關(guān)于混凝土面板堆石壩幾個(gè)問(wèn)題的探討

1、第47卷第14期2016年7月人民長(zhǎng)江YangtzeRiverVo147No14July，2016文章編號(hào)：1001—4179(2016)14—0056—04關(guān)于混凝土面板堆石壩幾個(gè)問(wèn)題的探討楊啟貴’，譚界雄，周曉明2，高大水2(1長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，湖北武漢430010；2國(guó)家大壩安全工程技術(shù)研究中心，湖北武漢430010)摘要：現(xiàn)代面板堆石壩以其獨(dú)特的優(yōu)越性在我國(guó)得到了廣泛應(yīng)用，但同時(shí)其病害率偏高，且病害檢查及加固處理均存在一定

2、困難，給面板堆石壩的發(fā)展帶來(lái)不利影響。結(jié)合國(guó)內(nèi)外面板壩設(shè)計(jì)及病害處理的豐富實(shí)踐，對(duì)設(shè)計(jì)加固中的幾個(gè)問(wèn)題展開(kāi)了探討，提出如下建議：面板壩壩前輔助防滲鋪蓋可以取消，以便開(kāi)展水下檢查及加固；需要設(shè)置放空設(shè)施；周邊縫宜取消中間止水同時(shí)加強(qiáng)頂部止水的防滲作用。關(guān)鍵詞：防滲鋪蓋；放空設(shè)施；止水結(jié)構(gòu)；面板堆石壩中圖法分類號(hào)：TV6414文獻(xiàn)標(biāo)志碼：ADOI：1016232／jcnki1001—41792016140131面板壩發(fā)展概況我國(guó)自20世紀(jì)8

3、0年代開(kāi)始引進(jìn)現(xiàn)代筑壩技術(shù)建設(shè)面板堆石壩，至今已有30a。面板堆石壩在我國(guó)的起步較晚，但發(fā)展勢(shì)頭非常迅猛。經(jīng)過(guò)引進(jìn)消化、自主創(chuàng)新和不斷突破發(fā)展，積累了大量的工程經(jīng)驗(yàn)，逐步形成了中國(guó)特色的面板堆石壩筑壩技術(shù)。我國(guó)混凝土面板壩筑壩技術(shù)在取得巨大成就的同時(shí)，也存在病害率偏高、病害檢查及加固處理水平不高等不足，給面板堆石壩的發(fā)展帶來(lái)不利影響。11我國(guó)面板堆石壩的發(fā)展混凝土面板堆石壩是以堆石體為支撐結(jié)構(gòu)，并在其上游表面澆筑混凝土面板作為防滲體的大

4、壩。隨著我國(guó)水利水電工程建設(shè)的發(fā)展、施工技術(shù)的不斷改進(jìn)、設(shè)計(jì)理論的逐步完善、工程經(jīng)驗(yàn)的積累總結(jié)，混凝土面板堆石壩已成為極具競(jìng)爭(zhēng)力的壩型，因其具備壩體斷面小、施工方便、工期短、導(dǎo)流簡(jiǎn)單、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)得到了迅速的發(fā)展。我國(guó)現(xiàn)代意義的面板堆石壩始于1985年開(kāi)工建設(shè)的西北口壩(壩高95m)及1988年率先建成的關(guān)門山壩(壩高585m)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)建成及在建的面板堆石壩約300座，占世界面板壩數(shù)量的一半，其中壩高超過(guò)70m的混凝

5、土面板堆石壩達(dá)140余座，占比40％以上。如今混凝土面板堆石壩工程幾乎遍布全國(guó)各地，涉及各種地形、地質(zhì)條件和氣候條件，特別是在高海拔、高寒、高地震烈度地區(qū)也有面板壩建設(shè)。我國(guó)已建成的最高面板堆石壩壩高是水布埡壩，壩高233m，也是世界上建成壩高最高的面板堆石壩；壩體填筑規(guī)模最大的是壩高178m的天生橋一級(jí)面板堆石壩，填筑量約1800萬(wàn)m’；深度覆蓋層上已建的最高壩是九甸峽壩，壩高1365m，趾板下覆蓋層厚28m；強(qiáng)地震區(qū)最高壩是吉林臺(tái)一

6、級(jí)壩，壩高157m，抗震設(shè)計(jì)烈度為9度；經(jīng)受過(guò)高地震烈度考驗(yàn)的是紫坪鋪壩，壩高156m，汶川地震中影響烈度達(dá)9～10度；位于氣溫最低地區(qū)的是壩高718m的蓮花壩，極端最低氣溫為一452~CE1]。12面板壩滲漏病害率較高從已建成的混凝土面板堆石壩觀測(cè)資料來(lái)看，該壩型大多表現(xiàn)出了良好的運(yùn)行狀態(tài)，但也有部分大壩存在著一些問(wèn)題，乃至發(fā)生過(guò)慘痛的事故。如溝后水庫(kù)潰壩，是國(guó)際壩工史上第一次同類型壩的潰決；天生橋一級(jí)面板壩施工期出現(xiàn)面板頂部彎曲裂縫

7、、墊層料收稿日期：2016—04—12基金項(xiàng)目：國(guó)家大壩安全工程技術(shù)研究中心項(xiàng)目“水利水電工程水下無(wú)人檢測(cè)系統(tǒng)研究”(CX2014Z06)作者簡(jiǎn)介：楊啟貴，男，副院長(zhǎng)兼總工程師，國(guó)家大壩安全工程技術(shù)研究中心副主任，教授級(jí)高級(jí)工程師，全國(guó)工程勘察設(shè)計(jì)大師，主要從事水工結(jié)構(gòu)與巖土工程設(shè)計(jì)及科研工作。E—mail：yangqigui@cjwsjycorn12／158人民長(zhǎng)江2016正引水發(fā)電設(shè)施來(lái)實(shí)現(xiàn)。目前規(guī)范只是規(guī)定高壩、重要工程、地震設(shè)計(jì)

8、烈度為8度、9度的混凝土面板堆石壩應(yīng)設(shè)置放空設(shè)施，而對(duì)于其他一些面板堆石壩并沒(méi)有規(guī)定設(shè)置防空設(shè)施。天生橋一級(jí)、水布埡、董箐、東津等面板堆石壩工程均設(shè)置了放空洞，白云、九甸峽、雙溝等水庫(kù)則利用泄洪洞、引水發(fā)電洞等建筑物放空水庫(kù)。隨著筑壩理論的發(fā)展，很多學(xué)者認(rèn)為面板堆石壩一般不會(huì)有放空水庫(kù)進(jìn)行處理的可能性，可以不設(shè)放空設(shè)施，因面板破壞產(chǎn)生的漏水可以由半透水性墊層料限漏，并且可以通過(guò)投放粉細(xì)砂得到顯著的封堵。如有意外需要進(jìn)行處理，可由潛水員或

9、采取其他措施進(jìn)行水下檢修，故很多面板堆石壩工程未設(shè)置專門的放空設(shè)施，或即使設(shè)置了放空設(shè)施但根本不具備完全放空水庫(kù)的功能。如1995年建成的福建萬(wàn)安溪面板堆石壩(壩高94rn)、2008年建成的三板溪面板堆石壩(壩高1855m)在施工過(guò)程中取消了原設(shè)計(jì)的放空洞，芹山面板堆石壩(壩高122m)及街面面板堆石壩(壩高126m)也未設(shè)置放空洞。通過(guò)對(duì)我國(guó)壩高100—150m及壩高150m以上的面板堆石壩泄水建筑物放空能力的統(tǒng)計(jì)，設(shè)有放空洞的面板

10、壩水庫(kù)放空系數(shù)(即最低泄水建筑物進(jìn)口底板至壩頂?shù)拇怪本嚯x與最大壩高的比值)平均值分別為068和064，最大值分別為芭蕉河一級(jí)壩(壩高1133m)的093和天生橋一級(jí)(壩高178m)的074，最小值分別為董箐壩(壩高150m)的043和猴子巖(壩高2235m)的041。也就是說(shuō)壩高100～150m的面板壩通過(guò)放空設(shè)施放空水庫(kù)后，下部也平均還有30余m的水頭；壩高150m以上的面板下部也平均還有50余m的水頭，水庫(kù)由于水庫(kù)泥沙淤積及泄洪建筑

11、物閘門性能等限制，是難以完全放空的。隨著面板堆石壩建設(shè)數(shù)量的增加，越來(lái)越多的壩出現(xiàn)了不同程度的破壞問(wèn)題，如面板變形破壞、止水結(jié)構(gòu)破壞、面板裂縫等，直接影響了工程的運(yùn)行安全，必須處理。湖南白云水庫(kù)最大滲漏量達(dá)1240L／s，采用水上拋投級(jí)配料鋪蓋后，滲漏量減小到約700L／s后便不再減小，且面板破壞區(qū)域位于壩前防滲鋪蓋下部，潛水員水下檢修難以完成，必須通過(guò)放空水庫(kù)進(jìn)行處理。而白云水庫(kù)是采用引水發(fā)電洞兼作放空洞，放空洞底板高程距原河床還有4

12、3m水頭，水庫(kù)無(wú)法完全放空。最后通過(guò)提起導(dǎo)流洞封堵閘門，爆破永久堵頭和臨時(shí)堵頭，通過(guò)導(dǎo)流洞放空水庫(kù)后干地施工完成破損面板修復(fù)。目前水庫(kù)滲漏量保持在30L／s左右，處理效果良好。株樹(shù)橋壩面板被破壞，最大滲漏量達(dá)2500L／s，通過(guò)放空洞將水庫(kù)放空后進(jìn)行干地施工處理，處理后滲漏量一直維持在10L／s左右，加固處理效果良好。茄子山壩趾板基礎(chǔ)最大滲漏量達(dá)1170L／s，利用放空洞放空水庫(kù)進(jìn)行加固處理，至今運(yùn)行情況正常。布西面板壩水平施工縫破壞，

13、最大滲漏量達(dá)3000L／s，通過(guò)放空洞降低庫(kù)水位，露出破壞施工縫進(jìn)行干地加固處理，效果良好。紫坪鋪面板壩經(jīng)歷了汶川大地震，震后各類建筑物和設(shè)施均不同程度的受到損害，但水庫(kù)基本蓄水功能未受到明顯影響，為保證搶險(xiǎn)工作的進(jìn)行，開(kāi)啟了放空洞放水，滿足了下游的供水、緩解了上游來(lái)水造成庫(kù)水位上升帶來(lái)的壓力和風(fēng)險(xiǎn)，成功應(yīng)對(duì)了搶險(xiǎn)救災(zāi)的緊急處理；同時(shí)通過(guò)放空洞大幅降低庫(kù)水位，為大壩面板及止水系統(tǒng)的修復(fù)創(chuàng)造了施工條件，保證了修復(fù)加固工作的順利實(shí)施。面板堆

14、石壩出現(xiàn)險(xiǎn)情后，很多工程通過(guò)水下施工進(jìn)行加固處理，如國(guó)外的貝雷壩、希羅羅壩、辛戈壩等均處理得非常成功，但也有很多工程是難以通過(guò)水下加固處理完成的。如白云壩面板破壞部位位于壩前鋪蓋區(qū)以下，破壞部位上部覆蓋有很厚的鋪蓋料及蓋重料，通過(guò)水下施工難以完成加固處理。三板溪壩面板一、二期施工縫位置出現(xiàn)破損，破損位置在死水位以下40m深，水庫(kù)不具備放空條件，無(wú)法進(jìn)行干地施工，只能進(jìn)行水下施工處理。但在進(jìn)行了3次破損面板水下修復(fù)處理后，仍未得到徹底有效

15、的處理，目前仍在研究論證下步處理方案。上述工程實(shí)踐表明，面板堆石壩特別是高壩設(shè)置專門的放空設(shè)施是十分必要的。當(dāng)水庫(kù)出現(xiàn)病害問(wèn)題，水下加固處理難以實(shí)施或處理失敗后，可以通過(guò)降低水位或放空水庫(kù)實(shí)現(xiàn)干地加固施工，通常能取得良好的加固效果。但由于高水頭閘門設(shè)計(jì)制造水平的限制，目前閘門最高設(shè)計(jì)水頭160—180m，工作水頭120—140m；同時(shí)由于水庫(kù)泥沙淤積的影響，放空設(shè)施的進(jìn)口高程也不可能過(guò)低。而現(xiàn)今面板壩正朝著壩高300m級(jí)發(fā)展，也就是該壩

16、體底部有百余米高度是不具備放空的條件，一旦出現(xiàn)問(wèn)題，加固處理將非常困難。因此，在解決好超高面板堆石壩放空問(wèn)題前，不宜推進(jìn)更高壩高面板壩的建設(shè)。23加強(qiáng)周邊縫止水結(jié)構(gòu)止水對(duì)于面板堆石壩來(lái)說(shuō)，是其防滲保障的生命線，也是維持大壩安全的生命線。由于趾板座落在基巖上，面板則隨堆石一起發(fā)生變形，因此周邊縫位移量一般較大?；炷撩姘宥咽瘔萎a(chǎn)生較大漏水的原因大部分是由于兩岸岸坡與大壩填筑體相對(duì)變形較大導(dǎo)致周邊縫止水破壞，高壓水流破壞止水進(jìn)入壩體，進(jìn)而破