白 陽(yáng),常林果,馬成祥,李博佳

(1.新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，新疆 烏魯木齊 830000；2.新疆新華葉爾羌河流域水利水電開(kāi)發(fā)有限公司，新疆 喀什 844000)

近年來(lái)新疆水利工程建設(shè)迅猛發(fā)展，“百米級(jí)”面板堆石壩逐年增多，接縫止水是面板壩安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵部位，良好的接縫止水系統(tǒng)，可以減少大壩滲流量，降低壩體浸潤(rùn)線。以往中小水庫(kù)面板壩接縫止水依照經(jīng)驗(yàn)及半經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，然而，針對(duì)一些超高混凝土面板堆石壩此類(lèi)方法實(shí)有不妥，如紫坪鋪、天生橋一級(jí)、龍馬水庫(kù)、株樹(shù)橋、巴西(Barra Grandr)、墨西哥阿瓜密爾帕(Aguamilpa)等工程，因壩體不均勻沉降較大或遭遇強(qiáng)震后使得面板止水受到破壞導(dǎo)致壩體不同程度的漏水，對(duì)壩體安全運(yùn)行造成了很大威脅，因此，面板壩接縫止水設(shè)計(jì)對(duì)大壩的安全運(yùn)行至關(guān)重要。阿爾塔什水利樞紐工程為新疆三峽具有“三高一深”特點(diǎn)，結(jié)合本工程特點(diǎn)我院委托國(guó)內(nèi)三家知名科研單位進(jìn)行靜動(dòng)力三維有限元計(jì)算，在得到各個(gè)工況下所有接縫最大變形量后，參考國(guó)內(nèi)外同類(lèi)型100～200m級(jí)高面板壩周邊縫設(shè)計(jì)、實(shí)測(cè)位移值，提出了適合本工程的接縫允許變形值和一套接縫止水設(shè)計(jì)成果，目前工程已蓄水并網(wǎng)發(fā)電接縫變形量均滿足設(shè)計(jì)要求。

1 工程概況

阿爾塔什水利樞紐作為新疆南疆葉爾羌河流域內(nèi)最大的控制性工程。工程任務(wù)為防洪、灌溉、發(fā)電等。水庫(kù)總庫(kù)容22.49億m3，正常蓄水位1820m，電站裝機(jī)755MW。樞紐為大(1)型Ⅰ等工程，地震基本烈度為8度。大壩為混凝土面板堆石壩，壩頂高程為1825.80m，最大壩高164.8m，壩頂長(zhǎng)度795.0m。本工程壩體標(biāo)準(zhǔn)剖面如圖1所示。

圖1 阿爾塔什混凝土面板堆石壩壩體橫剖面圖

2 接縫變形允許值設(shè)計(jì)

阿爾塔什水利樞紐工程混凝土面板堆石壩防滲體系由趾板、連接板、大壩上游混凝土面板、防浪墻等構(gòu)成，這些防滲結(jié)構(gòu)的接觸部位形成接縫。這些接縫分為下述幾種類(lèi)型：趾板與面板之間的周邊縫。面板垂直縫由拉性縫與壓性縫組成。防浪墻底部與面板頂部之間的防浪墻水平縫。為了形成整體的防滲體系，所有接縫須按照不同接縫的特點(diǎn)設(shè)置相適應(yīng)的止水。本工程面板分縫寬度：河床部位受壓區(qū)寬為12m(48塊)，岸坡部位受拉區(qū)面板寬6m(左岸11塊，右岸21塊)。在壩頂上游側(cè)設(shè)置“L”形鋼筋混凝土防浪墻與面板相接處設(shè)沉降縫，12m設(shè)置一條伸縮縫，縫內(nèi)設(shè)止水。板間縫具體分布如圖2所示。

圖2 阿爾塔什混凝土面板堆石壩面板分縫示意圖

本工程砂礫石面板堆石壩三維有限元靜、動(dòng)力計(jì)算委托大連理工大學(xué)、河海大學(xué)、中國(guó)水科院三家單位進(jìn)行平行分析。混凝土面板分縫變形量計(jì)算成果見(jiàn)表1，本工程混凝土面板接縫位移允許變形量采用國(guó)內(nèi)三家知名單位進(jìn)行數(shù)值分析得到各個(gè)工況下接縫變形量，同時(shí)，列出國(guó)內(nèi)外100～200m級(jí)高面板堆石壩接縫變形量見(jiàn)表1。表2得出本工程垂直縫最大張開(kāi)量為40.2mm，順坡向最大錯(cuò)動(dòng)47mm，法向最大錯(cuò)動(dòng)30.2mm，周邊縫最大張開(kāi)量為68.2mm，沿趾板走向錯(cuò)動(dòng)最大值31.7mm，沿法向錯(cuò)動(dòng)44.3mm。目前國(guó)內(nèi)外100～200m級(jí)高面板壩周邊縫設(shè)計(jì)、實(shí)測(cè)位移值見(jiàn)表2，張開(kāi)量最大值在60mm左右，沉陷最大值在100mm左右，剪切最大值在60mm左右，且實(shí)測(cè)值均不計(jì)算值小。因此，本工程接縫根據(jù)計(jì)算與國(guó)內(nèi)外變形計(jì)算與實(shí)測(cè)值提出允許變形量2～3倍適合本工程接縫允許變形量。

表1 國(guó)內(nèi)外100～200m級(jí)高面板壩周邊縫設(shè)計(jì)、實(shí)測(cè)位移值表

表2 混凝土面板分縫變形量計(jì)算成果表 單位：cm

3 面板分縫設(shè)計(jì)

3.1 周邊縫止水設(shè)計(jì)

由于面板與趾板分別位于碾壓堆石體和基巖兩種不同彈性模量的介質(zhì)上，水庫(kù)蓄水后，存在張開(kāi)、下沉、剪切三維位移，因此周邊縫設(shè)計(jì)為最主要的設(shè)計(jì)問(wèn)題。為適應(yīng)變形，參考已有工程和有關(guān)試驗(yàn)選定周邊縫的寬度20mm。本工程周邊縫設(shè)置底部、中部、頂部3道止水，周邊縫采用瀝青松木板作為填縫材料，周邊縫止水結(jié)構(gòu)如圖3所示。表層采用波形止水帶止水。表止水塑性填料考慮周邊縫張開(kāi)最大位移為40mm，最大張開(kāi)面積約為640cm2，考慮增加一定的富余量，塑性填料面積設(shè)計(jì)為1000cm2。表止水塑性填料復(fù)合蓋板的作用是保護(hù)其下塑性填料不被水擊穿，確保塑性填料流動(dòng)止水作用，增大塑性填料流入接縫的量。采用三元已丙橡膠板厚度5mm，復(fù)合塑性止水板厚度3mm的復(fù)合蓋板，用60mm×6mm不銹鋼扁鋼壓條、M10mm×100mm噴鋅膨脹螺栓固定。復(fù)合三元已丙蓋板與混凝土面板及趾板接觸處涂SK底膠。底止水根據(jù)DL/T 5215—2005《水工建筑物止水帶技術(shù)規(guī)范》，設(shè)計(jì)剪切量取66mm，周邊縫的底止水采用F形1.2mm厚的復(fù)合銅止水，為加強(qiáng)止水銅片與混凝土的結(jié)合，止水銅片端頭立腿高度取130mm，立腿頂部為Φ33mm的PVC棒，由聚氨酯泡沫填充；銅止水兩翼加復(fù)合厚6mm、寬100mm的GB止水板，增強(qiáng)銅止水抗繞滲能力。

圖3 面板壩周邊縫止水結(jié)構(gòu)

3.2 垂直縫止水結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

大壩混凝土面板的垂直縫止水結(jié)構(gòu)由張拉縫(A型縫)、壓縮縫(B型縫)。

3.2.1混凝土面板受拉區(qū)結(jié)構(gòu)縫

拉性垂直縫最大剪切量為24mm，最大沉陷量為40mm，最大拉伸量為26mm。由于張開(kāi)位移較大，止水結(jié)構(gòu)采用與周邊縫相同的帶有波形止水帶的3層止水結(jié)構(gòu)；塑性填料斷面面積設(shè)為設(shè)為700cm2。面板縫面涂刷瀝青乳膠。底止水采用W3型1.2mm厚的復(fù)合銅止水，止水銅片端頭立腿高度取105mm，立腿頂部為Φ20mm的PVC棒，由聚氨酯泡沫填充；銅止水兩翼加單面復(fù)合厚6mm、寬100mm的GB止水條，A型垂直縫結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 A型垂直縫結(jié)構(gòu)

3.2.2面板受壓區(qū)垂直縫

壓性縫采用不設(shè)波形止水帶的止水結(jié)構(gòu)，設(shè)置Φ60mm的PVC棒支撐體，塑性填料填料斷面面積設(shè)為200cm2。底止水結(jié)構(gòu)與拉性縫底止水結(jié)構(gòu)相同，B型垂直縫結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 B型垂直縫結(jié)構(gòu)

3.3 水平縫止水設(shè)計(jì)

防浪墻與面板接縫塑止水采用不設(shè)波形止水帶的止水結(jié)構(gòu)，設(shè)置Φ60mm的PVC棒支撐體，塑性填料斷面面積設(shè)為500cm2。復(fù)合蓋板采用厚5mm三元已丙橡膠板及厚3mm復(fù)合塑性止水板的復(fù)合蓋板，用60mm×6mm不銹鋼扁鋼壓條、M10mm×100mm噴鋅膨脹螺栓固定。復(fù)合蓋板與連接板接觸處涂GB找平密封膠。連接板采用W形1.2mm厚的銅止水，銅止水兩翼加單面復(fù)合厚6mm、寬100mm的GB止水條；止水銅片端頭立腿高度105mm，立腿頂部為Φ20mm的PVC棒，由聚氨酯泡沫填充，水平縫結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6 水平縫結(jié)構(gòu)

3.4 連接板間縫止水設(shè)計(jì)

由于河床段為深厚砂卵礫石覆蓋層，為適應(yīng)基礎(chǔ)薄弱部位的不均勻沉降，壩基采用混凝土防滲墻防滲，與混凝土趾板之間采用柔性連接板連接，連接板厚度1m。中間分縫位置與面板垂直縫連通，兩端通過(guò)永久縫與坐落于基巖上的連接墻相連。河床連接板板間連接縫最大剪切量為16mm，最大沉陷量為39.2mm，最大拉伸量為10.2mm。表止水塑性填料及復(fù)合蓋板塑性填料面積設(shè)計(jì)為700cm2。復(fù)合蓋板采用厚5mm三元已丙橡膠板及厚3mm復(fù)合塑性止水板的復(fù)合蓋板，用M18×80@250不銹鋼沉頭螺栓、不銹鋼扁鋼壓條60mm×6mm、頂部GB柔性嵌縫材料固定。復(fù)合蓋板與連接板接觸處涂GB找平密封膠，沉頭螺栓在連接板內(nèi)的空隙采用GB密封膠填充。第二層采用波形止水帶止水，以下設(shè)置Φ80mm的PVC棒支撐體，上部設(shè)展開(kāi)長(zhǎng)度為160mm，厚12的波浪型止水帶，在波形止水帶兩翼平段下表面復(fù)合70mm×3mm的復(fù)合GB止水板，用60mm×6mm不銹鋼扁鋼壓條、M10mm×100mm噴鋅膨脹螺栓固定。底止水采用采用W形1.2mm厚的銅止水，銅止水兩翼加單面復(fù)合厚6mm、寬100mm的GB止水條；止水銅片端頭立腿高度105mm，立腿頂部為Φ20mm的PVC棒，由聚氨酯泡沫填充，河床連接板間縫結(jié)構(gòu)如圖7所示。

圖7 河床連接板間縫結(jié)構(gòu)

3.5 水位變動(dòng)區(qū)周邊縫及豎向縫止水設(shè)計(jì)

為減少水位變動(dòng)區(qū)頂部止水遭冰拔力破壞，1776m以上高程垂直縫頂部止水蓋板與面板采用M18×80@250不銹鋼沉頭螺栓、不銹鋼扁鋼壓條60mm×6mm、頂部GB柔性嵌縫材料固定；復(fù)合蓋板與連接板接觸處涂GB找平密封膠，沉頭螺栓在連接板內(nèi)的空隙采用GB密封膠填充。其余部位止水同其他垂直縫。銅止水立腿均刷瀝青漆一道，保證混凝土澆筑時(shí)與銅止水鼻子有效分離。

4 接縫變形監(jiān)測(cè)成果分析

工程于2019年11月26日下閘蓄水，截止2021年8月12日，庫(kù)水位為1802.40m。受大壩蓄水水壓和大壩壩體沉降共同影響，一至三期面板整體撓度值29.9mm，一至三期面板整體撓度值較小。監(jiān)測(cè)成果反映目前面板板間縫開(kāi)合度在0.20～3.59mm之間，開(kāi)合度總體較小。監(jiān)測(cè)成果反映目前周邊縫最大開(kāi)合度24.7mm遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)階段所提100mm允許變形量要求，最大剪切變形42.9mm小于設(shè)計(jì)階段所提80mm允許變形量要求，最大相對(duì)沉降變形47.7mm小于設(shè)計(jì)階段所提100mm允許變形量要求。連接板接縫最大開(kāi)合度26.6mm小于設(shè)計(jì)階段所提100mm允許變形量要求、最大剪切變形12.6mm小于設(shè)計(jì)階段所提80mm允許變形量要求、最大相對(duì)沉降變形31.0mm小于設(shè)計(jì)階段所提100mm允許變形量要求。周邊縫受上部蓋重施工影響，有個(gè)別測(cè)點(diǎn)目前變形量較大，連接板接縫受蓋重施工影響目前整體變形較小。

5 結(jié)語(yǔ)

(1)針對(duì)阿爾塔什地處高地震區(qū)、河床覆蓋層深的特點(diǎn)，為適應(yīng)河床部位的不均勻沉降，壩基混凝土防滲墻與趾板之間采用柔性連接板連接，單獨(dú)設(shè)計(jì)其板間縫止水，在防滲墻、連接板和趾板表層鋪設(shè)復(fù)合土工膜，提高河床段防滲體系的防滲及抗震性能。

(2)針對(duì)面板受力區(qū)域不同其接縫特點(diǎn)也不同，兼顧考慮水位變動(dòng)區(qū)的影響，將受拉區(qū)和受壓區(qū)面板垂直縫止水區(qū)別設(shè)計(jì)，并在水位變動(dòng)區(qū)調(diào)整復(fù)合三元已丙蓋板與面板的固定形式，用以減少止水遭冰拔力破壞。

(3)根據(jù)已建工程實(shí)例，在周邊縫和受壓縫內(nèi)嵌填瀝青松木板。由于瀝青松木板富有彈性并具有一定抗壓縮能力，面板接縫能更有效的吸收了面板擠壓產(chǎn)生的變形，避免了面板因擠壓破壞，造成面板裂縫。

2019年11月26日大壩蓄水后，根據(jù)監(jiān)測(cè)資料可知大壩周邊縫、連接板接縫受蓄水影響的變形較小，且均為超出設(shè)計(jì)允許值，表明本工程接縫止水設(shè)計(jì)能夠滿足工程安全運(yùn)行需求。依此，為今后同類(lèi)型超高面板壩接縫止水設(shè)計(jì)提供借鑒。