【摘 要】近些年來(lái)，面板堆石壩因其具有良好的抗滑穩(wěn)定性、良好的滲透穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于水利水電樞紐工程中。混凝土堆石壩面板破壞成為大壩安全運(yùn)行的最大威脅。本文探討混凝土面板堆石壩面破壞機(jī)理，并提出相關(guān)防治措施。【關(guān)鍵詞】面板堆石壩；面板破壞；防治措施　　 0.引言　　混凝土面板堆石壩(CFRD:Concrete Faced Rockfill Dam)是以堆石體為支承結(jié)構(gòu)、并在其上游表面設(shè)置混凝土面板作為防滲結(jié)構(gòu)的一種堆石壩。面板裂縫以成為堆石壩安全運(yùn)行的最大威脅，其主要有表面性裂縫和結(jié)構(gòu)性裂縫兩種。溫度裂縫和干縮裂縫多為表面性裂縫，又稱為非結(jié)構(gòu)性裂縫；貫穿性裂縫為結(jié)構(gòu)性裂縫。　　 1.面板擠壓破壞的影響因素分析　　混凝土面板堆石堆石的變形是導(dǎo)致面板擠壓破壞的最主要因素。對(duì)于一個(gè)具體的工程而言，面板的擠壓破壞往往是多種因素的綜合作用所致。從面板堆石壩的運(yùn)行特性和混凝土面板的應(yīng)力狀態(tài)看，面板擠壓破壞的影響因素主要包括以下幾個(gè)方面：　　1.1壩體變形　　壩體堆石在水庫(kù)蓄水以后所產(chǎn)生的變形是影響混凝土面板受力的最重要因素。而影響壩體變形的主要因素包括堆石材料的性質(zhì)、堆石的壓實(shí)密度、以及堆石體的填筑施工順序等。相對(duì)而言，硬巖堆石的變形較小，軟巖堆石的變形較大。壓實(shí)密度較高的堆石體變形較小，而壓實(shí)密度較低的堆石體變形較大。從我國(guó)目前的幾座高混凝土面板堆石壩的工程實(shí)踐看，壩體堆石均采用了中等硬度（飽和抗壓強(qiáng)度大于30 MPa）以上的堆石材料，堆石的填筑密度也較早期的百米級(jí)壩高面板堆石壩有了較大的提高，堆石的孔隙率一般都小于20%。從填筑施工的順序看，在滿足施工導(dǎo)流渡汛要求的前提下，盡可能地縮小上、下游填筑面的高差，使上、下游填筑面平行上升，將有效地改善壩體的變形性狀。另外，對(duì)于高壩而言，盡可能地減小主堆石區(qū)和次堆石區(qū)材料特性的差異，使填筑的壩體變形均勻，這也將有效地改善面板的應(yīng)力狀況，但要與充分利用各類(lèi)材料和減少環(huán)境應(yīng)力矛盾。　　1.2河谷形狀　　從大壩的應(yīng)力、變形分析角度看，不同的地形條件對(duì)于壩體和面板的應(yīng)力和變形有著較為明顯的影響。河谷的寬窄

復(fù)合土工膜（復(fù)合防滲膜）分為一布一膜和兩布一膜，寬幅4-6m，重量為200—1500g/平方米，抗拉、抗撕裂、頂破等物理力學(xué)性能指標(biāo)高，產(chǎn)品具有強(qiáng)度高，延伸性能較好，變形模量大，耐酸堿、抗腐蝕，耐老化，防滲性能好等特點(diǎn)。能滿足水利、市政、建筑、交通，地鐵、隧道、工程建設(shè)中的防滲、隔離、補(bǔ)強(qiáng)、防裂加固等土木工程需要。常用于堤壩、排水溝渠的防滲處理，以及廢料場(chǎng)的防污處理。

、岸坡的陡緩、兩岸坡的對(duì)稱性、以及壩肩是否存在臺(tái)地等均可直接影響著壩體、面板的應(yīng)力變形分布。就面板沿壩軸線方向的位移而言，壩肩面板向河谷中心方向的位移主要是受到堆石變形的牽帶作用。相對(duì)而言，在河谷狹窄、寬高比較小的地形條件下，河床中部面板所受到的擠壓應(yīng)力較大。另外，從河谷的形狀看，V形河谷較U形河谷更容易導(dǎo)致河床中部面板擠壓應(yīng)力的積累。從上述發(fā)生面板擠壓破壞的幾座面板堆石壩工程看，除天生橋一級(jí)面板堆石壩外，大部分的工程的壩址地形均為狹窄河谷（寬高比小于4）。天生橋一級(jí)面板堆石壩雖然河谷較寬，但從壩址的地形性狀看，其河谷形式仍屬于V形河谷。對(duì)于狹窄河谷，面板擠壓應(yīng)力的積累相對(duì)較快，所以，上述幾座國(guó)外的面板堆石壩在蓄水初期即出現(xiàn)了面板的擠壓破壞。而天生橋一級(jí)面板堆石壩由于河谷寬闊，堆石體后期變形及面板擠壓應(yīng)力的積累需假以時(shí)日，因此，擠壓破壞發(fā)生在水庫(kù)蓄水運(yùn)行后的第5年。　　1.3壩高　　從目前統(tǒng)計(jì)資料看，出現(xiàn)面板擠壓破壞的工程均為壩高大于150 m的高面板堆石壩。壩高對(duì)于面板擠壓破壞的影響主要表現(xiàn)在隨著壩高的增加，壩體的整體變形量加大，同時(shí)，由于高應(yīng)力的作用，堆石的流變變形也會(huì)隨之增加。另外，較高的庫(kù)水位，也會(huì)導(dǎo)致面板應(yīng)力的進(jìn)一步增大。　　1.4面板厚度　　目前，混凝土面板堆石壩面板厚度的設(shè)計(jì)均遵從庫(kù)克提出的與水頭相關(guān)的變厚度公式，即：t=0.3+0.003H（其中，t為面板厚度，H為水頭，m）。從面板發(fā)生擠壓破壞的部位看，所有的破壞均發(fā)生在面板頂部。而從面板厚度計(jì)算公式所確定的面板厚度在頂部最薄，因此，面板承壓面積的減少也可能是影響面板發(fā)生擠壓破壞的因素之一。　　1.5面板縱縫設(shè)計(jì)　　早期的面板堆石壩面板縱縫之間曾采用木條等填充材料，但從哥倫比亞的安其卡亞面板堆石壩因面板間柔性填充而導(dǎo)致面板周邊縫的拉開(kāi)后，大部分的面板堆石壩工程均取消了面板壓性縫的縫間填充，面板與面板之間為硬性接觸。這導(dǎo)致了面板沿壩軸線方向的位移受到一定的限制，從而使河床中部面板因面板沿壩軸向位移所積聚的應(yīng)變能無(wú)法釋放。當(dāng)壩高較低、壩體位移較小時(shí)，這種應(yīng)變能的積累將只會(huì)導(dǎo)致面板應(yīng)力的增加，而當(dāng)壩高較高、堆石體位移較大時(shí)，就將導(dǎo)致面板的擠壓破壞。因此，對(duì)于高面板堆石壩，在上部面板的的壓性縫間適當(dāng)設(shè)置一定厚度的柔性填充材料，以吸收一部分面板的縱向位移，釋放河床段面板所積聚的應(yīng)變能量，將對(duì)避免面板的擠壓破壞起到較好的作用。　　1.6混凝土受力狀態(tài)　　蓄水期河床段面板的中部沿壩軸呈雙向受壓狀態(tài)（沿壩軸向方向和沿壩坡方向），面板頂部在壩坡方向?yàn)槭芾瓲顟B(tài)，而沿壩軸線方向?yàn)槭軌籂顟B(tài)。河床段面板頂部受力狀態(tài)為拉壓組合，即為空間異號(hào)受力狀態(tài)，因此，從材料力學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)看，這個(gè)位置也是較容易發(fā)生破壞的部位。　　1.7面板配筋　　目前，面板堆石壩的面板配筋多采用雙向0.35%～0.4%的配筋率，配筋率有所降低，而且，水平配筋率還略低于豎向。由于高壩河床段面板可能承受相對(duì)較大的水平向壓應(yīng)力，因此，面板的配筋也會(huì)對(duì)面板的抗壓能力有所影響。在河床段面板的受壓區(qū)，適當(dāng)考慮采用一些抗擠壓配筋，將會(huì)對(duì)提高面板的抗擠壓能力有所幫助。　　1.8面板運(yùn)行的環(huán)境　　面板堆石壩建成運(yùn)行后，底部的面板常年處于水下，其運(yùn)行環(huán)境相對(duì)較為穩(wěn)定，而水位變動(dòng)區(qū)和水位線以上部分的面板則易受到周?chē)h(huán)境的影響，如水溫、氣溫、陽(yáng)光、冰凍等。在河床部位面板已經(jīng)積累較高擠壓應(yīng)力的情況下，外界環(huán)境因素作用所導(dǎo)致的附加應(yīng)力將使得面板的受力狀況更加惡化。　　 2.措施　　目前國(guó)內(nèi)外高面板堆石壩工程中所出現(xiàn)的河床段面板擠壓破壞現(xiàn)象應(yīng)引起工程技術(shù)人員的高度重視。從上述的分析中可以發(fā)現(xiàn)，造成這種擠壓破壞的最根本原因是堆石的變形。由此可見(jiàn)，對(duì)于高面板堆石壩而言，壩體的變形控制至關(guān)重要。這也是決定面板堆石壩是否能夠向更高的高度發(fā)展的重要因素。　　從以往的高面板堆石壩建設(shè)經(jīng)驗(yàn)看，通過(guò)采取一定的工程措施，高面板堆石壩的變形應(yīng)該可以得到有效地控制，而面板的擠壓破壞也并非不可避免。具體而言，在工程的設(shè)計(jì)與施工中，可以采取以下工程措施：　　（1）改善堆石的材料特性，提高堆石的壓實(shí)狀況。對(duì)于高面板堆石壩工程，應(yīng)盡量采用中硬巖材料筑壩，并盡可能地提高堆石的巖石密度，降低其孔隙率（主堆石宜控制在20%以下）。　　（2）進(jìn)一步優(yōu)化壩體的斷面分區(qū)。分區(qū)優(yōu)化的原則應(yīng)使主堆石區(qū)自身相對(duì)較為穩(wěn)定，并能夠?yàn)槊姘逄峁┛煽康闹巍Ｒ虼耍鳌⒋味咽姆謪^(qū)線應(yīng)傾向下游側(cè)，且坡度不宜大于1∶0.5。　　（3）合理控制壩體的填筑施工步驟和面板澆筑時(shí)機(jī)。應(yīng)盡量保持上下游填筑的均衡上升，可能的話，最好能使下游區(qū)的填筑高度適當(dāng)高于上游區(qū)。面板澆筑之前，應(yīng)預(yù)留一定的堆石沉降時(shí)間，并同時(shí)以堆石的沉降變形觀測(cè)控制面板澆筑時(shí)機(jī)。　　（4）適當(dāng)采用縫間柔性填料。在計(jì)算分析預(yù)測(cè)的面板沿壩軸線方向水平位移零線附近的垂直縫間填充柔性材料。　　（5）嚴(yán)格控制面板混凝土澆筑質(zhì)量。