【摘 要】近些年來，面板堆石壩因其具有良好的抗滑穩定性、良好的滲透穩定性、經濟、適應性強等優點而廣泛應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行的最大威脅。本文探討混凝土面板堆石壩面破壞機理，并提出相關防治措施。【關鍵詞】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構、并在其上游表面設置混凝土面板作為防滲結構的一種堆石壩。面板裂縫以成為堆石壩安全運行的最大威脅，其主要有表面性裂縫和結構性裂縫兩種。溫度裂縫和干縮裂縫多為表面性裂縫，又稱為非結構性裂縫；貫穿性裂縫為結構性裂縫。　　 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致面板擠壓破壞的最主要因素。對于一個具體的工程而言，面板的擠壓破壞往往是多種因素的綜合作用所致。從面板堆石壩的運行特性和混凝土面板的應力狀態看，面板擠壓破壞的影響因素主要包括以下幾個方面：　　1.1壩體變形　　壩體堆石在水庫蓄水以后所產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、堆石的壓實密度、以及堆石體的填筑施工順序等。相對而言，硬巖堆石的變形較小，軟巖堆石的變形較大。壓實密度較高的堆石體變形較小，而壓實密度較低的堆石體變形較大。從我國目前的幾座高混凝土面板堆石壩的工程實踐看，壩體堆石均采用了中等硬度（飽和抗壓強度大于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，對于高壩而言，盡可能地減小主堆石區和次堆石區材料特性的差異，使填筑的壩體變形均勻，這也將有效地改善面板的應力狀況，但要與充分利用各類材料和減少環境應力矛盾。　　1.2河谷形狀　　從大壩的應力、變形分析角度看，不同的地形條件對于壩體和面板的應力和變形有著較為明顯的影響。河谷的寬窄

復合土工膜（復合防滲膜）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、頂破等物理力學性能指標高，產品具有強度高，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。能滿足水利、市政、建筑、交通，地鐵、隧道、工程建設中的防滲、隔離、補強、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，以及廢料場的防污處理。

、岸坡的陡緩、兩岸坡的對稱性、以及壩肩是否存在臺地等均可直接影響著壩體、面板的應力變形分布。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形河谷更容易導致河床中部面板擠壓應力的積累。從上述發生面板擠壓破壞的幾座面板堆石壩工程看，除天生橋一級面板堆石壩外，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。對于狹窄河谷，面板擠壓應力的積累相對較快，所以，上述幾座國外的面板堆石壩在蓄水初期即出現了面板的擠壓破壞。而天生橋一級面板堆石壩由于河谷寬闊，堆石體后期變形及面板擠壓應力的積累需假以時日，因此，擠壓破壞發生在水庫蓄水運行后的第5年。　　1.3壩高　　從目前統計資料看，出現面板擠壓破壞的工程均為壩高大于150 m的高面板堆石壩。壩高對于面板擠壓破壞的影響主要表現在隨著壩高的增加，壩體的整體變形量加大，同時，由于高應力的作用，堆石的流變變形也會隨之增加。另外，較高的庫水位，也會導致面板應力的進一步增大。　　1.4面板厚度　　目前，混凝土面板堆石壩面板厚度的設計均遵從庫克提出的與水頭相關的變厚度公式，即：t=0.3+0.003H（其中，t為面板厚度，H為水頭，m）。從面板發生擠壓破壞的部位看，所有的破壞均發生在面板頂部。而從面板厚度計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生擠壓破壞的因素之一。　　1.5面板縱縫設計　　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致面板周邊縫的拉開后，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變能無法釋放。當壩高較低、壩體位移較小時，這種應變能的積累將只會導致面板應力的增加，而當壩高較高、堆石體位移較大時，就將導致面板的擠壓破壞。因此，對于高面板堆石壩，在上部面板的的壓性縫間適當設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變能量，將對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　　蓄水期河床段面板的中部沿壩軸呈雙向受壓狀態（沿壩軸向方向和沿壩坡方向），面板頂部在壩坡方向為受拉狀態，而沿壩軸線方向為受壓狀態。河床段面板頂部受力狀態為拉壓組合，即為空間異號受力狀態，因此，從材料力學的觀點來看，這個位置也是較容易發生破壞的部位。　　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較大的水平向壓應力，因此，面板的配筋也會對面板的抗壓能力有所影響。在河床段面板的受壓區，適當考慮采用一些抗擠壓配筋，將會對提高面板的抗擠壓能力有所幫助。　　1.8面板運行的環境　　面板堆石壩建成運行后，底部的面板常年處于水下，其運行環境相對較為穩定，而水位變動區和水位線以上部分的面板則易受到周圍環境的影響，如水溫、氣溫、陽光、冰凍等。在河床部位面板已經積累較高擠壓應力的情況下，外界環境因素作用所導致的附加應力將使得面板的受力狀況更加惡化。　　 2.措施　　目前國內外高面板堆石壩工程中所出現的河床段面板擠壓破壞現象應引起工程技術人員的高度重視。從上述的分析中可以發現，造成這種擠壓破壞的最根本原因是堆石的變形。由此可見，對于高面板堆石壩而言，壩體的變形控制至關重要。這也是決定面板堆石壩是否能夠向更高的高度發展的重要因素。　　從以往的高面板堆石壩建設經驗看，通過采取一定的工程措施，高面板堆石壩的變形應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，在工程的設計與施工中，可以采取以下工程措施：　　（1）改善堆石的材料特性，提高堆石的壓實狀況。對于高面板堆石壩工程，應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）進一步優化壩體的斷面分區。分區優化的原則應使主堆石區自身相對較為穩定，并能夠為面板提供可靠的支撐。因此，主、次堆石的分區線應傾向下游側，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機。應盡量保持上下游填筑的均衡上升，可能的話，最好能使下游區的填筑高度適當高于上游區。面板澆筑之前，應預留一定的堆石沉降時間，并同時以堆石的沉降變形觀測控制面板澆筑時機。　　（4）適當采用縫間柔性填料。在計算分析預測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）嚴格控制面板混凝土澆筑質量。