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高混凝土面板堆石坝设计变形安全设计
发布时间:2022年06月03日


高混凝土面板堆石坝设计新理念中最重要的是变形安全设计新理念。 变形安全设计包括如下内容。

1) 坝体分区设计应遵循 4 条原则:料源决定原则、水力过渡原则、开挖料利用原则和变形协调原则。重点是变形协调原则,既要做到坝体各区的变形协调,又要做到坝体变形和面板变形之间的同步协调。测定筑坝材料变形特性包括流变特性,采用合理的本构模型和数值分析方法来比较不同分区方案的坝体变形和面板应力变形性状,以变形协调、改善面板工作性状,面板不产生脱空和裂缝为原则来合理确定坝体分区。

2) 针对不同地形地质条件采用新的坝体分区设计。猴子岩面板堆石坝是一实例。建在倾斜地形条件的宜兴抽水蓄能电站上库面板堆石混合坝又是一例,为了增加坝体抗滑稳定性、减小对坝趾高挡墙的土压力,并改善 427 m 高程以上坝体和面板的工作条件,提高了 427 m 高程以下坝体变形模量,提高其填筑标准,称为增模区(见图 8)。

图8 宜兴抽水蓄能电站上库混凝土面板堆石混合坝的 0 + 381.02 m 断面

Fig.8 0 + 381.02 m cross section of dam for head reservoir of Yixing Pumped Storage Station

3) 适当提高下游堆石区的填筑标准,即使下游堆石料或建筑物开挖料的岩性、风化程度和颗粒级配较差,提高其填筑标准,使坝体各区的变形模量相近,达到坝体变形协调,避免或减小面板脱空和裂缝。三板溪坝主堆石区的垂直压缩模量 110 ~ 120 MPa,下游堆石区 80 ~90 MPa,没有出现面板脱空和挠曲应力裂缝。

4) 合理确定在纵剖面和横剖面上坝体填筑形象进度,合理组织筑坝材料开挖、储存和填筑,尽量做到坝体填筑全断面均衡上升,在施工期坝体变形协调,垫层区不产生裂缝。

5) 合理确定面板分期浇筑时间以及面板浇筑时已填筑坝体顶面与该期面板顶面之间的高差,在测定筑坝材料流变特性的基础上采用数值计算方法分析不同浇筑时间和不同高差情况下堆石坝体与面板的应力变形性状,优化面板浇筑施工设计,使堆石坝体变形与面板变形同步协调,不产生面板脱空和挠曲应力裂缝。

6) 减小堆石坝体在坝轴线方向的位移,减小面板与垫层之间的约束,从而减小堆石坝体向河谷中央的变形产生的对面板的摩擦力,以改善面板应力状态。减小两岸坝肩附近面板的拉应力以及河谷中央面板的压应力,避免两岸坝肩附近面板产生拉裂缝以及河谷中央面板挤压破坏。使得堆石坝体与面板在坝轴线方向的变形协调方法包括:提高堆石坝体的变形模量,特别是上半部分的坝体的变形模量,图 7 所示的猴子岩坝在顶部 1/4 坝体采用主堆石特别碾压区 3BB,除了提高该坝抗震能力以外,也是为了堆石坝体与面板在坝轴线方向变形协调,避免面板拉裂缝和挤压破坏的设计措施。