，面板垂直縫只能產生張開的一維位移。

大量工程原型監測和理論分析表明：由于墊層對面板的均勻支撐，垂直縫不可能發生相對下沉位移和剪切位移；垂直縫的80%長度是處于受壓狀態，這將有利于接縫采用簡單的止水結構防滲可靠性。靠近岸邊的幾條張性垂直縫由于壓性區域面板壓縮變形的累計，可能產生張開變形，但總的開度不大。由于張開度較大的部位多位于面板的上部，容易進行維修處置。

國內外混凝土面板堆石壩的工程設計和實際運行經驗：不同壩高的的壓性垂直縫都應采用硬平縫結構，這些縫中都只需設置一道底部金屬止水，縫面需涂刷防粘劑；對于中低壩的張性垂直縫，也可只采用一道底部金屬止水，而對于高壩的張性垂直縫則多采用底部的銅止水和縫口的兩道止水。這里不難看出銅止水是基本止水，它是接縫防滲的基本結構，一般情況下設置單道止水也是可行的，如卡賓溪就是設置單道止水的分離式面板壩。

分離式面板設置了數量眾多的水平縫，由于面板各板塊在現行的壩坡條件下，在自重和水荷載的作用下是穩定的，不會出現板塊下滑的可能，大量的水平縫主要產生壓縮變形的趨勢，只有在靠近壩頂部有限范圍內的水平伸縮縫，特別是防浪墻與面板間的接縫有發生拉伸位移的可能。

4 分離式面板接縫止水系統結構

在面板壩接縫止水系統的設計中，在預估位移的基礎上要滿足在最大變形發生的情況下也能夠具備一定的止水性能。

由于傳統的面板壩接縫多層止水結構之間互相依賴，但其整體的防滲效果其實并不高于其中某道單一止水，而且隨著壩體的加高，并不能夠完全適應變形要求。但新型的表層止水系統的提出，為面板接縫止水提供了新的方向，也為分離式面板接縫止水提供了全新的嘗試。

分離式防滲面板的板間縫和周邊縫的止水系統設計，在接縫的迎水表面設置企口槽，企口槽口寬取8 cm～10 cm，底寬則取6 cm～8 cm，槽深多為8 cm，體形為倒梯形。企口槽可在模板上邊緣設置木條澆筑而成，也可用切石機切割成槽。槽內嵌入彈塑性縫密封膏止水。

在面板接縫的底部和壩面墊層表面，沿接縫方向順直鋪設60 cm 寬的無紡布，它的作用主要是對防滲土料進行反濾，表面止水如果突然失效，可將拋土淤填到接縫中，以期減小水量滲漏。由于無紡布施工簡單方便，建設成本相對較低，又能滿足防滲要求，具有很好的推廣意義。

為提升分離式素混凝土防滲面板的整體性，在水平接縫內布設鋼筋進行連接，從而將沿壩面上下的兩塊分離式面板連接起來，一般采用Φ14 鋼筋，其總長度為160 cm，分別插入相鄰的兩塊面板內80 cm。連接鋼筋間距一般取為100 cm。

圖3 面板垂直接縫止水系統結構圖

圖4 面板水平接縫止水系統結構圖

5 結語

（1）分離式面板各板塊在現行的壩坡條件下，在自重和水荷載的作用下是穩定的，水平縫主要會產生壓縮變形的趨勢，只有防浪墻與面板間的接縫有發生拉伸位移的可能。

（2）分離式防滲面板將傳統的止水結構優化，取消金屬止水及PVC 橡膠止水帶，將多重止水結構簡化為接縫表面單道彈性聚氨酯材料止水。

（3）分離式面板接縫止水的優化不僅方便了混凝土結構的施工也簡化了止水施工，提高了面板適應壩體變形的能力，壞了也易于維修，節省了工程投資。