超高混凝土面板堆石坝建设中的关键技术问题.pdf
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1、第3 6卷第 1期 2 0 1 0 年1 月 水 力 发 电 超 高混凝土面板堆石坝建设 中的 关键 技 术 问题 徐 泽 平 ( 中国水 利水 电科 学研 究院 ,北京 1 0 0 0 4 8 ) 摘 要 :3 0 0 m级超高混凝土面板堆石坝 的设 计与施工将 面临一 系列技术挑战 。对 于超 高混凝土面板 坝 ,其坝坡稳 定和堆石材料渗透稳定不是 主要 制约 因素 而坝体 堆石 的变形控制 ,以及混凝 土面板应力状态 的改善将是关键技术 问题 为此 必须从坝体材料分 区的改进 、筑 坝材 料选择 、堆石压实标准控 制 ,以及面板浇筑时机选择 、面板厚度 设计 、面板钢筋排列 、面板 接缝
2、 系统设计等方 面 ,采取 相应的工程措施 ,以尽 可能地减少堆石体的变形( 特别是后 期变形 ) 降低运行期混凝土 面板 的拉 、压 应力 。通 过采取这些 上程措施 ,建 设 3 0 0 m 级超高混凝 土面板堆石坝在 技 术 上 是 可 行 的 。 关 键 词 :超 高 混凝 土 面 板堆 石 坝 ;堆 石 变 形控 制 ;面板 应 力 ;挤 压 破 坏 Ke y Te c hn i c a l Pr obl e m s o n t he Cons t r uc t i on o f Supe r -hi gh CFRD Xu Ze p i n g f C h i n a I n s t
3、 i t u t e o f Wa t e r R e s o u r c e s a n d H y d r o p o w e r R e s e a r c h , B e i j i n g 1 0 0 0 4 8 ) Abs t r ac t : Fo r t h e c o ns t ru c t i o n o f hi g h CFRD wi t h i t s he i g ht o v e r 3 00 n l ,a n umbe r o f t e c h ni c a l c ha l l e n g e s wi l l be e n c o u n t e r e
4、d T h e d a m s l o p e s t a b i l i t y a n d r o c k fi l l s e e p a g e s a f e t y w i l l n o t b e t h e ma i n c o n s t r a i n t s f o r t h e c o n s t r u c t i o n o f 3 0 0 m h i g h CF RD,bu t t he c o n t r o l o f r o c k fil l de f o r ma t i on a nd t he i mp r o v e me n t o f c
5、 o nc r e t e f a c e s l a bs s t r es s wi l l be t h e ke y t e c h ni c a l p r o b l e ms Th e r e f o r e 。t h e e n g i n e e r i n g me a s u r e s ,s u c h a s t h e o p t i mi z a t i o n o f r o c k fi l l z o n i n g ,t h e s e l e c t i o n o f c o n s t r u c t i o n ma t e r i a l s ,
6、 t h e c o n t r o l l i n g o f r o c k fi l l c o mp a c t i o n , t h e c h o i c e o f p r o p e r c o n s t r u c t i o n t i me o f c o n c r e t e f a c e s l a b , t h e t h i c k n e s s o f c o n c r e t e f a c e s l a b , t h e a r r a n g e me n t o f r e i n fo r c e me n t o f f a c e
7、 s l a b , t h e d e s i g n o f f a c e s l a b j o i n t s y s t e m a n d o t h e r s , s h o u l d b e t a k e n i nt o c o n s i de r a t i o n By t he ap p l i ca t i on o f t he s e n l e a s ur e s ,t he c o n s t r uc t i o n o f s u pe r h i g h CFRD wi t h a he i g h t o v e r 3 00 m c o
8、ul d b e t e c h ni c a l l y f e a s i bl e Ke y W o r d s:s u pe r h i g h CFRD;d e f or ma t i o n c o nt r o l o f r o c k fil l ;s t r e s s o f c on c r e t e f a c e s l a b;r u pt ur e 中图分类号 :T V 6 4 1 4 3 文献标识码 :A 文章编号 :0 5 5 9 9 3 4 2 ( 2 0 1 0 ) 0 1 0 0 5 1 0 3 0 引言 混 凝 土 面 板 堆 石 坝 了一 个 多
9、 世 纪 的 发 展 和 施 工 方 法 日趋 成 熟 石 坝 坝 型 。 f 以 下 简 称“ 面 板 坝 ” ) 经 历 经 过 不 断 的 技 术 改 进 。 没 计 已成 为 一 种 极 富 竞 争 力 的 土 随 着 技 术 的 进 步 和 社 会 经 济 发 展 对 水 电 需 求 的 不 断 增 长 面 板 坝 的 坝 高 也 不 断 增 加 截 止 到 2 0 0 5 年 底 我 国 已 建 或 在 建 的 坝 高 大 于 1 0 0 n l的 面 板 坝 有 3 7座 近 年 来 我 国 又 相 继 建 成 了 洪 家 渡( 坝 高 1 7 9 5 m)、三 板 溪( 坝 高
10、 1 8 5 m) 、水 布 垭( 坝 高 2 3 3 m) 等 高 面 板 坝 工程 为 超 高 面 板 坝 的发 展 奠 定 了 技 术 基 础 本 文 主 要 针 对 超 高 面 板 坝 所 需 研 究 和 解 决 的 关 键 技 术 问 题 进 行 分 析 和 探 讨 。 1 边坡稳定 问题 早 期 面 板 坝 的 上 、下 游 边 坡 坡 比一 般 为 1 : 1 4, 目前 国 内 大 部 分 面 板 坝 采 用 了 此 坡 比( 砂 砾 石 面 板 坝 除 外 ) ,而 国 外 的 丁 程 一 般 倾 向 采 用 较 陡 的 边 坡 , 如 近 期 巴 西 修 建 的 几 座 高
11、 面 板 坝 其 上 下 游 均 采 用 了 1 : 1 - 3的 坡 比 从 坝 体 运 行 情 况 看 坝 体 稳 定 并 没 有 出 现 特 别 的 问 题 从 国 内 外 2 0 0 m 级 高 面 板 坝 的 建 设 经 验 看 当 采 用 硬 岩 堆 石 筑 坝 时 高 面 板 坝 采 用1 : 1 3的 边 坡 是 可 行 的 从 定 性 分 析 看 常 规 堆 石 体 一 般 具 有 较 高 的 强 收 稿 日期 :2 00 9 0 2 2 0 作者简介 :徐泽平 ( 1 9 6 3) ,江苏南京人 ,教授级高 ,博 士 主要从事土石坝 r程和岩土1 一 程方面 的研究 、咨询
12、工作 Wa t e P o w e r V o 1 3 6 N o J 圃 水 力 发 电 2 0 1 0年 1月 度 可 以维 持 较 陡 的边坡 因此 坝 体 的边 坡稳 定 问 题 可 能 不 是 3 0 0 m 级 超 高 而 板 坝 是 成 的 制 约 性 冈 素 但 是 随 着 坝 高 的 增 加 ,堆 体 的 应 力 水 平 将 随 之 增 大 堆 石 的 强 度 也 会 随 应 力 水 平 的 增 大 而 产 生 变 化 此 ,对 于 超 高 面 板 坝 仍 需 针 对 具 体 的 堆 石 材 料 情 况 研 究 堆 石 强 度 特 性 存 高 应 力 水 平 下 的 变 化
13、规 律 同 时 要 研 究 采 用 合 的 指 标 对 坝 体 边 坡 进 行 稳 定 分 析 的 方 法 为 超 高 师 板 坝 边 坡 坡 比 的 选 择 提 供 理 论 依 据 此 外 还 应 研 究 坝 坡 非 线 性 指 标 稳 定 分 析 的 方 法 和 价 准 则 研 究 提 出 3 0 0 m 级 超 高 面 板 坝 坝 坡 稳 定 的 控 制 标 准 2 渗透稳定 问题 对 于 采 用 堆 石 材 料 修 建 的 面 板 坝 由 于 经 过 碾 压 的 堆 石 粗 颗 粒 所 形 成 的 骨 架 能 够 较 好 地 保 持 其 渗 透 稳 定 性 冈 此 总 体 而 言 堆
14、石 的 渗 透 稳 定 问 题 不 会 成 为 建 设 3 0 0 m 级 超 高 面 板 坝 的 制 约 冈 素 、但 是 随 着 坝 高 的 增 加 上 游 水 头 会 增 大 在 高 水 头 压 力 作 用 下 坝 体 上 游 垫 层 和 过 渡 区 的 渗 透 稳 定 将 是 设 计 与 施 T 中较 为 l火 注 的 关 键 技 术 问 题 之 一 一 日前 而 板 坝 建 没 巾 垫 层 区 的 没 常 采 川 半 透 水 级 配 垫层 区 的宽 度 一般 为 3 4 I Y I 、对 于 未来 的超 高 向板 坝 需 要 细 致 研 究 在 3 0 0 高 水 头 压 力情 况
15、下 现 有 垫 层 区 和 过 渡 区 反 滤 没 计 准 则 的 适 应 性 通 过 试 验 与计 算 分 析 研 究 确 定 垫 层 与 过 渡 区 的 颗 粒 级 配( 最 大 粒 径 、小 于 5 I n l T l 和 小 于 0 0 7 5 ton i 颗 粒 量 ) 准 则 以 及 垫 层 L j 过 渡 区 的 反 滤 保 护 关 系 同 时 还 应 研 究 在 高 水 头 情 况 下 垫 层 料 对 粉 砂 土 等 淤 堵 材 料 的 反 滤 作 用 此 皋 础 上 研 究 提 ,q l 3 0 0 m级 超 高 面 板 坝 抗 渗 稳 定 控 制 标 准 3 堆石体变形控制
16、方法与相关工程措施 在 面 板 坝 设 计 巾 坝 体 的 变 形 控 制 是 需 要 考 虑 的 重 要 囚 素 之 一 而 板 应 力 、接 缝 位 移 等 均 与 此 密 切 相 关 对 于 3 0 0 m 级 超 高 面 板 坝 坝 体 堆 石 的 变 形 控 制 将 是 决 定 其 在 技 术 上 是 否 可 行 的 关 键 因 素 随 着 面 板 坝 坝 高 从 2 0 0 m 向 3 0 0 m 级 的 跨 越 坝 体 堆 石 的 变 形 将 不 可 避 免 地 现 较 大 增 长 传 统 的 面 板 坝 坝 体 堆 石 变 形 摔 制 一 般 考 虑 将 堆 体 的 总 沉 降
17、 量 控 制 在 坝 高 的 1 之 1人 J 但 是 对 于 3 0 0 n l 级 超 高 而 板 坝 这 样 的 变 形 量 控 制 指 标 可 能 难 以 达 到 而 且 目前 对 于 3 0 0 1 3 1 高 情 况 下 坝 体 堆 石 变 形 与 面 板 应 力 的 量 值 关 系 也 小 甚 明 了 因 此 对 于 超 高 面 板 坝 首 先 应 研 究 堆 石 体 位 移 的 量 值 特 点 、分 布 规 律 面 板 的 应 力 分 特 征 、面 板 应 力 和 而 板 接 缝 位 移 的 量 级 : 然 后 往 此 基 础 上 针 对 3 0 0 m 级 面 板 坝 应 力
18、 变 形 的 特 点 , 分 析 影 响 堆 石 体 和 面 板 应 力 、 变形 量值 及 分 布 的 口 能 l 太 I 素 ,探 时改进 超 高面 板坝 堆 填 筑 参 数( 采 【 _日敏 感 性 分 析 ) 和 断 面分 区 的 思 路 和 可 行 方 法 同 时 重 点 研 究 控 制 坝 体 变 形 、 降 低 面 板 应 力 、减 小 接 缝 位 移 的 市 H 关 工 程 措 施 和 思 路 。 定 性 而 言 列 于 高 面 板 坝 堆 石 体 应 达 到 尽 可 能 高 的 变 彤 模 量 以 保 证 存 自重 和 水 荷 载 作 用 下 变 形 尽 可 能 小 堆 石
19、的 变 形 模 量 主 要 取 决 于 堆 石 母 岩 的 性 质 、堆 台 的 级 配 和 施 工 压 灾 情 况 另 一 方 面 而 板 坝 堆 石 体 的 变 形 主 要 包 括 瞬 时 变 形 和 蠕 变 变 形 而 无 论 是 瞬 时 变 彤 还 足 蠕 变 变 形 , 都 与坝 体 堆 石 的 应 力 状 态 和 应 力 水 平 密 切 相 关 也 就 是 与 坝 体 的 高 度 有 着 直 接 的 关 系 冈 此 ,未 来 高 面 板 坝 的 设 计 应 以 变 形 控 制 为 核 心 从 堆 石 材 料 的 选 择 、 坝 体 断 面 分 区 、施 _ T : 填 筑 分 期
20、、 实 标 准 控 制 、预 沉 降 措 施 等 方 向 ,研 究 控 制 坝 体 变 形 、确 保 大 坝 安 全 的设 汁 方 案 和 施 I : 措 施 4 接缝系统设计 与改善面板应力的工程措施 刘 于 丽 板 坝 混 凝 土 板 是 挡 水 防 渗 的 主 要 设 施 面 板 接 缝 的 止 水 系 统 也 是 人 坝 防 渗 屏 障 的 重 要 组 成 部 分 保 证 按 缝 系 统 的 安 全 可 靠 和 混 凝 上 面 板 应 力 的 合 埋 分 布 是 高 板 坝 i 殳汁 巾的 重要 课 题 。 日前 的 材 料 和 止 水 结 构 水 平 已 经 能 够 满 足 2 0
21、0 m 坝 高 的 接 缝 变 形 和 2 0 0 I ll的 高 压 水 头 在 今 后 的 高 面 板 坝 技 术 发 展 中 ,还 应 研 究 高 效 、 口 丁 靠 的 新 型 止 水 结 构 根 据 高 面 板 坝 的 变 形 特 点 和 高 水 头 作 J =f 的 荷 载 条 件 扦 发 新 型 止 水 材 料 同 时 要 研 究 探 讨 通 过 合 理 分 缝 改 善 混 凝 土 板 的 应 力 分 布 和 减 少 面 板 结 构 性 裂 缝 的 T程 措 施 5 堆石材料工程特性及面板坝分析理论研究 堆 材 料 丁 程 特 性 的 研 究 是 改 进 高 面 板 坝 设 计
22、的 基 础 面 板 坝 的 数 值 分 析 也 是 面 板 坝 没计 中 的 重 要 参 考 因 素 过 去 的 2 0年 中 囡 内外 在 堆 石 材 料 T 程 特 性 和 面 板 坝 分 析 理 论 方 面 都 做 了 大 量 的研 究 工 作 也 取 得 了很 多 成 果 但 是 就 日 前 的 发 展 水 平 而 言 试 验 室 室 内 试 验 结 果 现 场 的 堆 石 材 料 性 质 还 存 在 一 定 的 差 别 常 的 室 人 】 大 型 _ t 轴 试 验 所 采 用 的 级 配 缩 尺 方 法 、 试 样 制 备 过 程 中 的 二 次 破 碎 、 高 密 度 试 样 的
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