鄭奕芳，金 偉

（1.中水東北勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司，吉林 長春 130021；2.中國水電顧問集團成都勘測設(shè)計研究院，四川 成都 610072）

1 概述

鋼筋混凝土面板堆石壩作為一種新興的土石壩壩型，可以減小壩體斷面，節(jié)省工程投資，縮短工期，簡化施工導(dǎo)流，近年來在我國得到廣泛運用。目前，已建和在建的面板壩數(shù)量超過100座，最大壩高已達(dá)233 m。但是國內(nèi)外絕大多數(shù)面板壩的趾板建在基巖上，國內(nèi)直接將趾板建在覆蓋層上的面板壩只有11座，都是一些中低壩。表1為目前國內(nèi)外一些己、在建的趾板建造在深厚覆蓋層上面板堆石壩介紹。

隨著水電建設(shè)的快速發(fā)展，新型大功率碾壓設(shè)備的采用和基礎(chǔ)處理技術(shù)的進(jìn)步，對深厚覆蓋層不需開挖至基巖面，而直接將趾板建在覆蓋層上的高面板壩方案逐漸成為具有優(yōu)勢的壩型比較方案。

建造在深覆蓋層上的混凝土面板堆石壩，由于覆蓋層會產(chǎn)生較大的沉降值和不均勻沉降差，所以存在防滲結(jié)構(gòu)復(fù)雜、防滲可靠性差、基礎(chǔ)防滲墻與趾板（趾墻）連接處易破壞等問題，面板也會因變形過大產(chǎn)生拉裂縫。因此，最關(guān)鍵技術(shù)是確保大壩防滲體系在變形與強度方面控制在設(shè)計容許范圍內(nèi)。

國內(nèi)在銅街子和橫山面板堆石壩工程中開始研究覆蓋層面板壩，并采用了一些行之有效的措施。銅街子副壩采用高齒墻下承重混凝土防滲墻和振沖加固的措施，減小左岸深槽細(xì)砂層造成的不均勻沉降，在周邊縫設(shè)有土工織物、止水銅片、PVC蓋板、塑性填料等止水設(shè)施；還有的面板壩設(shè)計時采用塑性墻減小基礎(chǔ)覆蓋層變形的影響，并在周邊縫設(shè)有柔性止水材料和粘土鋪蓋等止水設(shè)施。

表1 趾板建造在深厚覆蓋層上的面板堆石壩

近幾年，隨著在深厚覆蓋層上修建混凝土面板壩的不斷出現(xiàn)，像梅溪面板壩、那蘭面板壩、察汗烏蘇面板壩工程都進(jìn)行了一些有限元計算分析和試驗，總結(jié)了在深覆蓋層上修建混凝土面板堆石壩的筑壩技術(shù)，并應(yīng)用于工程實踐中。

趾板建在覆蓋層上的面板壩需要解決的主要技術(shù)問題分為以下幾個方面：覆蓋層地基處理、混凝土防滲墻與趾板連接、面板壩接縫止水以及施工程序等。

2 覆蓋層地基處理研究

覆蓋層特性對壩體和防滲墻應(yīng)力變形性狀的影響較大。覆蓋層的剛度與防滲墻混凝土的剛度越接近，其變形協(xié)調(diào)性越好，防滲墻的應(yīng)力狀態(tài)越好。

設(shè)計時首先應(yīng)通過勘探和室內(nèi)外試驗，查明大壩基礎(chǔ)覆蓋層分布情況、物理力學(xué)性質(zhì)，分析承載力和變形特性、滲透穩(wěn)定性，提供有限元計算參數(shù)，為基礎(chǔ)處理設(shè)計提供可靠的依據(jù)。

與覆蓋層帷幕灌漿、高壓旋噴等基礎(chǔ)處理措施相比，混凝土防滲墻能夠適應(yīng)各種地層的變形能力，滲透穩(wěn)定性好，滲流量少。從施工技術(shù)上講，有相對成熟的施工經(jīng)驗和施工方法，目前國內(nèi)混凝土防滲墻已經(jīng)向90～110 m深邁進(jìn)，施工質(zhì)量有足夠的保證，混凝土防滲墻已經(jīng)成為該壩型基礎(chǔ)處理方案的重要手段。由于改善應(yīng)力狀態(tài)的需要，在耐久性有保證前提下，防滲墻墻體材料可采用低彈性模量的塑性混凝土。

3 混凝土防滲墻與趾板連接結(jié)構(gòu)研究

防滲墻、趾板與壩體在自重和水壓力等荷載作用下，它們的變形和應(yīng)力有相當(dāng)大的差別。目前工程中多采取分段趾板，即設(shè)置連接板連接防滲墻頂部和趾板，達(dá)到用縫來吸收防滲墻和趾板間的沉降差，協(xié)調(diào)兩類結(jié)構(gòu)物的變形，改善防滲體系的應(yīng)力變形性狀的效果。

近幾年設(shè)計的趾板建在覆蓋層上的面板壩，都通過大量的平面和三維有限元分析計算研究該壩型應(yīng)力變形特征，分析防滲結(jié)構(gòu)的薄弱點，并通過計算比較不同趾板長度、不同趾板和防滲墻連接方式對防滲墻、趾板的應(yīng)力及縫位移影響，從而優(yōu)選趾板長度和連接方式，為防滲墻、趾板、面板連接部位的細(xì)部設(shè)計提供依據(jù)。

計算表明，面板壩壩體及壩基應(yīng)力、位移符合面板壩一般規(guī)律，采用沒有連接板的剛性連接方案與柔性連接（連接板連接）相比，面板應(yīng)力變形略有差別，剛性方案面板周邊縫位移遠(yuǎn)大于柔性方案，超過止水承受變形能力，且防滲墻變形較大。從防滲墻的變形和應(yīng)力狀態(tài)考慮，應(yīng)增加連接板的長度，減少壩體對防滲墻的影響。防滲墻設(shè)置在連接板上游側(cè)比設(shè)置在連接板底部更佳，采用連接板底部連接方式，防滲墻在蓄水期變形較大，與連接板之間的相對錯動明顯增加，連接板的應(yīng)力狀態(tài)差，故一般采用側(cè)接方式。

目前已經(jīng)修建的趾板建在覆蓋層上面板壩，如梅溪、梁輝壩，趾板分別直接與防滲墻、面板連接，趾板與面板連接方式同普通面板壩，趾板與防滲墻連接方式為側(cè)接，在該部位設(shè)置頂部柔性止水和中部銅止水。圣塔約那壩趾板分為兩段；帕克拉羅壩的覆蓋層較深，趾板分為三段；那蘭面板壩采用8 m長趾板，3 m長連接板與防滲墻連接；察汗烏蘇混凝土面板砂礫石壩采用4 m長趾板，2段3 m長連接板與防滲墻連接。

4 面板壩接縫止水研究

國內(nèi)梅溪、梁輝工程面板壩具有較為完善的觀測設(shè)施，其壩高分別為 40，38 m，覆蓋層厚 30，25.5 m，壩體實測最大沉降值為22.2，28.0 cm，周邊縫三向位移最大值張開 3.3，5.6 cm，沉陷 8.1，7.6 cm，錯動 5.4，2.2 cm；圣塔約那壩實際觀測周邊縫位移最大張開值2 mm。

那蘭、察汗烏蘇面板壩的有限元計算結(jié)果，其壩體最大沉降值分別為42.8，90.8 cm，采用柔性趾板方案周邊縫三向位移最大值張開2.1，2.23 cm，沉陷1.28，1.54 cm，錯動6.2，2.43 cm；趾板與連接板、防滲墻最大變形值張開0.17 cm，沉陷5.95 cm，錯動1.08 cm。擬建的多諾面板壩計算結(jié)果中，趾板與面板的相對張裂與相對錯動均很小，防滲墻與連接板的的相對錯動達(dá)3.46 cm，趾板與連接板的相對錯動為0.22 cm。

國外已建工程周邊縫最大值為張開10.6 cm、沉陷12.5 cm、錯動4.5 cm，國內(nèi)面板壩止水結(jié)構(gòu)也完全可以滿足張開5 cm、沉陷10 cm、錯動5 cm接縫變形量。以上所述工程的計算、觀測結(jié)果均小于國內(nèi)外的大值，完全可以滿足要求。

河床內(nèi)的各種接縫應(yīng)采用柔性縫，縫頂嵌縫材料可設(shè)兩道能自愈的接縫，即靠無粘性材料淤積漏水通道，減少可能出現(xiàn)的滲漏通道。

5 施工程序研究

壩體填筑、趾板、防滲墻的施工，對壩體、壩基及防滲墻變形應(yīng)力影響不大，面板壩蓄水過程對防滲墻變形和應(yīng)力的影響也不大。先填筑部分壩體再建造防滲墻，會改善防滲墻的應(yīng)力變形性狀。施工時應(yīng)先施工趾板，待壩體填筑到一定高程，壩體和壩基變形穩(wěn)定后，再施工防滲墻，臨近蓄水時候，澆注連接板，這樣可以避免施工期產(chǎn)生的不均勻沉降，減少連接板和防滲墻之間的位移差。