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1、混凝土面板堆石壩面板破壞【摘要】近些年來，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?；炷炼咽瘔蚊姘迤茐某蔀榇髩伟踩\(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:ConcreteFacedRockfillDam)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
2、非結(jié)構(gòu)性裂縫；貫穿性裂縫為結(jié)構(gòu)性裂縫?！ ?.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： 壩體變形 壩體堆石在水庫蓄水以后所產(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
3、我國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(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材料和減少環(huán)境應(yīng)力矛盾。 河谷形狀 從大壩的應(yīng)力、變形分析角度看，不同的地形條件對于壩體和面板的應(yīng)力和變形有著較為明顯的
4、影響。河谷的寬窄、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(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，除天生橋一級面板堆石壩外，大部分的工程的壩址地形均為狹窄河谷。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(yīng)力的積累相
5、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(xiàn)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(yīng)力的積累需假以時(shí)日，因此，擠壓破壞發(fā)生在水庫蓄水運(yùn)行后的第5年?！ 胃摺 哪壳敖y(tǒng)計(jì)資料看，出現(xiàn)面板擠壓破壞的工程均為壩高大于150m的高面板堆石壩。壩高對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隨之增加。另外，較高的庫水位，也會導(dǎo)致面板應(yīng)力的進(jìn)一步增大?！ ∶姘搴穸取 ∧壳?，混凝土面板堆石壩面板厚度的設(shè)計(jì)均遵從庫克提出的與水頭相關(guān)的變厚度公式，即：t=+。從面板發(fā)生擠
6、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?！ ∶姘蹇v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)變能的積累將只會導(dǎo)致面板應(yīng)力的增加，而當(dāng)壩高較高、堆石體位移
7、較大時(shí)，就將導(dǎo)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(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，將對避免面板的擠壓破壞起到較好的作用?！ 』炷潦芰顟B(tài) 蓄水期河床段面板的中部沿壩軸呈雙向受壓狀態(tài)，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，即為空間異號受力狀態(tài)，因此，從材料力學(xué)的觀點(diǎn)來看，這個(gè)位置也是較容易發(fā)生破壞的部位?！ ∶姘迮浣睢 ∧壳?，面板堆石壩的面板配筋多采用雙向%～%的配筋率，配筋率有所降低，
