CCS項目面板堆石壩止水設計與施工

【摘要】面板堆石壩體在水庫蓄水后，壩體會產生變形，并使得面板壩的分縫出現張開、錯動、沉陷等不利于大壩運行的因素。為適應壩體可能出現的變形，保證大壩的防滲可靠性，需要進行止水系統設計，其結構和尺寸要能保證在各種工況下能有效發揮作用，確保壩體的安全運行。

【關鍵詞】面板堆石壩；變形；防滲；止水

1、工程概況

1.1 項目概述

Coca Codo Sinclair（簡稱CCS）水電站為徑流式電站，位于南美洲厄瓜多爾國北部Napo省與Sucumbios省交界處、亞馬遜河水系Coca河流域，電站總裝機容量1500MW，安裝8臺沖擊式水輪機組。主要建筑物包括首部樞紐、輸水隧洞、調蓄水庫、壓力管道和地下廠房等。

1.2 面板堆石壩概述

CCS水電站調節水庫面板堆石壩屬于日調節水庫，水庫水位每日在4小時內由1229.5m降到1216 m附近，基荷5小時內水位由1216m升至1229.5m，腰荷15小時內水位維持在1229.5m。面板壩頂高程1233.5m，最大壩高58m，壩頂寬度10m，壩軸線長約141m，面板坡比1：1.4。大壩面板共分16塊，厚度40cm，最大斜長83.97m，總面積7510m2，總混凝土3004m3，鋼筋綁扎總量220T；結構分縫條幅寬分別為12.0m （CSF6-CSF11）、6.0m （CSF2-CSF5、CSF12-CSF15）及異型板（CSF1、CSF16）。

2、面板堆石壩止水設計

2.1 止水設計的結構選擇

面板堆石壩常規止水結構通常采用三道止水，即在表層接縫設置有蓋板保護的塑性嵌縫材料，在接縫中部設置止水帶，在接縫底部設置銅止水。工程實踐表明，該型式的中部止水帶在施工中很難與混凝土結合緊密，常發生漏水，同時在接縫位移下，接縫中的止水帶產生的集中應變較大，一旦被破壞，將降低止水結構的作用，即中部止水帶在結構上是有缺陷的，故本次設計采用兩道止水，即底部止水和表層止水。

底部止水結構采用6mm厚三元乙丙橡膠墊板（EPDM）和“W”型銅止水相結合方式，銅止水中部滿塞氯丁橡膠棒，氯丁橡膠棒下部設聚氨酯泡沫板。

表層止水結構采用6mm厚增強型三元乙丙橡膠蓋板（EPDM）和柔性止水填料作為表層止水，內設PVC棒。止水設計如圖1所示。

2.2 止水結構中的各材料作用

2.2.1 底部止水

底部止水所用材料為：三元乙丙橡膠墊板（EPDM）、銅止水、聚氨酯泡沫板、氯丁橡膠棒，其中：

（1）三元乙丙橡膠墊板（EPDM）的作用為銅止水提供支撐平臺，并傳遞水壓力。

（2）銅止水的作用為利用銅優良的可加工性、良好的延展性，使其在底部結構發生不均與沉降時不容易發生斷裂，達到止水的效果。

（3）聚氨酯泡沫板的作用是支撐上部氯丁橡膠棒，從而達到穩定效果。

（4）氯丁橡膠棒的作用為避免水載荷過大而破壞銅止水中肋而進行嵌入的支撐材料。

2.2.2 表層止水

表層止水所用材料為：增強型三元乙丙橡膠蓋板（EPDM）、PVC棒、柔性止水填料，其中：

增強型三元乙丙橡膠蓋板主要作用為：

（1）有效保護柔性止水材料免受外力破壞。

（2）保證蓋板與柔性填料的緊密結合，有效傳遞水壓力。

（3）因其本身是通過SK底膠及封邊劑粘結在混凝土表面，使其本身成為一道有利的止水。

PVC棒的作用是為了確保止水帶在大接縫張開情況下承受高水壓力作用，在止水帶下面的縫口處設置其作為支撐，保證止水在運行過程中能夠滯留在縫口，不被壓入嵌縫以發揮支撐作用。

柔性止水填料主要作用為在一定水壓力作用下即可發生流動，起到高分子材料流動止水作用；并具有在均布水壓力作用下的抗擊穿性能、流動性能及抗滲性能、耐熱寒性、耐冷凍循環性、耐粘結性等優點。

柔性止水填料與三元乙丙橡膠蓋板組合較傳統粉煤灰與鍍鋅鋼板組合相比，有以下優點：

（1）適應變形能力強：三元乙丙橡膠蓋板型式設計成變形能力很大的的波浪形，因此能適應大接縫位移，而鍍鋅鋼板適應變形能力較弱。

（2）材料穩定性強：柔性止水為高分子化學材料，穩定性強；而粉煤灰屬于物理性嵌縫材料，容易在水位變動時候，在接縫不嚴密情況下發生被流失帶走現象。

（3）施工方便：因柔性止水填料可塑性高，而粉煤灰無可塑性；特別是在大壩后期因運行需要更換止水材料時，施工更加方便。

2.2.3 其它配套材料

其它配套材料為：聚乙烯閉孔泡沫板、不銹鋼角鋼、不銹鋼膨脹螺栓、SK底膠、封邊劑，其中：

（1）聚乙烯閉孔泡沫板的作用是防止面板出現變形時不至于使混凝土出現破碎現象。

（2）不銹鋼角鋼、不銹鋼膨脹螺栓的作用錨固增強型三元乙丙橡膠蓋板。

（3）SK底膠的主要作用為增強混凝土與柔性填料、三元乙丙橡膠蓋板的粘結強度，同時其特別適用于多雨潮濕氣候以及受養護水干擾較大的施工環境。

（4） 封邊劑的作用為能對混凝土基面、防滲蓋片均有良好的粘結性和保護作用的材料，可以對防滲蓋片的邊緣封邊粘結補強，延長其防滲滲徑。

3、面板堆石壩止水施工

3.1銅止水施工

3.1.1銅止水腔內材料嵌填

銅止水用成型機預先在加工場制作完成，待運至現場后，放在特制平臺上，采用橡皮錘和木錐將氯丁橡膠棒、聚氨酯泡沫板逐一輕輕嵌入銅止水腔內。

3.1.2銅止水安裝

由測量放好銅止水安裝線，人工搬運逐條進行安裝，銅止水中心線與設計線的最大偏移量不得超過3mm，安裝好的止水銅片應加強保護，防止澆筑砼時產生形變、變位或遭到破壞。

3.2 底部止水施工

施工工藝流程為：砂漿墊層面處理→涂刷底膠→三元乙丙橡膠墊板鋪設→銅止水腔內材料嵌填→銅止水安裝。

3.2.1砂漿墊層面清理

用毛刷清理砂漿表面的松散物、油漬及其他雜物，并用高壓水沖洗干凈。

3.2.2涂刷底膠

在混凝土表面涂刷一道配套底膠，待完全干透后，干燥地區時間約15～25min，潮濕地區約25～35min，準備鋪設三元乙丙橡膠墊板。

3.2.3三元乙丙橡膠墊板鋪設

涂刷底膠工序完成后，將墊板取出，采用自上而下鋪設，并用橡皮錘對材料進行錘實，加強與底膠的粘結作用。

3.3 表層止水施工

施工工藝流程為：基面處理→涂刷底膠→柔性材料找平→PVC棒安裝→嵌填柔性材料→增強型三元乙丙橡膠蓋板粘貼→錨固、封邊

3.3.1基面處理

1）用電動鋼絲刷或鋼絲刷清理混凝土面板預留縫槽及待粘貼柔性填料的混凝土基面，除去混凝土表面的混凝土松散物、油漬及其他雜物，對混凝土表面存在凹凸體和錯合處要進行打磨，以利于施工和后期角鋼錨固固定。

2）如混凝土基面存在蜂窩麻面、起砂、凹坑缺陷，可在施工時用柔性填料找平。

3）用高壓水沖洗或者毛刷手工清理打磨下來的粉塵和混凝土顆粒，保證基面的干凈。

3.3.2涂刷底膠

1）用棉紗或海綿將待粘貼柔性填料的混凝土基面擦拭一遍，除去表面的浮土和浮水，晾干待用。

2）在混凝土表面涂刷第一道配套底膠，待完全干透后，干燥地區時間約15～25min，潮濕地區約25～35min，涂刷第二道配套底膠，等干透后待用。

3.3.3柔性材料找平

將柔性填料切割成薄片后，攤鋪在待粘貼柔性填料的混凝土表面，用木條或手將材料薄片從縫中部向兩側粘貼，在混凝土表面形成厚約3～5mm的柔性填料找平層。

3.3.4PVC棒安裝

找平后，利用柔性材料粘貼性，迅速將PVC橡膠棒固定在縫槽底部。

3.3.5柔性填料的嵌填

（1）將柔性填料切片堆放在縫槽表面，先用模具卡尺放在其上方，作為結構尺寸參照依據，手工持橡皮錘對材料整形、密實，整個過程自下而上進行施工。

（2）柔性填料嵌填完成后，按照10m為一段，再用模具卡尺檢查其幾何尺寸是否符合設計要求；按照100m取一檢驗段，將柔性填料鼓包切開檢查柔性填料與混凝土基面是否粘結牢固，填料是否充填密實。如存在尺寸不符合要求或者粘結質量較差部位，則應返工處理。

（3）柔性填料應充滿預留槽并滿足設計要求的斷面尺寸，柔性填料尺寸允許偏差為±10mm。

3.3.6增強型三元乙丙橡膠蓋板粘貼

在柔性填料施工滿足要求的斷面尺寸后，清理蓋板兩側粘結范圍內的油漬、浮土及雜物，自上而下進行蓋板粘貼，粘貼過程中應加壓并排盡空氣，以確保蓋板與填料及混凝土表面粘結緊密。

3.3.7錨固、封邊

鋪好蓋板后，用鍍鋅角鋼和膨脹螺栓按圖紙所示位置將蓋片固定緊密，然后用封邊劑封邊。

4、施工質量控制要點與標準

（1）嚴禁使用鐵質類錘具進行銅止水腔內材料填充，以免損傷銅止水。

（2）三元乙丙橡膠墊板應平鋪在砂漿面上，不得有褶曲和脫空，其軸線應與設計縫軸線重合，誤差不大于±10mm。

（3）銅止水中心線與設計線的最大偏移量不得超過3mm。

（4）柔性填料應充滿整個預留槽并滿足設計要求斷面尺寸，邊緣允許偏差±10mm。

（5）三元乙丙橡膠蓋板的連接采用黏結連接，重疊長度要大于20cm。

（6）表層止水施工完成后，按照每100m取一檢驗段進行檢驗，將蓋片揭開15～20 cm，檢查柔性填料與混凝土基面是否粘結牢固，填料是否充填密實。

5、結語

自2015年10月調節水庫開始蓄水，同年12月蓄水至最高水位1229.5m，并運行至今，根據面板堆石壩壩后量水堰實際流量監測，除去降雨天氣外，實測最大流量為21.7L/s，最小為5.3L/s，遠遠滿足合同中規定的滲漏量小于200L/s的要求。

以上數據表明面板堆石壩采用的底部和表層兩道止水設計合理，止水施工是滿足要求，可為今后的類似工程提供實踐經驗。

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作者簡介：陳勇（1968-），男，重慶梁平人，黨委書記，高級工程師，學士學位，從事建設工程施工技術及管理工作。