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高混凝土面板堆石坝设计稳定安全设计
发布时间:2022年06月02日

数十年积累形成的混凝土面板堆石坝的经验设计及其观念是不全面的,导致面板裂缝、混凝土挤压破坏、接缝止水损坏、严重渗漏乃至溃坝等严重后果。基于对混凝土面板堆石坝性状的分析,笔者提出了高混凝土面板堆石坝设计新理念,设计新理念包括稳定安全设计、渗流安全设计和变形安全设计 3 个方面。分述如下。

稳定安全设计

从沟后坝溃决的实例可以看出,砂砾石坝体在饱和状态下,抗剪强度降低,会导致部分坝体失去稳定。显然“经验确定坝坡,不需要进行坝坡抗滑稳定计算分析”是不合理的。笔者认为混凝土面板堆石坝依然需要进行稳定安全设计,稳定安全设计包括下列内容:

1) 进行坝址区工程地质和水文地质勘测,包括河床覆盖层工程特性的确定,若采用趾板建在覆盖层上的混凝土面板堆石坝,宜采用现场取原状样进行室内试验、现场进行旁压试验或荷载试验进行反演分析等多种手段来确定覆盖层的工程特性。

2) 进行筑坝材料料场的勘测和试验及建筑物开挖料的试验,坝料试验宜考虑缩尺效应,宜进行坝料长期变形(流变)试验,在地震区建坝,应进行坝料动力特性试验。

3) 基于变形协调原则和水力过渡原则,充分利用建筑物开挖料,通过技术经济比较,进行坝体分区设计。

4) 针对不同的坝体分区设计方案,依据设计规范,进行抗滑稳定计算分析,地震区建坝,应进行抗震稳定计算分析,宜采用极限平衡法与有限元法相结合的计算方法,通过计算分析来确定坝坡与坝体分区设计。猴子岩水电站和文登抽水蓄能电站上库两座混凝土面板堆石坝就是进行稳定安全设计的实例。

坝高 223.5 m 的猴子岩混凝土面板堆石坝坝轴线下游部分覆盖层不挖除,下游坝体 3C1 区采用建筑物开挖的弱风化白云质及变质灰岩料,经抗滑稳定计算分析(见图 5),下游坝坡分别采用 1∶1.5 和 1∶1.6 。

图5 猴子岩坝抗滑稳定计算

Fig.5 Calculation of stability against sliding for Houziyan Dam

注:计算工况(正常蓄水位 1842 m +地震 0.297 g)

坝高 101 m 的文登抽水蓄能电站上水库混凝土面板堆石坝,采用库区开挖的石英二长岩料筑坝,为充分利用强风化和全风化料,经抗滑稳定计算分析(见图 6),马道间下游坝坡确定为 1∶2.0 。

图6 文登抽水蓄能电站上水库抗滑稳定计算

Fig.6 Calculation of stability against sliding for head reservoir of Wendeng Pumped Storage Station