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高混凝土面板堆石坝设计渗流安全设计
发布时间:2022年06月03日

无论趾板建在基岩上的面板堆石坝防渗体系(由趾板—面板—防浪墙及接缝止水组成),还是趾板建在覆盖层上的面板堆石坝防渗体系(由混凝土防渗墙—连接板—趾板—面板—防浪墙及接缝止水组成),在正常情况下都相对不透水,同时硬岩堆石料的面板堆石坝的坝体为自由排水,砂砾石和软岩堆石料的面板堆石坝设置了自由排水的 L 形排水体。因而混凝土面板堆石坝的渗流安全设计内涵与土质防渗体堆石坝的渗流安全设计不同。

混凝土面板堆石坝产生渗漏或严重渗漏甚至导致溃坝的主要渗漏途径分别是接缝止水损坏和面板裂缝、挤压破坏甚至坍塌,混凝土面板堆石坝渗漏影响到渗流变形稳定安全和抗滑稳定安全两方面。因此混凝土面板堆石坝的渗流安全设计应包括下列主要内容。

1) 减小与控制接缝位移,特别是垂直缝张开位移和周边缝三向位移。a. 优化坝体分区设计,特别是在狭窄河谷中建坝,增大两岸附近坝体的变形模量,减小岸坡岩体与堆石坝体之间模量差别,尽量减小因堆石坝体变形而产生的周边缝位移。例如位于狭窄河谷的坝高 223.5 m 猴子岩坝在两岸附近与坝体底部设置主堆石特别碾压区,如图 7 所示。b. 修正趾板建基面的地形和趾板下游的地形,避免不良的地形条件引起堆石坝体的不均匀变形,从而导致周边缝过大的位移。c. 提高周边缝附近特殊垫层区与垫层区的填筑标准,同时应使得周边缝附近的垫层区、过渡区和堆石区的填筑标准和变形模量彼此相近,避免各分区变形不协调而导致面板产生挠曲应力裂缝。

图7 猴子岩混凝土面板堆石坝坝轴线剖面图

Fig.7 Longitudinal section along dam axis of Houziyan CFRD 

2) 减小甚至避免面板裂缝。 详见文献[7]和变形安全设计。

3) 适应大变形的接缝止水结构和止水材料,详见文献[7]

4) 垫层料内部渗透变形稳定的研究和设计。多座混凝土面板堆石坝垫层料被冲蚀以及用粉质砂土淤堵的方法不能根本解决严重渗漏的现象说明目前经验设计确定的垫层料是不够完善的。应进行垫层料渗透变形试验,仿真模拟垫层区在面板裂缝或接缝止水损坏情况下,研究在不同水头、不同渗流速度条件下的垫层料的渗透变形特性,研究和确定满足垫层料渗透变形稳定要求的垫层料和过渡料的设计。

5) 坝体各分区之间渗透变形稳定的研究和设计。应进行大尺寸的垫层料与过渡料、过渡料与堆石料之间的渗透变形试验,仿真模拟渗流乃至止水损坏时的水流冲刷条件,研究和确定坝体各分区坝料满足渗透变形稳定的设计。