關(guān)于混凝土面板堆石壩幾個問題的探討

1、第47卷第14期2016年7月人民長江YangtzeRiverVo147No14July，2016文章編號：1001—4179(2016)14—0056—04關(guān)于混凝土面板堆石壩幾個問題的探討楊啟貴’，譚界雄，周曉明2，高大水2(1長江勘測規(guī)劃設(shè)計研究院，湖北武漢430010；2國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)越性在我國得到了廣泛應(yīng)用，但同時其病害率偏高，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)展帶來不利影響。結(jié)合國內(nèi)外面板壩設(shè)計及病害處理的豐富實踐，對設(shè)計加固中的幾個問題展開了探討，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：TV6414文獻(xiàn)標(biāo)志碼：ADOI：1016232／jcnki1001—41792016140131面板壩發(fā)展概況我國自20世紀(jì)8

3、0年代開始引進(jìn)現(xiàn)代筑壩技術(shù)建設(shè)面板堆石壩，至今已有30a。面板堆石壩在我國的起步較晚，但發(fā)展勢頭非常迅猛。經(jīng)過引進(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，逐步形成了中國特色的面板堆石壩筑壩技術(shù)。我國混凝土面板壩筑壩技術(shù)在取得巨大成就的同時，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)展帶來不利影響。11我國面板堆石壩的發(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)計理論的逐步完善、工程經(jīng)驗的積累總結(jié)，混凝土面板堆石壩已成為極具競爭力的壩型，因其具備壩體斷面小、施工方便、工期短、導(dǎo)流簡單、造價低等優(yōu)點(diǎn)，近年來得到了迅速的發(fā)展。我國現(xiàn)代意義的面板堆石壩始于1985年開工建設(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，我國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的天生橋一級面板堆石壩，填筑量約1800萬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)最高壩是吉林臺一

6、級壩，壩高157m，抗震設(shè)計烈度為9度；經(jīng)受過高地震烈度考驗的是紫坪鋪壩，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資料來看，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題，乃至發(fā)生過慘痛的事故。如溝后水庫潰壩，是國際壩工史上第一次同類型壩的潰決；天生橋一級面板壩施工期出現(xiàn)面板頂部彎曲裂縫

7、、墊層料收稿日期：2016—04—12基金項目：國家大壩安全工程技術(shù)研究中心項目“水利水電工程水下無人檢測系統(tǒng)研究”(CX2014Z06)作者簡介：楊啟貴，男，副院長兼總工程師，國家大壩安全工程技術(shù)研究中心副主任，教授級高級工程師，全國工程勘察設(shè)計大師，主要從事水工結(jié)構(gòu)與巖土工程設(shè)計及科研工作。E—mail：yangqigui@cjwsjycorn12／158人民長江2016正引水發(fā)電設(shè)施來實現(xiàn)。目前規(guī)范只是規(guī)定高壩、重要工程、地震設(shè)計

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，而對于其他一些面板堆石壩并沒有規(guī)定設(shè)置防空設(shè)施。天生橋一級、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、雙溝等水庫則利用泄洪洞、引水發(fā)電洞等建筑物放空水庫。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有放空水庫進(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的功能。如1995年建成的福建萬安溪面板堆石壩(壩高94rn)、2008年建成的三板溪面板堆石壩(壩高1855m)在施工過程中取消了原設(shè)計的放空洞，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。通過對我國壩高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，設(shè)有放空洞的面板

10、壩水庫放空系數(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壩(壩高1133m)的093和天生橋一級(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。也就是說壩高100～150m的面板壩通過放空設(shè)施放空水庫后，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，水庫由于水庫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，越來越多的壩出現(xiàn)了不同程度的破壞問題，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。湖南白云水庫最大滲漏量達(dá)1240L／s，采用水上拋投級配料鋪蓋后，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，必須通過放空水庫進(jìn)行處理。而白云水庫是采用引水發(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，水庫無法完全放空。最后通過提起導(dǎo)流洞封堵閘門，爆破永久堵頭和臨時堵頭，通過導(dǎo)流洞放空水庫后干地施工完成破損面板修復(fù)。目前水庫滲漏量保持在30L／s左右，處理效果良好。株樹橋壩面板被破壞，最大滲漏量達(dá)2500L／s，通過放空洞將水庫放空后進(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，通過放空洞降低庫水位，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，但水庫基本蓄水功能未受到明顯影響，為保證搶險工作的進(jìn)行，開啟了放空洞放水，滿足了下游的供水、緩解了上游來水造成庫水位上升帶來的壓力和風(fēng)險，成功應(yīng)對了搶險救災(zāi)的緊急處理；同時通過放空洞大幅降低庫水位，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)加固工作的順利實施。面板堆

14、石壩出現(xiàn)險情后，很多工程通過水下施工進(jìn)行加固處理，如國外的貝雷壩、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，水庫不具備放空條件，無法進(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)水庫出現(xiàn)病害問題，水下加固處理難以實施或處理失敗后，可以通過降低水位或放空水庫實現(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)計制造水平的限制，目前閘門最高設(shè)計水頭160—180m，工作水頭120—140m；同時由于水庫泥沙淤積的影響，放空設(shè)施的進(jìn)口高程也不可能過低。而現(xiàn)今面板壩正朝著壩高300m級發(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)止水對于面板堆石壩來說，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