面板壩的擠壓破壞和滲漏處理

關(guān)志誠(chéng)

（水利部水利水電現(xiàn)劃設(shè)計(jì)總院 北京 100120）

1 引言

隨著高面板壩建設(shè)數(shù)量快速增加，大壩防滲結(jié)構(gòu)擠壓破壞導(dǎo)致滲漏時(shí)有發(fā)生，引起工程界高度重視。我國(guó)的高面板壩一經(jīng)發(fā)現(xiàn)面板破損破壞就及時(shí)進(jìn)行處理，把可能發(fā)生的滲流增加和滲漏危害降低到最低程度，如天生橋一級(jí)、紫坪鋪、三板溪等。目前，對(duì)于大壩滲流監(jiān)測(cè)量級(jí)與大壩安全關(guān)系尚未見(jiàn)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，基本上仍按經(jīng)驗(yàn)和類(lèi)比作出判斷。

2 國(guó)內(nèi)面板壩擠壓破壞和滲漏處理工程實(shí)例

國(guó)內(nèi)近期投入運(yùn)行的高面板壩發(fā)生擠壓破壞的工程有天生橋一級(jí)、紫坪鋪、三板溪等，前兩個(gè)工程并沒(méi)有導(dǎo)致大壩滲漏量的明顯增加。我國(guó)高面板壩壩體滲漏量情況：天生橋一級(jí)，80～140L/s；洪家渡，7～135L/s；吉林臺(tái)一級(jí)，286L/s；水布埡，23.43～40L/s；董箐，41.8L/s。

（1）三板溪面板壩高185.5m，壩頂長(zhǎng)423.75m，壩高寬比為1:2.28，面板底部厚度0.913m，三期面板是按二期面板頂部厚度等厚澆筑。水庫(kù)下閘蓄水初期水位上升速率較快，至2006年6月，5個(gè)月內(nèi)上升約100.0m(水位高程429.0m)，壩體內(nèi)部累計(jì)最大沉降量為148cm，周邊縫最大剪切變形為

45mm，面板混凝土內(nèi)測(cè)得壓應(yīng)力約為15MP，順坡向鋼筋最大壓應(yīng)力約160MP。在隨后的1年里庫(kù)水位基本保持在430.0m，大壩變形平緩，面板混凝土和鋼筋應(yīng)力變化較小，大壩工作狀態(tài)基本正常。在2007年7月下旬24小時(shí)內(nèi)庫(kù)水位由465.8m升至470.26m時(shí)，大壩滲漏量由113.6L/s增至255.4L/s,月底庫(kù)水位達(dá)到472.1m時(shí)，大壩滲漏量為253L/s；幕后壩基滲透壓力最大增幅在20～40m,大壩變形明顯變大，最大沉降速率為1.93cm/m。在庫(kù)水位回落過(guò)程中滲漏量仍繼續(xù)增大，回降至467.0m時(shí)滲漏量為303.0L/s。處理情況：對(duì)左MB3～右MB9共12塊一、二期連續(xù)破損面板進(jìn)行鑿除，并對(duì)其周邊修整，在不破壞原有結(jié)構(gòu)情況下重新整形綁扎鋼筋，采用強(qiáng)度等級(jí)C35、黏結(jié)劑附著力1～2級(jí)、水下黏結(jié)強(qiáng)度大于2.5MP的PBM混凝土進(jìn)行水下填補(bǔ)修復(fù)，表面布置一層雙向直徑4mm間距100mm鋼筋網(wǎng)。2008年6月部分面板修復(fù)后大壩滲漏量明顯減少。

（2）天生橋一級(jí)面板壩于2003年8月汛期采用臨時(shí)修復(fù)措施，水上部分進(jìn)行表面清理，對(duì)高出面板表面的鋼筋敲平或切除更新，用903聚合物水泥砂漿打底，澆筑C25混凝土，并預(yù)留寬度50mm和深度100mm的槽，涂SR底膠后填入SR止水材料，并制成鼓包，用SR防滲蓋片覆蓋，兩側(cè)用鋁片壓緊并用環(huán)氧材料封邊；水下部分將破損混凝土清除并對(duì)周邊進(jìn)行修整后，澆筑PBM聚合物混凝土，并按水上構(gòu)造形式處理,未影響正常蓄水運(yùn)行。2004年5月22日面板在2003年發(fā)生破損后修復(fù)區(qū)再次發(fā)生局部擠壓破壞。破損部位仍在L3/L4面板接縫兩側(cè)，但向水下延伸至710m高程，其中718.58～710.00m高程為輕微破損。水上部分787.30～786.12m高程修補(bǔ)混凝土局部凸起，786.12～781.41m高程修補(bǔ)混凝土表面基本完好，781.41m高程以下修補(bǔ)混凝土破損抬起，局部有老混凝土破損，748～754m高程破損范圍較大，最寬達(dá)5.35m。破損情況仍以L4面板較為嚴(yán)重，平均寬度約1.0m，最寬1.6m，破損深度平均260～350mm。面板水平鋼筋向上彎曲出露，局部有止水銅片出露。接近水面高程747.76～757.74m處破損較嚴(yán)重，平均寬度2.2m，最大寬度2.6m。水下部分L4面板破損寬度平均1.9m，最大寬度2.2m，平均深度90mm，最大深度250mm；L3面板破損平均寬度0.6m，最大寬度2.2m，最大深度250mm。破損嚴(yán)重部位局部有滲漏現(xiàn)象。水上部分（746m高程以上）按永久性修復(fù)L3/L4接縫，并對(duì)L1/L2及L5/L6板間進(jìn)行切縫處理至746m高程。一般縫寬50mm，深度達(dá)到銅止水片頂部，縫中間填入20mm厚的橡膠板，再用砂漿填滿，表面做SR鼓包封閉。水下部分處理范圍為L(zhǎng)3/L4面板接縫高程710.0～743.5m。處理方法為清除破損與松動(dòng)混凝土，整平突出的水平鋼筋，立模澆筑水下環(huán)氧混凝土，待凝后用SR防滲蓋片覆蓋并用扁鋼固定。水下處理部分未作切縫。由于處理范圍尚未覆蓋樁號(hào)0＋600～0＋800的高壓應(yīng)變區(qū)，且水下部分也未處理。為安全起見(jiàn)，2005年大汛前采取預(yù)防性處理措施包括：在已經(jīng)改造的3條縫的兩側(cè)各選一條縫進(jìn)行切縫處理，范圍宜向水下延伸至730m高程附近，填入20mm厚橡膠板，以吸收水平向壓應(yīng)變；在面板上增設(shè)噴淋設(shè)施，在高溫期噴水降溫，以減小溫度應(yīng)力；在處理區(qū)增設(shè)溫度計(jì)、測(cè)縫計(jì)、應(yīng)變計(jì)等觀測(cè)設(shè)施。

（3）紫坪鋪面板壩地震后，震損面板5#～6#板間縱縫出露在水上，情況比較清楚；23#～24#面板縱縫從防浪墻底延伸到水下790.0m高程，需采用水下施工技術(shù)修復(fù)。修復(fù)方案參考天生橋一級(jí)面板修復(fù)經(jīng)驗(yàn)，去除損壞的面板混凝土，用同等級(jí)的混凝土修復(fù)。同時(shí)在面板結(jié)構(gòu)縫中設(shè)置剛度相對(duì)較低的耐老化橡膠片，厚度較原設(shè)計(jì)增加近1倍（約25mm），以吸收板間傳導(dǎo)的應(yīng)變能，更好地適應(yīng)壩體后期變形。處理過(guò)程：打開(kāi)表面止水設(shè)施，鑿除縱縫兩側(cè)各40cm范圍內(nèi)的混凝土，修復(fù)損壞的止水銅片，補(bǔ)澆C25混凝土。板間縱縫用12～24mm的三元乙丙復(fù)合橡膠板嵌填，表面止水按原樣恢復(fù)。對(duì)23#～24#板間縫水下部分，由潛水員使用水下風(fēng)鎬、液壓鎬和液壓鋸鑿除破損混凝土，切除受損變形的鋼筋，按設(shè)計(jì)要求重新綁扎鋼筋。對(duì)于810.0～769.0m高程間超出伸縮縫原加強(qiáng)鋼筋范圍的破損部位，補(bǔ)設(shè)φ20鋼筋網(wǎng)片，沿面板的修復(fù)坡面安裝模板，澆筑水下PBM樹(shù)脂類(lèi)聚合物混凝土，以HK-PBM-3型樹(shù)脂為黏合劑，將砂石骨料和水泥固結(jié)而成，可以在水下快速固化。固化時(shí)間可在十幾分鐘到幾小時(shí)內(nèi)調(diào)節(jié)，能在幾十米深的水中澆筑，不需振搗，可以自動(dòng)流平、自然密實(shí)，24h的抗壓強(qiáng)度可以達(dá)到30MPa，試驗(yàn)確定凝結(jié)時(shí)間為3h左右。自2008年6月5日至9月14日，完成23#～24#垂直伸縮縫的修復(fù)工作，縱縫垂高94m，斜長(zhǎng)約132m，修復(fù)水下裂縫長(zhǎng)度48m。

（4）國(guó)內(nèi)典型的大壩滲漏處理是株樹(shù)橋面板壩，工程于1992年年中二期混凝土面板澆筑完畢。1993年6月達(dá)到滿庫(kù)水位(高程165.0m)的滲漏量?jī)H為40L/s，1994年滿庫(kù)時(shí)的滲漏量增加到970L/s。滲漏不斷增大，直至1999年滿庫(kù)時(shí)的滲漏量達(dá)到2500L/s，同年壩體的最大沉降達(dá)到1.44m。對(duì)滲漏機(jī)理的分析揭示了嚴(yán)重滲漏發(fā)展進(jìn)程如下：1）垂直縫和周邊縫止水遭到破壞。2）通過(guò)接縫的滲漏導(dǎo)致墊層區(qū)產(chǎn)生沖蝕，墊層料流失到下面的堆石體中。3）混凝土面板與墊層區(qū)脫空致使面板破裂。4）通過(guò)面板增大的滲漏又導(dǎo)致面板進(jìn)一步破裂、墊層料流失和滲漏進(jìn)一步增大。株樹(shù)橋面板壩滲漏量日益增大的主要原因包括：1）大壩壩體和壩肩巖體完全不同的變形特性導(dǎo)致堆石體上的面板與壩肩上的貼坡面板之間的垂直縫和周邊縫產(chǎn)生較大的張開(kāi)位移、沉降和剪切位移。2）墊層區(qū)和過(guò)渡區(qū)所采用的壩料顆粒級(jí)配不合適，使墊層區(qū)發(fā)生管涌，墊層料流失到過(guò)渡區(qū)和堆石區(qū)，導(dǎo)致混凝土面板失去支撐。

3 國(guó)外面板壩擠壓破壞和滲漏處理工程實(shí)例

（1）委內(nèi)瑞位杜利米奎（Turimiquire）面板壩（H=115m）。工程于1980年竣工，壩體采用優(yōu)質(zhì)灰?guī)r堆石填筑，壩下游設(shè)置了排水能力強(qiáng)的灰?guī)r堆石排水層。1988～1991年滿庫(kù)蓄水最大滲漏量為300L/s，1994年的10天內(nèi)滲漏量以每天增加500L/s的速率增加至5400L/s。運(yùn)行管理單位立即采用導(dǎo)管法在上游面鋪灑粉質(zhì)細(xì)砂，并且降低水庫(kù)水位。1995年夏天用導(dǎo)管法鋪灑粉質(zhì)細(xì)砂進(jìn)行了第二次修補(bǔ)，同時(shí)水庫(kù)從滿庫(kù)水位降低約5m，滲漏量減少至2000L/s。1996年水庫(kù)水位上升期間滲漏量又增加至3000L/s。隨后進(jìn)行了第三次修補(bǔ)，在滿庫(kù)時(shí)滲漏量減少至1600L/s。1999年中期滿庫(kù)蓄水運(yùn)用時(shí)滲漏量增加到6000L/s以上，為此進(jìn)行了第四次修補(bǔ)，利用導(dǎo)管法鋪灑粉質(zhì)細(xì)砂和礫石，將滲漏量減少到4000L/s以下。2000年下半年又進(jìn)行了第五次修補(bǔ)，采用鋪設(shè)7850m2的聚氯乙烯土工膜，將滲漏量從6000L/s減小至約600L/s。

滲漏調(diào)查分析：利用水下測(cè)聽(tīng)器（滲漏檢測(cè)儀）對(duì)滲漏進(jìn)行了探測(cè)，滲漏集中發(fā)生于壩肩坡度最陡處的周邊縫及其上方，開(kāi)裂區(qū)的圖像表明周邊縫開(kāi)始有滲漏，逐漸發(fā)展到周邊縫上方出現(xiàn)曲線狀的大裂縫。破壞機(jī)理和滲漏途徑是：1）周邊縫發(fā)生初始滲漏。2）墊層料區(qū)發(fā)生沖蝕、部分墊層料進(jìn)入鄰近的過(guò)渡層區(qū)。3）對(duì)面板支撐的料區(qū)損失導(dǎo)致附近區(qū)域面板開(kāi)裂。4）隨著滲漏量增大和更多細(xì)粒料遷移、面板開(kāi)裂加劇。

（2）墨西哥阿瓜密爾帕（Aguamilpa）面板壩（H=187m）。水庫(kù)于1993年中期開(kāi)始蓄水時(shí)最大滲漏量約為63L/s，而后減小到每秒僅幾升。1994年底，滲漏量增加到260L/s，當(dāng)時(shí)庫(kù)水位高程為219.0m（防浪墻頂部以下16m處）。1995年和1996年夏季水位高程略低于200.0m時(shí)滲漏減小到50L/s以下。1997年在高程198.0～202.0m的混凝土面板中發(fā)現(xiàn)有一些水平和斜向裂縫，測(cè)斜儀資料也表明在幾個(gè)高程上的數(shù)據(jù)異常。潛水員對(duì)混凝土面板進(jìn)行檢查后發(fā)現(xiàn)，在高程180.0m處有1條水平裂縫貫穿10塊面板，長(zhǎng)度為150m，最大縫寬為15mm。該裂縫局部被粉質(zhì)泥沙淤堵，某些地方有明顯滲漏。1994年滲漏量突然增加，估計(jì)是因?yàn)樗畮?kù)水位上升接近滿庫(kù)促使裂縫張開(kāi)所致。每年雨季庫(kù)水位上升，裂縫張開(kāi)，1998年和1999年的最大滲漏量分別為214L/s和173L/s，最小滲漏量分別小于50L/s和100L/s。后期檢查裂縫總長(zhǎng)度約為190m。面板裂縫是由于壩體分區(qū)填筑材料不同引起壩體上、下游兩區(qū)沉降不同所致。

（3）哥倫比亞格里拉斯（Golillas）面板壩（H=125m）的情況較為復(fù)雜，該壩不僅通過(guò)接縫而且還通過(guò)趾板基礎(chǔ)產(chǎn)生滲漏。由于部位低滲漏難以徹底解決。其發(fā)展過(guò)程總結(jié)如下：1）水庫(kù)首次蓄水期間，部分壩段主要接縫部位上游鋪蓋的黏土迅速被沖蝕的現(xiàn)象十分明顯，造成總滲漏量超過(guò)500L/s，并且有繼續(xù)增大的趨勢(shì)，這種狀況迫使水庫(kù)蓄水至50%水深時(shí)予以放空。2）對(duì)右壩肩高程2915m部位以及趾板與其基礎(chǔ)之間接觸部位進(jìn)行修補(bǔ)處理之后，水庫(kù)蓄水幾乎達(dá)到最高水位（高程2995m），仍然發(fā)現(xiàn)有嚴(yán)重的滲漏，但在較大程度上得到了控制，滲漏量約為1080L/s。3）水庫(kù)水位降低至高程2965m，以便對(duì)壩肩附近的區(qū)域進(jìn)行加固處理。清理趾板上游松散材料，填充主要接縫，用噴射混凝土加固趾板表面。在水庫(kù)再次蓄水時(shí)測(cè)得的總滲漏量?jī)H為650L/s。4）在接下來(lái)15年的運(yùn)行中大壩未發(fā)生較嚴(yán)重的變形，滲漏量自然減小。在最高庫(kù)水位條件下，滲漏量約為270L/s。大約于1999年中期，水庫(kù)在最高水位（高程2997.5m）下運(yùn)行10個(gè)月之后，滲漏量突然增大了200L/s，達(dá)到約470L/s，這可能是由于部分沉積在周邊縫中的細(xì)料被沖蝕所致。滲漏沒(méi)有影響大壩的穩(wěn)定性。

（4）泰國(guó)考蘭（Khao Laem）面板壩（H=130m）。工程所處壩基條件工程地質(zhì)條件極為復(fù)雜，大壩建在頁(yè)巖、砂巖以及石灰質(zhì)和非石灰質(zhì)粉砂巖互層上，局部夾有石灰?guī)r和喀斯特石灰?guī)r互層，巖層經(jīng)受過(guò)劇烈的斷層作用，存在多處洞徑達(dá)幾米的部分淤填的溶洞，在壩基以下200m的深度還發(fā)現(xiàn)有溶蝕特征。工程地基處理包括：沿趾板基準(zhǔn)線將壩上游1/4壩底寬處壩基覆蓋層開(kāi)挖至基巖。該工程自1984年水庫(kù)蓄水以來(lái)運(yùn)行良好。施工期間壩軸線處壩體最大沉降變形為0.5～1.4m，經(jīng)13年運(yùn)行壩頂沉降達(dá)15cm，為壩高的0.16%。在1984～1994年，曾對(duì)7次滲漏事件進(jìn)行了處理，每次滲漏量從約

30L/s增加到約100～200L/s。用砂石土對(duì)面板裂縫進(jìn)行了處理，在一些縫寬達(dá)5mm的較寬裂縫中還塞入了線繩。1994年雨季滿庫(kù)時(shí)滲漏量從約140L/s增加到980L/s。潛水員和遙控操作水下檢查儀（ROV）發(fā)現(xiàn)一個(gè)凹陷達(dá)20cm的面板開(kāi)裂區(qū)，在開(kāi)裂區(qū)上拋填砂礫石，將滲漏量減小到340L/s，未使用含細(xì)粒土的礫土。在該開(kāi)裂區(qū)進(jìn)行鉆孔和灌漿，結(jié)果使?jié)B漏量下降為25L/s。面板支撐狀況的差異性被認(rèn)為是造成裂縫的最初原因，墊層料區(qū)逐漸被沖蝕導(dǎo)致面板坍塌。2000年11月即水庫(kù)首次蓄水后的第16年，滲漏量突然從穩(wěn)定的100L/s增加到900L/s，在兩周之內(nèi)滲透量又增加到2200L/s。滲透源位于壩高中部（即壩高為90m處），該部位趾板建在混凝土樁搭接形成的截水墻上，該墻封堵一個(gè)貫穿石灰?guī)r地基50m深的大溶洞，因而在下游堆石壩體下保留了約40m厚的黏土質(zhì)母巖中石灰?guī)r巖塊層。遭受破壞的面板寬度為7m，坍塌深度為30cm，坍塌集中在1條有水平鋼筋連接的垂直縫，近似圓形的破壞區(qū)邊緣面板發(fā)生了剪切位移和錯(cuò)臺(tái)位移。對(duì)破損區(qū)域邊緣的大縫隙用填料修補(bǔ)，先填充礫石，接著用水硬性水泥砂漿和砂填充，將滲漏量減小至50L/s。縫隙填實(shí)后在12.5m×12.5m區(qū)域內(nèi)面板下墊層料進(jìn)行灌漿（孔間距2.5m）。造成破壞的兩個(gè)可能的原因是：1）通過(guò)止水的逐漸滲漏導(dǎo)致細(xì)粒料被帶走，面板失去支撐，直接發(fā)生坍塌。2）在下游黏土基質(zhì)母巖中石灰?guī)r塊石層中有一個(gè)灰?guī)r洞，造成堆石體松動(dòng)并塌陷導(dǎo)致面板損壞。2000年汛期前完成的一期滲漏處理包括：1）采用砂漿對(duì)混凝土面板與墊層區(qū)之間的脫空部位進(jìn)行回填灌漿。2）澆筑一塊新的混凝土面板，厚度為200mm（在破壞嚴(yán)重的部位為400mm厚）。2001年完成的二期處理包括：采用由水泥、粉煤灰和膨潤(rùn)土組成的混合料繼續(xù)對(duì)墊層區(qū)的脫空部位進(jìn)行回填灌漿，在壩面上敷設(shè)不透水土工膜、黏土和任意料。

（5）巴西（Campos Novos）面板壩（H=202m）。壩頂長(zhǎng)590m，正常蓄水位660m，上游壩坡1:1.3。2001年8月開(kāi)始施工，2005年10月10日開(kāi)始蓄水，一周后蓄水位達(dá)到653m。其間當(dāng)蓄水位升至642m高程時(shí)，中部17/18面板壓性縫出現(xiàn)擠壓破壞。破壞部位在水位以上數(shù)米，滲漏量從30L/s增至450L/s。滲漏量和擠壓裂縫穩(wěn)定5日后，破壞快速向上發(fā)展至防浪墻底部，向下至水下535m高程，滲漏量隨之增至800 L/s。中部面板脫空間隙最大可達(dá)4cm。此后，庫(kù)水位保持在640～645m高程。在60d內(nèi)，滲漏量發(fā)展到1300 L/s。隨后發(fā)現(xiàn)1）22/23號(hào)垂直縫接縫計(jì)記錄變化；2）25/26號(hào)垂直縫在壩頂部發(fā)生局部擠壓破壞。由此表明擠壓破壞還在發(fā)展。2006年6月由于一條導(dǎo)流洞出現(xiàn)意外，水庫(kù)被快速放空。在656m高程處的二、三期面板之間，暴露出長(zhǎng)達(dá)300m的橫向水平裂縫。裂縫處混凝土嚴(yán)重?cái)D壓剝落，鋼筋變形，據(jù)此認(rèn)定系由坡向高擠壓應(yīng)力造成。由于水平擠壓破壞，面板坡向位移達(dá)到20cm，大于水平向位移。

（6）巴西（Barra Grande）面板壩（H=185m），壩頂長(zhǎng)665m。正常蓄水位647m，上游壩坡1:1.3。大壩2001年7月開(kāi)始施工，2005年7月5日開(kāi)始蓄水。7月末到8月初正值雨季,庫(kù)水位平均每3d上升約20m。9月5日庫(kù)水位為617.5m。2005年9月19日庫(kù)水位達(dá)到630.3m時(shí)，水庫(kù)滲漏量達(dá)到220L/s。3d后庫(kù)水位達(dá)到634m，滲漏量增至428L/s，中部19/20面板垂直縫發(fā)生擠壓破壞。檢查發(fā)現(xiàn)，破壞延伸至水下約100m。同時(shí)22號(hào)面板所在的壩頂防浪墻也發(fā)生擠壓破壞，面板破壞部位發(fā)現(xiàn)面板脫空，脫空間隙最大達(dá)12cm。2005年11月，滲漏量達(dá)到1284L/s。早期的水下檢查未發(fā)現(xiàn)面板有水平向擠壓破壞。Campos Novos壩發(fā)現(xiàn)水平向擠壓破壞后，對(duì)該壩又進(jìn)行了仔細(xì)檢查，證實(shí)在中部壩高位置存在水平向擠壓破壞。

（7）非洲萊索托（Mohale）面板壩（H=145m），壩頂長(zhǎng)540m，上游壩坡1:1.4，防浪墻頂部高程2085.5m。大壩2002年11月初開(kāi)始蓄水，到2003年4月快速上升至2020m，以后庫(kù)水位上升減慢。2004年4月庫(kù)水位2043m，滲漏量為10 L/s。2006年2月庫(kù)水位2063m，因暴雨水位猛漲至2075m。2月14日大壩監(jiān)測(cè)到一次微震，17#/18#面板接縫頂部發(fā)生擠壓破壞，18#面板中心線上2064m高程的水平向應(yīng)變由590×10-6減小為335×10-6，滲漏量由13日的69L/s增至16日的248L/s。擠壓破壞從面板頂部快速向下發(fā)展，接縫兩側(cè)面板相互貫穿達(dá)8～10cm。一個(gè)月后，3月15日至17日，18#面板1976m高程處的坡向應(yīng)變由665×10-6減小為263×10-6；同時(shí)21#面板2020m高程處的坡向應(yīng)變由642×10-6減小為 250×10-6，1976m高程處的坡向應(yīng)變由 311×10-6減小為125×10-6，滲漏量由343L/s突增至600L/s。水下檢查發(fā)現(xiàn)，17#/18#面板的垂直縫破壞，在1980m高程處向右側(cè)水平向發(fā)展,直至23#面板1976m高程的位置。值得注意的是，通過(guò)2006年2月13日～4月10日面板壓應(yīng)變觀測(cè)結(jié)果的變化情況，可以看出垂直縫擠壓破壞和水平向擠壓破壞之間的相互影響歷程。當(dāng)2月14日17#、18#面板垂直縫擠壓破壞時(shí)，破壞部位發(fā)生水平向應(yīng)變釋放，此后18#面板下部坡向應(yīng)變小幅度逐漸增加，直至3月16日下部發(fā)生坡向應(yīng)變釋放，出現(xiàn)水平向擠壓破壞。

4 典型的面板擠壓破壞原因初步分析

從前述工程實(shí)例中看出，國(guó)內(nèi)外高面板壩發(fā)生靜力縱向擠壓破壞位置和現(xiàn)象基本不具共性。發(fā)生時(shí)段多為壩體表現(xiàn)最大變形期、累積變形期或強(qiáng)震影響。大壩變形是產(chǎn)生面板縱向擠壓破壞的主要原因。

紫坪鋪面板壩板間結(jié)構(gòu)縫發(fā)生擠壓和錯(cuò)臺(tái)破壞的主要原因是壩體地震永久變形導(dǎo)致壩體體積縮減，而面板混凝土為連續(xù)薄板結(jié)構(gòu)，縫間變形量是有限的，在短時(shí)變形協(xié)調(diào)過(guò)程中，壩體作用在面板上的摩擦力與地震動(dòng)應(yīng)力組合形成擠壓破壞力，面板與墊層料的變形差異性產(chǎn)生脫空現(xiàn)象。5#～6#面板間結(jié)構(gòu)縫由于位于較為陡峭的左壩肩附近，動(dòng)力反應(yīng)較為強(qiáng)烈，23#～24#面板結(jié)構(gòu)縫位于大壩最大斷面附近，該處地震永久變形最大，壩體與防滲結(jié)構(gòu)不協(xié)調(diào)變形最為明顯，以擠壓破壞的方式集中釋放了水平動(dòng)應(yīng)變能。

天生橋一級(jí)面板壩所測(cè)順壩軸線方向的位移為左右岸向河床方向變位，墊層料變形大于和先于面板變形，致使中間部位的面板受到擠壓。而在兩次擠壓破壞時(shí)縫兩側(cè)的測(cè)點(diǎn)都出現(xiàn)突變。大壩運(yùn)行初期，壩體變形是由左、右壩段向河床方向移動(dòng)，河床部位填筑體受到兩岸的擠壓，壩址處于較開(kāi)闊的“V”型河谷中，壩頂長(zhǎng)度達(dá)1104m，變形量累計(jì)到河床部位是相當(dāng)可觀的。在破損部位兩側(cè)的L3測(cè)線上的兩個(gè)測(cè)點(diǎn)（0＋678與0＋72樁號(hào)），位移量分別為向左28.24mm和向右31.7mm，相當(dāng)于在48m長(zhǎng)度內(nèi)要縮短59.9mm。破損部位的L3/L4接縫處的樁號(hào)為0＋686，正好位于變形方向轉(zhuǎn)變之處，也是受擠壓最嚴(yán)重的部位。2003年和2004年發(fā)生兩次面板接縫處混凝土擠壓破損后，混凝土內(nèi)部水平向壓應(yīng)變測(cè)值大幅度降低，L3測(cè)線的兩個(gè)測(cè)點(diǎn)間距離進(jìn)一步壓縮，2003年破損后縮短了約27.4mm，2004年第二次破損后又縮短了約2.5mm，都表明積累的應(yīng)變能的釋放。面板的擠壓破壞源于混凝土中過(guò)大的壓應(yīng)變。

天生橋一級(jí)混凝土面板內(nèi)部觀測(cè)資料繪制的混凝土應(yīng)變等值線圖可見(jiàn)，水平向壓應(yīng)變較大的區(qū)域約為樁號(hào)0＋620～0＋800，高程700～760m之間，最大水平向壓應(yīng)變?yōu)?48μ。而順坡向應(yīng)變的分布在高程760m以上為拉應(yīng)變區(qū)，最大拉應(yīng)變達(dá)到500μ以上，順坡向壓應(yīng)變的最大值為1061μ，位于二期面板的下部，這與破損部位的樁號(hào)和高程是基本一致的。

三板溪順坡（一期）水平向(二期)最大壓應(yīng)變分別為800（10-6）和154（10-6）；Mohale面板壩測(cè)得水平向最大壓應(yīng)變?yōu)?50*10-6（約0.69壩高處）；這類(lèi)破壞的特點(diǎn)是，擠壓破壞應(yīng)變均小于混凝土的峰值壓應(yīng)變，而后者一般為2000×10-6左右。國(guó)外專(zhuān)家認(rèn)為其面板接縫內(nèi)的平均壓應(yīng)力遠(yuǎn)小于混凝土的抗壓強(qiáng)度，不足以引發(fā)擠壓破壞，擠壓破壞應(yīng)是由接縫頂部的壓力集中造成的。

板間承壓面積的減小導(dǎo)致易于發(fā)生擠壓破壞。前期設(shè)計(jì)的面板頂部厚度多為300mm，向下隨深度增加的系數(shù)為0.0035，即每向下10.0m增加35mm，對(duì)水平向擠壓而言，最薄弱的是三期面板頂部。由于面板垂直縫底部銅止水片的突體高度為60mm，同時(shí)頂部設(shè)有V形槽，深度為50mm，使壓性垂直縫間的承壓面積減少了1/3以上，易于產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，加劇了擠壓破損的可能性。

5 借鑒和預(yù)防措施

防止高面板堆石壩混凝土面板結(jié)構(gòu)性破壞的措施主要包括兩個(gè)方面：一是控制壩體堆石的變形；二是提高面板適應(yīng)變形、抵抗壓應(yīng)力的能力。壩體總體變形的控制，主要通過(guò)合理分區(qū)、選擇堆石材料、改善堆石壓實(shí)和填筑體預(yù)沉降等方面進(jìn)行。為提高面板適應(yīng)變形和抵抗壓應(yīng)力的能力，目前采取的措施主要包含以下幾方面：1）改進(jìn)面板壓性縱縫設(shè)計(jì)，在河床斷面板縱縫之間，填入一定厚度的可變形材料，以吸收沿壩軸向方向的變形，釋放河床段面板積聚的應(yīng)變能，加寬壓區(qū)縱縫寬度約20～50mm。2）適當(dāng)增加河床段面板頂部面板的厚度，增加面板抗壓有效面積。3）優(yōu)化止水構(gòu)造等，降低壓性縱縫銅止水鼻子的高度，銅止水底部的砂漿墊層嵌入擠壓邊墻內(nèi)，減少壓性縱縫頂部的V形槽的深度，即間接增加面板承壓的的接觸面積。4）在受壓區(qū)面板側(cè)邊布置抗擠壓鋼筋。5）降低擠壓邊墻對(duì)混凝土面板的約束。建設(shè)200m級(jí)以上高壩，技術(shù)上首先應(yīng)避免在較低部位發(fā)生擠壓破壞，其次是防止中壩段集中變形區(qū)發(fā)生嚴(yán)重?cái)D壓破壞。

關(guān)于大壩滲漏突變的處理：一般要及時(shí)采取有針對(duì)性的修復(fù)措施，如我國(guó)紫坪鋪、天生橋一級(jí)面板壩。對(duì)于高面板壩較低部位或基礎(chǔ)部位滲漏通道處理是難度較大和復(fù)雜的，要求水庫(kù)具備相應(yīng)的放空條件，對(duì)此，新修訂的混凝土面板壩設(shè)計(jì)規(guī)范提出放空措施要求的相關(guān)規(guī)定。

6 結(jié)語(yǔ)

從目前國(guó)內(nèi)外高面板堆石壩工程運(yùn)用情況看，河床段面板擠壓破壞現(xiàn)象是高壩建設(shè)中應(yīng)當(dāng)引起工程技術(shù)人員高度重視的問(wèn)題。從上述工程實(shí)例中無(wú)論是地震力一次性震陷變形，還是初期蓄水后的自然沉降變形或較長(zhǎng)期運(yùn)用后壩體與面板變形受力工作條件的改變，均歸納為壩體變形是擠壓破壞的最根本原因。因此高面板堆石壩的壩體變形控制至關(guān)重要，是決定面板堆石壩能否向更高級(jí)別發(fā)展的重要因素。

面板擠壓破壞具有可修復(fù)性，既使壩體滲漏量有較大幅度增加，只要處理及時(shí)，總體上不會(huì)影響大壩安全。文中列舉的工程實(shí)例可作為工程技術(shù)人員參考借鑒，以便后續(xù)工程設(shè)計(jì)與施工采取有針對(duì)性措施。

1 工程安全監(jiān)測(cè)技術(shù)2007 北京:中國(guó)水利水電出版社，2007.

2 混凝土面板堆石壩設(shè)計(jì)與施工概念. 北京:中國(guó)水利水電出版社，2010.

3 土石壩技術(shù)2010年論文集. 中國(guó)電力出版社，2010.