面板堆石坝若干问题

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1、高面板堆石坝变形控制的若干问题摘要：目前面板堆石坝的高度已从100m级发展到200m级，由于分期施工，高面板堆石坝的坝体变形性状更加复杂。本文以250m典型高面板坝为例，采用清华非线性K-G模型，分析了高面板坝的一些特殊变形问题，提出：优化施工临时剖面，以防止坝体在施工期出现过大的差异变形而产生裂缝；分期面板的浇筑高程要与堆石体的顶部保持一定的高差，以防止面板与支承堆石体间出现脱空；对高坝、特别是峡谷地区的高面板坝，要注意减少面板的法向变形，以控制坝肩附近周边缝和垂直缝的三向变形。关键词：高面板堆石坝；填筑期坝体差异变形；施工临

2、时剖面优化；分期面板浇筑高程；垂直缝三向变形面板堆石坝是一种安全经济的坝型，对地形、地质和气候条件有广泛的适用性，近几十年来得到迅速发展。早期建成的现代面板堆石坝高度多在100m左右，国外几座高坝也大致在150m左右。在修建这些面板坝的基础上，总结了一整套设计、施工的经验[1,2]。随着筑坝技术的提高和发展，目前面板堆石坝已从100m级发展到200m级，甚至达到250m左右。我国目前已完建并投入运行的天生桥一级水电站面板堆石坝的高度为178m，在建的水布垭面板堆石坝的高度达234m.与100m级面板坝相比，大型高面板堆石坝具有一

3、些新的特点[3]。随着坝高的增加，坝体的应力水平高，分区堆石料造成的差异变形也趋于严重；坝体的填筑方量大，施工期长，需要填筑临时施工剖面抵挡2～3次施工期洪水；坝体填筑期内库水位也可能有升有降，使高坝的应力及变形性状更加复杂[4]；此外，高坝常常修建在峡谷地区，岸坡陡峻，地形比较复杂，使坝体的三维效应加剧，这些都使高面板堆石坝的应力和变形性状与低坝相比有明显差别。因此，需对大型高面板坝的变形特点进行研究，本文采用清华非线性解耦K-G模型[5,6]，对典型的250m高面板坝进行有限元分析，以研究高面板堆石坝的一些特殊变形问题。1施

4、工临时剖面对坝体变形的影响100m级的面板坝，一般可以全断面填筑上升(图1)，同时压密，即使需要设置施工临时剖面，其新、老填筑体的高差也不会太大。因而从以往的筑坝实践中形成了一条经验，认为只要施工临时剖面的纵、横向内部坡度满足1∶1.3的条件，则包括主堆石区和次堆石区的坝体剖面，可以在不同时间内填筑到不同高程，而没有任何限制[1]。然而，对于高面板坝，由于填筑方量大和填筑强度的制约，施工时往往要求设置几期施工临时剖面，而且分期填筑的新、老堆石体间的高差往往较大。实践表明，这种分期施工的情况使坝体变形和应力性状都较低坝复杂得多[4

5、]。因此，有必要针对高面板堆石坝的情况，对面板坝施工临时剖面的设计原则重新进行一些探讨。下面以250m级典型高面板坝为例，通过坝体变形分析做一些比较。图1全断面填筑(简单型加载)示意图2A型分期填筑(复杂加载)示意250m面板堆石坝的典型剖面如图1、图2所示，代表两种加载过程，图中假定堆石坝体为全断面平起填筑(简单型加载)，面板浇筑完成后蓄水；图2为考虑实际施工条件的分期填筑和蓄水情况(A型复杂加载)，其中堆石体分4期填筑，面板分3期浇筑，在填筑期库水位有升有降，竣工时水库水位达160m.坝体堆石区分为主堆石和次堆石两种材料，以

6、虚线分界(坡度1∶0.3)(图1、图2)，模型参数见表1.大坝在全断面平起填筑(简单型加载)和分期填筑(A型复杂加载)两种加载过程下的变形计算结果见图3～图6所示，其中垂直位移向下为正，水平位移向右为正。表1坝料的清华非线性解耦K-G模型参数(天生桥堆石料试验值)材料ρd/(g/cm3)KVHmGSBsdη0αηu0β主堆石料(灰岩)2.049000.900.8020801.510.550.601.930.032.040.02次堆石料(砂泥岩)2.102500.730.706001.290.650.551.680.041.750

7、.01图3简单型加载竣工期坝体位移(单位：cm)图4简单型加载蓄水期坝体位移(单位：cm)图5A型复杂加载竣工期坝体位移(单位：cm)图6A型复杂加载蓄水期坝体位移(单位：cm)　　从图3及图4可见，在简单型加载的情况下，施工期位移分布有一定的对称性，只是由于下游坝壳填筑料较软，使位移峰值区略偏下游，无论施工期或蓄水期，坝体沉降和水平位移的等值线分布都比较均匀、协调。这些分布性状与通常在100m级面板坝中的计算结果基本一致。这表明，如果填筑方式(加载过程)相似，高坝与低坝的变形相比，只有数值大小的差别，而分布规律基本相同。但如果

8、由于施工拦洪需要而采取了A型复杂加载方式，则将得出图5、图6所示的变形计算结果，其中坝体沉降与简单型加载情况也无明显不同，但水平位移却有不能忽视的显著差别，其特点是，在下游坝坡附近出现了水平位移大值等值线的密集区，而且这些大值等值线沿下游坝坡方向一直延伸到上游坝