老挝南湃水电站面板堆石坝分缝及止水设计

马 杰

（中国水电顾问集团西北勘测设计研究院 陕西 西安 710065）

1 工程概况

老挝南湃水电站位于老挝万象省北部Phoun区，电站为高水头、长引水式电站，以发电为主。枢纽主要由混凝土面板堆石坝、利用右岸天然垭口而设的开敞式溢洪洞、岸塔式电站进水口、6.74km长的引水隧洞、长约1.5km的压力钢管、地面厂房和地面开关站等建筑物组成。水库正常蓄水位1140.00m，总库容2.059亿m3，电站额定水头700m，引用流量14.45m3/s，总装机容量86MW。

工程为Ⅱ等大（2）型工程，混凝土面板堆石坝为2级水工建筑物，引水发电系统为3级水工建筑物。面板堆石坝最大坝高96.00m，坝顶长226m，坝顶宽8m。坝顶上游设5.00m高的“L”形防浪墙。上游坝坡为1∶1.4，上游坝面1100.00m高程以下设3m宽的粉土铺盖和石渣盖重，下游坝坡综合坡比为1∶1.83。

2 大坝分缝设计

本工程分别设有面板与面板间的垂直缝，面板与趾板间的周边缝，趾板与趾板间的施工缝，面板与防浪墙间的水平缝和防浪墙间的伸缩缝等，现分述如下。

2.1 面板分缝设计

混凝土面板是堆石坝防渗主体结构，设置在大坝上游面，从整体看具有一定的柔性，而局部上则刚度较大，难以适应集中变形。研究表明，在水压力作用下，大部分面板处于双向受压状态，对于高深狭窄河谷，在岸坡周边缝和面板顶部附近的区域内出现拉应力。面板分缝的目的就是为了适应坝体的变形，避免面板开裂，保证大坝的防渗性。

面板分缝主要包括垂直缝和施工缝。

垂直缝是为了适应面板变形和便于滑模施工而设置的顺面板坡度方向的接缝。垂直缝设置的目的在于改善面板受力状况，减小甚至消除面板中应力集中的可能，以防止面板混凝土出现过大的应变而发生开裂或破坏。

根据大坝三维有限元应力应变计算结果，参照已建工程经验并考虑施工条件的限制，本工程混凝土面板共设置21条垂直缝。其中，大坝中部河床部位的第8～15块面板间的7条垂直缝按压性缝设计，左、右岸坝肩各7条垂直缝按张性缝设计，整个面板由22块板块组成，具体布置见图1。垂直缝间距在河床部位（受压区）采用12m；左岸坝肩坝段（受拉区）按12m分缝；考虑到右岸岸坡坝段（受拉区）地形凸向河道，除与趾墙相邻的一块面板按9.1m分缝外，其余均按6m分缝。垂直缝从坝顶防浪墙前趾沿坝坡面一直延伸到坝脚，方向与坝轴线垂直，在距周边缝法线方向1.0m范围内随面板垂直于周边缝布置成折线形，以减少面板在坝体沉降时因水平拉应变而产生裂缝。垂直缝缝宽均为12mm，缝顶设100mm深的“V”形槽。

本工程混凝土面板不考虑分期浇筑，因而不另行设置面板水平施工缝。

2.2 周边缝设计

周边缝位于面板、趾板两种变形性质相差较大的结构分界面上，其变形是三维的，一般与面板正交的法向变位最大，顺坡向沿周边缝下滑的切向变位由于受到面板的整体约束而小于前者。周边缝工作条件最差，是面板坝防渗体系中最薄弱的环节，也是可能漏水的主要部位。已建工程运行情况表明，周边缝止水破坏是面板坝漏水的主要原因。

本工程面板与趾板、趾墙之间设一道周边缝，缝宽12mm，缝顶设100mm深的“V”形槽。

2.3 防浪墙和趾板分缝设计

“L”形防浪墙上游趾板与面板顶端之间设一道水平缝，缝宽12mm，缝顶设100mm深的“V”形槽。为使防浪墙伸缩缝分缝位置及缝宽与面板垂直缝相协调，防浪墙沿坝轴线方向每隔12m设一条伸缩缝，缝宽与面板垂直缝相同，为12mm。

图1 大坝止水平面布置图（单位：m）

趾板的重要作用是将砼面板与坝基灌浆帷幕连接成完整的防渗系统。

趾板分缝包括施工缝和收缩缝两种。在断层破碎带或全风化岩石等岩性变化大及地形突变的地方，趾板需要设置收缩缝。趾板设置施工缝目的则是为了方便施工并避免可能产生的横向裂缝。

考虑到趾板沿“X”线方向采取不设收缩缝的布置方式可以取消永久缝中的止水与周边缝止水连接的施工工序，本工程趾板不设收缩缝，仅设29条施工缝将趾板分成30个浇筑块。施工缝间距9.22m～14.85m不等，缝宽12mm。趾板分缝结合面板分缝布置，考虑到面板周边缝止水的施工工序，河床部位与面板分缝“丁”字型错开，两岸趾板分缝与面板分缝错开布置。

3 大坝止水设计

大坝止水设计的原则是：能适应接缝处的位移和满足防渗要求，有利于施工及保证质量，各道止水间应形成统一的防渗系统。

本工程根据坝址区气候特点、坝体变形及规范规定，并类比已建同类工程，确定面板堆石坝接缝止水采用SR塑性填料加GB复合紫铜片止水带的组合形式。

3.1 周边缝止水设计

由于大坝蓄水后周边缝附近区域基本属于拉应力区，通常其止水按照张性缝设计，以适应预期变位从而防止混凝土挤压破坏或止水撕裂。此外，为适应两岸周边缝变形特点和要求，周边缝通常采取止水与自愈措施相结合的结构型式。

本工程周边缝顶部设SR塑性填料，其作用是在水压力作用下流入接缝，发挥止水作用。塑性填料鼓包表面覆盖粘贴6mm厚三元乙丙橡胶防渗保护盖片以提高塑性填料的流动止水性能并对塑性填料进行防老化保护。防渗保护盖片通过7mm厚、50mm宽的PVC压条和50mm×50mm×6mm规格的不锈钢角钢以及间距0.4m的不锈钢膨胀螺栓固定于两侧的面板和趾板上，并用HK961封边剂封边。塑性填料鼓包底部设置φ50mm橡胶棒对止水带进行支撑。橡胶棒的直径足够大以确保其在水压力作用下不会被压入张开的接缝。

周边缝底部设GB复合“F”型铜止水与面板垂直缝底部“W”型铜止水相接。为适应较大剪切变形，铜止水鼻宽和鼻高分别为30mm和80mm，鼻内设φ30mm橡胶棒，并用聚氨脂泡沫塑料充填。趾板侧铜止水凹根部设φ12mm橡胶棒，以防铜片在趾板中滑动时磨损。靠近面板一侧铜止水底部设高200mm、顶宽200mm、坡比为1∶1的倒梯形M10水泥砂浆垫。为避免石块刺破铜止水，砂浆垫顶部铺设6mm厚橡胶垫片。

周边缝内填塞12mm厚沥青木板。

3.2 垂直缝止水设计

本工程压性垂直缝顶部设SR塑性填料，填料鼓包表面覆盖粘贴6mm厚三元乙丙橡胶防渗保护盖片。防渗保护盖片通过7mm厚、50mm宽的PVC压条和50mm×50mm×6mm规格的不锈钢角钢以及间距0.4m的不锈钢膨胀螺栓固定于两侧相邻的面板上，并用HK961封边剂封边。塑性填料鼓包底部设置φ30mm橡胶棒。

缝底部设GB复合“W”型铜止水，止水鼻宽和鼻高分别为12mm和80mm，鼻内设φ12mm橡胶棒，并用聚氨脂泡沫塑料充填。铜止水底部设高100mm、顶宽700mm、坡比为1∶1的倒梯形M10水泥砂浆垫，砂浆垫顶部铺设6mm厚橡胶垫片。缝内填塞12mm厚沥青木板。

张性垂直缝止水结构与压性垂直缝基本相同，唯一不同的是缝内不再填塞沥青木板，仅在缝面涂刷3mm厚乳化沥青。

3.3 防浪墙分缝止水设计

防浪墙与面板间的水平缝顶部止水结构与周边缝顶部完全相同。水平缝底部设GB复合“E”型铜止水，止水鼻宽和鼻高分别为12mm和80mm，鼻内设φ12mm橡胶棒，并用聚氨脂泡沫塑料充填。铜止水底部设高100mm的M10水泥砂浆垫，砂浆垫顶部铺设6mm厚橡胶垫片。缝内填塞12mm厚沥青木板。

防浪墙伸缩缝在距上游面0.15m处设一道“D”型铜止水，止水鼻宽和鼻高分别为12mm和80mm，缝内填塞12mm厚沥青木板。“D”型铜止水底部弯折120°后与防浪墙水平缝“E”型铜止水焊接。

3.4 趾板施工缝止水设计

趾板施工缝在距趾板顶面0.2m处设一道H2-861型橡胶止水带，止水带下游端向上弯折120°埋入周边缝顶部SR塑性填料内，另一端在距趾板上游端0.3m处弯折90°埋入基岩内0.3m深的止水槽内，并用C25一级配微膨胀混凝土填实。在新混凝土浇筑前，施工缝缝面需凿毛处理，以保证新老混凝土的可靠连接。

4 结语

与常规混凝土重力坝和拱坝相比，混凝土面板堆石坝不仅分缝设计的原则和方法不同，而且止水结构的组成和施工工艺也要复杂得多。面板堆石坝分缝的止水结构是防渗系统中的重要环节，因此必须通过详细的坝体应力应变分析，同时参考类似工程经验，确定大坝混凝土面板、趾板和防浪墙的分缝设计及其止水结构，以确保大坝防渗体系的安全可靠。陕西水利

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