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        超高混凝土面板堆石壩建設(shè)中的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題分析

        2016-04-12 00:00:00黃三林

        【摘要】由于受到了壩坡穩(wěn)定和石堆材料滲透穩(wěn)定,壩體堆石變形控制以及混凝土面板應(yīng)力狀態(tài)等各方面的因素,超高混凝土面板堆石壩建設(shè)過(guò)程中面臨了相當(dāng)嚴(yán)峻的技術(shù)問(wèn)題。因此,本文考慮了壩體材料的改進(jìn),筑壩材料的選擇、堆石壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)控制,以及面板澆筑時(shí)機(jī)選擇,面板厚度設(shè)計(jì)、面板鋼筋排列等方面,采取相應(yīng)的工程措施,達(dá)到盡可能的減少堆石變形和降低混凝土面板受到的相應(yīng)作用力。

        【關(guān)鍵詞】超高混凝土面板堆石壩;堆石控制;面板作用力

        前言

        進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái),隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,在混凝土面板堆石壩的建設(shè)方面更加完善,人們對(duì)于水電方面的需求不斷增長(zhǎng),因此,混凝土面板堆石壩的壩高也不斷增加,國(guó)際上不斷開(kāi)工建設(shè)和建成一批壩高200m的超高混凝土面板堆石壩,如145m高的萊索托莫哈里壩,185m高的巴西巴拉格蘭德壩,還有202m高的坎珀斯諾沃斯壩等等,這些壩的建筑從而滿(mǎn)足人們的需要。近年來(lái),我國(guó)也相繼建成壩高179.5m的洪家渡壩、壩高185m的三板溪壩、壩高233m的水布埡壩等高混凝土面板壩工程,這些工程為超高混凝土面板堆石壩的技術(shù)提升奠定了基礎(chǔ)。本文主要通過(guò)對(duì)超高混凝土面板堆石壩建設(shè)過(guò)程中的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行分析和探討。

        1、壩坡穩(wěn)定問(wèn)題

        早期混凝土面板堆石壩的上下游坡比為1:1.4,巴西近年來(lái)修筑了幾座上下游坡比為1:1.3的超高混凝土面板堆石壩。雖然其邊坡較為陡峭,但是從壩體的運(yùn)行情況來(lái)看,壩體較為穩(wěn)定,并未出現(xiàn)特別問(wèn)題。因此,對(duì)于超高面板壩而言,采取1:1.3的坡比是可以的,但是,這是在筑壩材料的強(qiáng)度可以滿(mǎn)足相應(yīng)的要求的情況下。從一般情況看,常規(guī)堆石體具有較高的強(qiáng)度,維持著邊坡,但是隨著壩高增加,其所受到的應(yīng)力水平增加,堆石的強(qiáng)度也會(huì)受到其影響,產(chǎn)生相應(yīng)變化。因此,通過(guò)研究堆石材料,探討其在高應(yīng)力水平下強(qiáng)度變化規(guī)律,可以更好的建筑超高混凝土面板壩。

        2、滲透穩(wěn)定性問(wèn)題

        用于修建超高混凝土面板堆石壩的堆石粗顆粒,由于是經(jīng)歷了碾壓過(guò)后所形成的骨架,能較好地保持其滲透穩(wěn)定性。因此,堆石的滲透穩(wěn)定問(wèn)題不是面板石壩的制約因素。但是由于壩高增加會(huì)導(dǎo)致上游水頭增大,水頭越高,壓力越大,在高水頭壓力下,所以壩體的滲透穩(wěn)定性對(duì)于整體穩(wěn)定而言尤為重要,壩體的上游墊層區(qū)和過(guò)渡區(qū)的滲透穩(wěn)定是建設(shè)過(guò)程中的關(guān)鍵問(wèn)題。合理的級(jí)配分區(qū)材料,尤其是上游的墊層區(qū)和過(guò)渡區(qū),可以設(shè)置合理的滲透系數(shù),這樣既可以起限漏作用,又可以堵住面板下面漏水。目前超高混凝土面板堆石壩建設(shè)中,墊層區(qū)的設(shè)計(jì)過(guò)程中通常采用半透水級(jí)配,墊層區(qū)的寬度一般為3-4米。但是,如果未來(lái)壩高繼續(xù)增加,需要更加謹(jǐn)慎的研究高水頭壓力情況下,墊層區(qū)和過(guò)渡區(qū)的級(jí)配料比。通過(guò)準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)和計(jì)算分析研究,從而達(dá)到反濾保護(hù)作用。

        3、堆石變形控制與面板應(yīng)力

        3.1變形控制及相關(guān)工程措施

        從面板壩建設(shè)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)來(lái)看,堆石體是主要的支撐結(jié)構(gòu),壩體變形控制是面板堆石壩的關(guān)鍵技術(shù)核心。對(duì)于300m超高混凝土面板堆石壩而言,關(guān)鍵的技術(shù)主要是涉及到壩體的分區(qū)設(shè)計(jì),構(gòu)筑材料工程特性及計(jì)算理論,但是最為核心的依然是堆石體的變形控制,施工期和蓄水期由于堆石體自重和水負(fù)載產(chǎn)生的變形和徐變,隨著面板壩的壩高從200m向300m級(jí)跨越,不可避免的出現(xiàn)了較大增長(zhǎng)。傳統(tǒng)的混凝土面板堆石壩壩體形變一般會(huì)將其控制在壩高的1%之內(nèi),但是由于300m級(jí)超高混凝土面板堆石壩的壩體堆石變形和面板之間的應(yīng)力的量值關(guān)系不明確,因此,很難將變形量控制在相應(yīng)的指標(biāo)之內(nèi)。

        為此,在設(shè)計(jì)和建設(shè)超高混凝土面板堆石壩的過(guò)程中,考慮壩料特性,計(jì)算理論值,通過(guò)優(yōu)化仿真分析,壩料使用,壩料分區(qū)和填筑程序等方面,研究堆石體移動(dòng)的量值特點(diǎn)、分布規(guī)律,面板的應(yīng)力分布特點(diǎn)和面板應(yīng)力的移動(dòng)位置。通過(guò)這些相關(guān)的研究,針對(duì)300m超高混凝土面板堆石壩的應(yīng)力變形特點(diǎn),合理安排其堆石填筑,壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn),面板分期澆筑和度蓄計(jì)劃,最大限度地控制超高混凝土面板堆石壩的壩體變形。

        另一方面,由堆石體所受到的應(yīng)力水平導(dǎo)致的瞬間變形和蠕變變形,都和壩體的高度有著直接關(guān)系。因此控制堆石體變形依然是未來(lái)面板壩設(shè)計(jì)的核心,從選材,斷面分區(qū),填筑分期等等方面,控制其變形,方可確保壩體穩(wěn)定。

        3.2面板應(yīng)力及相關(guān)工程措施

        混凝土面板是壩體的主要擋水防滲部分,面板接縫良好可以很好的止水,也可成為面板壩最為主要的防滲屏障。探究混凝土面板的應(yīng)力分布,保證接縫系統(tǒng)安全,一直是超高混凝土面板堆石壩建設(shè)中的核心。目前,適合200m壩高的接縫變形和可承受高壓水頭的面板壩材料,已經(jīng)得到充分驗(yàn)證,并且廣泛應(yīng)用。如以銅、表面塑性及自愈性為主的高性能接縫止水材料。

        通過(guò)探究面板壩的壩高變形特點(diǎn)和高水頭作用負(fù)載,開(kāi)發(fā)新型止水材料,探究更為高效可靠的止水結(jié)構(gòu)是未來(lái)超高混凝土面板堆石壩的研究重點(diǎn)。同時(shí),通過(guò)合理分縫也是改變面板的應(yīng)力水平和減少面板裂縫的工程措施。

        結(jié)語(yǔ):

        本文討論了超高混凝土面板堆石壩的壩坡穩(wěn)定性,滲透性,堆石變形和面板受力等影響和限制其建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題,分析其成因和機(jī)理。同時(shí),通過(guò)深入討論和研究,探討了新材料的開(kāi)發(fā)和對(duì)壩體設(shè)計(jì)和施工方法的改進(jìn),為未來(lái)更好的設(shè)計(jì)和建設(shè)超高混凝土面板堆石壩提供了一定幫助作用。

        參考文獻(xiàn):

        [1]徐澤平,鄧剛.高面板堆石壩的技術(shù)進(jìn)展及超高面板堆石壩關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題探討[J].水利學(xué)報(bào),2008,(10):1226-1234.

        [2]楊澤艷,周建平.我國(guó)特高面板堆石壩的建設(shè)與技術(shù)展望[J].水力發(fā)電,2007,(1):64-68.

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