水利工程中混凝土面板堆石坝防渗探讨

向阳

宜昌市水利水电勘察设计院有限公司湖北宜昌443000

摘要：混凝土面板堆石坝因其具有材料易获取、成本较低、安全性高、稳定性强、抗震能力好等优势，而得到研究和应用的重视。其中，对混凝土面板堆石坝的防渗性能的研究关乎整个坝型的核心作用，防渗性能的研究和技术进步显得尤为重要。本文从混凝土面板堆石坝的防渗性能角度出发，简单阐述了该坝型中防渗功能的结构体现，并介绍了加强防渗性能的基本方法。

关键词：混凝土面板堆石坝；防渗性能；提高方法

1工程概述

混凝土面板堆石坝主要由堆石体和防渗系统组成，即：面板、趾板、垫层、过渡层、主堆石区、次堆石区等。作为水利工程中的较为理想的坝型，具有材料易得、施工简单、时间短、成本低等很多优势。构建混凝土面板堆石坝的材料有土料、钢筋混凝土、沥青混凝土、木材等。面板堆石坝根据防渗体类型的不同，可细分为土质防渗体堆石坝和非土质防渗体堆石坝两种。其中，混凝土面板堆石坝应用更为广泛，设计和建造也正逐步走向成熟。

为保证混凝土面板堆石坝的安全性和正常运作，其在设计和实际施工过程中，应重视防渗性能的考虑。该坝型的防渗性能，在各个坝区几乎都能有所体现；在选取建筑材料时，也需要作为重要的考虑因素。只有满足混凝土面板堆石坝的防渗要求，才能保障该坝型的顺利建造和应用。

2坝型结构中防渗性能的体现

混凝土面板堆石坝从上游到下游可分为几个坝区，各个坝区的设计和建筑中

都要综合考虑局部的防渗要求。只有每个坝区都达到防渗标准，整个坝体的防渗性能才能过关。

2.1上游铺盖区的防渗体现

在整个坝体结构中，上游盖重区属于防渗的主要作用区。该坝区通过使用粉细砂铺盖缝隙和补齐低凹处，在面板出现裂缝等情况时利用细料的填充作用避免渗透，达到防渗效果。此方法尤其适用于一些不便于检修的面板，在体现防渗性的同时也加强了安全性能。为了达到满意的防渗效果，材料的选取中石粉的具体含量与缝隙宽度有关：大于1mm的含量≤5％，小于0.1mm含量＞35％，渗透系数≤10-4cm/s；此外，粘土质量的要求为：粘粒含量15～40％，塑性指数10～20，碾压后渗透系数＜10-5cm/s，有机质含量＜2％，水溶盐含量＜3％，PH值＞7。

2.2垫层区和过渡区的防渗体现

混凝土面板堆石坝结构中最重要的一个组成部分就是垫层区，它不仅仅是支撑面板的有利保障，又对整个坝体的进一步防渗工作有作用。垫层区的作用优势显著，其结构要求也较高。合适的材料选取和施工能够使垫层区承受较大的上下游水力比降。只有垫层区的材料满足低压缩性和高抗剪强度等要求，才能保证面板在库水压力的作用下不会发生不协调的变形；同时，垫层区的抗渗强度要求较高，也是为了维持工作水头等渗透力的作用下坝体仍然能保持稳定性。此外，该区的材料还要求具有一定的半透水性能，这样能对防渗细料进行反滤保护。也可在垫层的上游运用挤压边墙保护措施。

过渡区位于垫层区和主堆石区之间，该坝区对于整个坝体起到了很好的过渡作用。过渡区既可以将上游的负荷均匀的传到堆石体，以减轻上游负荷并不会对堆石体造成破坏；又可以在一定程度上缓解垫层区的细料渗透流失，减轻了渗透破坏的危害程度。过渡区的过渡料要求颗粒坚硬、耐久，不含粘土和有机物，渗透系数为100～10-2cm/s。施工中控制铺料层厚44cm左右等，可选取料场开挖的茅口组灰岩作为过渡料。

2.3堆石区的防渗体现

整个坝体的堆石区可分为主堆石区、次堆石区和下游堆石区等，都需保证良好的渗透性能。根据大量理论数据和实际研究表明，坝体上游1/3～1/2范围是水库蓄水后水压力影响坝体，使其沉降的主要部位；而与坝轴线以下的坝体面板关系不大。由此可见，主堆石抵抗变形和透水等性能都能使坝体的侵润线降低并基本维持在主堆石区中部以下，以维护坝体的安全和水库的正常运行。主堆石区的材料渗透系数要求为＞100cm/s，一般多介于100～10-2cm/s之间。此外，在具体施工过程中要求排除与过渡区之间的大石块，维持与上下游之间合理的相互关系。次堆石区的作用主要为稳定坝体，防渗性能要求较低。下游堆石区具有自由透水的作用，对维持坝体的防渗功能有一定的意义。

2.4接缝和趾板的防渗体现

为了满足混凝土面板堆石坝的防渗要求，设计在坝体周边设三道止水缝。水平接缝表面可采用GB塑性材料填充，中、底部使用紫铜止水片，周边缝表面止水槽用Φ100mmPVC棒填充，以达到接缝止水的效果。此外，面板的所有垂直缝止水结构应分别在顶部和底部设置柔性填充材料和紫铜止水片，防浪墙间沉降缝内设一道PVC止水带防渗。

面板堆石坝的趾板结构采用下接防渗板来达到防渗要求。防渗板分块长度为12～16m，在具体工程可根据具体的坝前水位和基础允许的渗透比降等情况设置适合工程的左右岸防渗板宽度，可在相邻防渗块之间设置永久伸缩缝，同时应在趾板和防渗板中部设紫铜止水片连接以防渗。

3提高防渗性能的方法

3.1使用软岩堆石料筑坝

为了提高坝体的防渗效果，可在除垫层区、过渡区以外的堆石区和下游都采用砂泥岩等软岩堆石料筑坝。软岩堆石料不易饱和，有较强的抗剪强度和变形模量，因此用其建筑坝体可提高坝体的排水能力。此外，软岩堆石料较其他材料在压实性和变形协调等方面有一定的优势，在提高坝体抵抗破坏能力的同时也有利于防渗效果的作用和维持。

3.2加强面板防裂

在面板部分使用砂砾石料筑坝，可以有效提高坝体的防破裂作用，对维护坝体的结构基础和正常使用具有积极作用。使用砂砾石料筑坝，同样需要设立足够的排水区以提高砂砾石区长期维持于非饱和水平，从而提高坝体的排水能力。在筑坝的设计和具体工艺中，应充分考虑材料颗粒的渗透系数和渗透变形特性，合理设计各个坝区的结构。除了使用砂砾石料筑坝，还可通过优化混凝土配比、使用优质的合成材料、合理分期浇筑、改善面板应力状态、科学包养等措施来加强面板的防裂，以达到保护坝体不遭破坏的同时，进一步提高坝体的防渗能力的效果。

3.3提高止水作用

止水结构的设置是实现防渗功能的保障，而止水结构的破坏也会使坝体产生不可估计的渗透危害。提高止水作用也有利于实现混凝土面板堆石坝的防渗作用，具体可通过设计和改善止水结构、应用和改良止水材料来达到目的。其中，GB系列和SR系列的接缝止水材料与结构在实际应用过程中被证明有良好的作用效果，因而备受推崇。此外，还应格外重视高面板堆石坝的顶部止水措施、坝体稳定成熟的动态止水结构体系、止水材料的优化、止水缝与止水结构和止水材料之间的相互关系、止水材料的填充技术等等，以优化止水技术，从而有效提高防渗性能。

4结语

混凝土面板堆石坝工程因其合理的结构设计和严谨的科学性、显著的作用意义而在世界范围内受到研究和发展重视。提高混凝土面板堆石坝的防渗性能作为该坝型技术研究中必要且重要的一部分，其理论和技术的成熟无疑是对该坝型技术的补充和丰富。但是，目前该坝型的研究仍未成熟，在设计和施工上需要进一步获取全面综合的数据和试验支持，以提高防渗性能，优化材料应用，扩大建筑价值，优化施工方法等，推动混凝土面板堆石坝的进一步发展和成熟。

参考文献：

[1]郦能惠，高混凝土而板堆石坝新技术[M]北京中国水利水电出版社，2007.

[2]杨泽艳，周建平，蒋国澄，等中国混凝土而板堆石坝的发展[J]水力发电，20ll，37（2）：18一23.

[3]蒋国澄，混凝土而板堆石坝的回顾与展望[C]//中国大坝技术发展水平与工程实例北京中国水利水电出版社，2007：128一135

作者简介：向阳，男，（1985.04—），湖北宜都人，毕业于三峡大学，本科，工程师，研究方向：水工结构。