徐 锋

（哈密市水利局，新疆 哈密 839000）

面板堆石坝已有超过100年的发展历史，其防渗结构主要由混凝土面板、混凝土趾板和接缝止水等三部分构成。面板作为挡水的首道屏障，具有较为关键的作用，而面板接缝止水系统是面板坝结构中较为重要的组成部分，也是大坝表面防渗系统的主要结构。

混凝土面板堆石坝的原型观测和应力应变分析表明：90%的面板应变是由堆石坝体所引起，面板分缝的最终目的就是为了有效适应坝体的变形，从而防止面板发生断裂，保证面板防渗功能的发挥。面板与接缝止水系统是大坝的主体防渗线，要求其工作必须可靠。通常将面板坝中的接缝划分为板间缝与周边缝两大类，而板间缝则又可分为垂直缝和水平缝。

1 面板的周边缝止水

周边缝位于面板与趾板两种变形性质相差悬殊的分界面上，趾板固定在变形甚小的基岩上，面板则随着堆石体发生位移，导致周边缝位移最大，两侧变形不协调，工作条件最差，是面板坝的整体防渗体系中最为薄弱的环节，可能发生渗漏的主要部位。

现代面板坝的重要标志之一就是采用多道止水系统。接缝三道止水的成功设置已成为面板坝的基本格式，但也存在一些不足之处。

首先，第一道塑性填料止水是依靠自身的不通水性，其最初设计理念是当水压力作用使得周边缝张开，塑性填料被压到缝中，从而起到止水作用；由于大范围的施工难以保证做到塑性填料止水实现全部严密封闭，只要存在一处漏点，就会引起水头差的消失，导致塑限填料止水不能实现理论设想顺利挤入张开的缝中。这已被试验所证实，这道止水是不可靠的。

其次，第二道PVC 橡胶止水带施工架立定位困难，同时因混凝土泌水，在止水带翼缘下形成水包，影响与混凝土紧密结合，形成漏水通道。

再次，第三道底部金属铜止水易受到保护不到位而被损坏的可能，又存在由于止水安装而形成的焊缝太多而影响施工质量的客观因素。

以上止水存在的问题均在以后的面板坝建设中予以改进，一些高混凝土面板堆石坝又采用了一些新的设计思路，旨在简化接缝止水系统优化其设计结构，提高它的综合止水效能，如取消中部的PVC 橡胶止水带，其本质是将原本布置在面板中部的止水带移至面板的表层，便于施工，提升止水质量。

一些工程仅设置底部止水和中部止水两道止水，而没有采用常用于高坝中的顶部止水。如80 m 高的澳大利亚红树溪坝和布恩杜马坝。

一些工程设置了具有自愈性的止水结构，即在接缝顶部止水表面设置散粉状的物质，目的是在发生渗流的情况下，能够将其带入渗流通道从而实现堵塞渗流，达到自愈作用。如天生桥一级的自愈性周边缝止水结构，见图1。

图1 天生桥一级周边缝自愈性止水结构

2 面板的垂直缝止水

为了方便面板滑模施工的要求，面板需用垂直缝划分成条块，而垂直缝又根据受力情况区分为压性和张性。我国面板坝工程对垂直缝止水结构的布置有如下的经验：①坝高50 m 以下的压性垂直缝只需采用一道铜止水；②坝高50 m 以上的压性垂直缝除设置底部金属铜止水外，也可在缝顶设置第二道表层止水；③坝高50 m 以下的张性垂直缝可只采用一道铜止水；④坝高50 m 以上的张性垂直缝除设置底部金属铜止水外，应在缝顶设置第二道表层止水。

底部铜止水一般为“W”型，这种止水依靠两条埋入面板混凝土中的支腿进行防渗，支腿排气、排水通畅，可以保证与混凝土结合紧密，这是“W”型止水的最大优点，已被几乎所有面板坝工程所接受。设置两道止水的张性垂直缝见图2。

图2 设置两道止水的张性垂直缝

传统的面板坝的变形伸缩缝由于顶部为布置弹塑性止水的“V”槽，和底部安装的铜止水的铜鼻子，均导致面板厚度被侵占而削弱，使其承受挤压应力的面积减小，提高了挤压应力的水平，容易使面板受到挤压破坏。肯柏诺沃坝的垂直缝为硬平缝，由于砂浆条、底部铜止水及顶部V 型槽的存在，垂直缝处的面板厚度被削弱达13 cm，而面板的顶部厚度最小仅为30 cm，高程611 m 处厚度约42 cm，平均厚度大约36 cm，面板削弱所造成受荷面积减少了36%，使应力集中系数达1.67，最终导致面板挤压破坏。这一教训应引起足够重视。

3 面板接缝的变形和受力状态

面板周边缝受力后将发生张开、下沉和剪切的位移，在邻近两侧坝肩的几块板件需设置张性垂直缝，其它部分则设置压性垂直缝。由于采用了硬平缝结构，面板垂直缝只能产生张开的一维位移。

大量工程原型监测和理论分析表明：由于垫层对面板的均匀支撑，垂直缝不可能发生相对下沉位移和剪切位移；垂直缝的80%长度是处于受压状态，这将有利于接缝采用简单的止水结构防渗可靠性。靠近岸边的几条张性垂直缝由于压性区域面板压缩变形的累计，可能产生张开变形，但总的开度不大。由于张开度较大的部位多位于面板的上部，容易进行维修处置。

国内外混凝土面板堆石坝的工程设计和实际运行经验：不同坝高的的压性垂直缝都应采用硬平缝结构，这些缝中都只需设置一道底部金属止水，缝面需涂刷防粘剂；对于中低坝的张性垂直缝，也可只采用一道底部金属止水，而对于高坝的张性垂直缝则多采用底部的铜止水和缝口的两道止水。这里不难看出铜止水是基本止水，它是接缝防渗的基本结构，一般情况下设置单道止水也是可行的，如卡宾溪就是设置单道止水的分离式面板坝。

分离式面板设置了数量众多的水平缝，由于面板各板块在现行的坝坡条件下，在自重和水荷载的作用下是稳定的，不会出现板块下滑的可能，大量的水平缝主要产生压缩变形的趋势，只有在靠近坝顶部有限范围内的水平伸缩缝，特别是防浪墙与面板间的接缝有发生拉伸位移的可能。

4 分离式面板接缝止水系统结构

在面板坝接缝止水系统的设计中，在预估位移的基础上要满足在最大变形发生的情况下也能够具备一定的止水性能。

由于传统的面板坝接缝多层止水结构之间互相依赖，但其整体的防渗效果其实并不高于其中某道单一止水，而且随着坝体的加高，并不能够完全适应变形要求。但新型的表层止水系统的提出，为面板接缝止水提供了新的方向，也为分离式面板接缝止水提供了全新的尝试。

分离式防渗面板的板间缝和周边缝的止水系统设计，在接缝的迎水表面设置企口槽，企口槽口宽取8 cm～10 cm，底宽则取6 cm～8 cm，槽深多为8 cm，体形为倒梯形。企口槽可在模板上边缘设置木条浇筑而成，也可用切石机切割成槽。槽内嵌入弹塑性缝密封膏止水。

在面板接缝的底部和坝面垫层表面，沿接缝方向顺直铺设60 cm 宽的无纺布，它的作用主要是对防渗土料进行反滤，表面止水如果突然失效，可将抛土淤填到接缝中，以期减小水量渗漏。由于无纺布施工简单方便，建设成本相对较低，又能满足防渗要求，具有很好的推广意义。

为提升分离式素混凝土防渗面板的整体性，在水平接缝内布设钢筋进行连接，从而将沿坝面上下的两块分离式面板连接起来，一般采用Φ14 钢筋，其总长度为160 cm，分别插入相邻的两块面板内80 cm。连接钢筋间距一般取为100 cm。

图3 面板垂直接缝止水系统结构图

图4 面板水平接缝止水系统结构图

5 结语

（1）分离式面板各板块在现行的坝坡条件下，在自重和水荷载的作用下是稳定的，水平缝主要会产生压缩变形的趋势，只有防浪墙与面板间的接缝有发生拉伸位移的可能。

（2）分离式防渗面板将传统的止水结构优化，取消金属止水及PVC 橡胶止水带，将多重止水结构简化为接缝表面单道弹性聚氨酯材料止水。

（3）分离式面板接缝止水的优化不仅方便了混凝土结构的施工也简化了止水施工，提高了面板适应坝体变形的能力，坏了也易于维修，节省了工程投资。