深厚覆盖层上高面板坝建基条件及防渗设计综述.pdf

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1、第4期水利水运工程学报No．42014年8月HYDRO．Sa匝CEANDENG咂IEGAug．2014深厚覆盖层上高面板坝建基条件及防渗设计综述李国英，苗结，米占宽(1．南京水利科学研究院水利部土石坝破坏机理与防控技术重点实验室，江苏南京210029；2．中国水电顾问集团西北勘测设计研究院有限公司，陕西西安710065)摘要：覆盖层上修建混凝土面板堆石坝具有简化施工导流、缩短工期和节省投资等优点，但这类工程大坝防渗系统复杂，防渗系统的应力和变形控制是工程的关键。随着工程经验的积累和技术的发展，我国相继建成了那兰、察汗乌苏、九甸峡、苗家坝

2、、老渡口等多个百米级趾板位于覆盖层上的高面板堆石坝，并有多座百米级深厚覆盖层上高面板坝处于在建和待建状态。覆盖层上高面板坝防渗系统应力变形特性与覆盖层的力学特性及防渗系统的设计关系密切，结合已建和在建的工程资料和研究成果，对覆盖层上高面板坝的建基条件和防渗系统设计进行总结，以期为类似工程设计提供借鉴，并为这一坝型的进一步发展提供技术支撑。总结分析结果表明，如果河床覆盖层变形模量达到40MPa以上，覆盖层上百米级至150m级面板坝防渗系统的强度和变形能够满足要求。关键词：覆盖层；承载力；面板堆石坝；防渗设计中图分类号：TV223文献标志码

3、：A文章编号：1009—640X(2014)04—0001—06水利水电工程建设中，坝址河床存在深厚覆盖层的情况下，在覆盖层上直接建坝无疑对节省工程投资和缩短工期非常有利，但前提是覆盖层具有良好的力学性能，大坝防渗系统能够适应强度和变形的要求。白20世纪30年代起，国外就开始在覆盖层上修建混凝土面板堆石坝(见表1)，已建最高的是智利106m的SantaJunan坝¨。相对而言，我国覆盖层上面板堆石坝建设起步晚，但发展速度快。1982年我国修建了第一座覆盖层上的面板坝——柯柯亚混凝土面板砂砾石坝；20世纪90年代后，我国陆续修建了一批趾板

4、建于深覆盖层上并采用垂直防渗墙防渗的混凝土面板堆石坝工程，但其坝高大都在50m左右。随着工程经验的积累和技术研究的发展，21世纪以来我国相继建成了那兰、察汗乌苏、九甸峡、苗家坝、老渡口等多座百米级趾板位于覆盖层上的高面板坝，并有多个工程处于在建或待建状态。表1国外典型覆盖层上混凝土面板堆石坝工程Tab．1ForeignrepresentativeCFRDbuih013deepalluviumdeposit深厚覆盖层上面板坝安全主要体现在坝体与坝基防渗系统的可靠性。防渗系统的应力变形特性除与覆盖层厚度、坝高等因素有关外，与覆盖层本身的力学

5、特性及防渗系统的设计也密切相关。掌握覆盖层的收稿日期：2013-12-20基金项目：国家重点实验室“水文水资源与水利工程科学”基金资助项目作者简介：李国英(1962一)，男，江苏溧阳人，教授级高级工程师，主要从事土石坝数值模拟。E-mail：gyli@nhri．en2水利水运工程学报2014年8月工程特性是对覆盖层地基上建坝方案研究的前提，除室内大型三轴试验外，物探技术、现场载荷试验、原位大型旁压试验等方法也在覆盖层力学参数研究中得到应用。对于已建工程，结合大坝变形监测资料进行反馈分析也是研究覆盖层模型参数的一种途径。防渗系统满足强度与

6、变形的要求是覆盖层上面板坝安全的关键，覆盖层上面板坝发展过程中，优化防渗系统的设计以改善其应力变形特性的研究开展得比较多，其中大都着眼于趾板、连接板长度的优化或者防渗墙刚度的选择，另有一些学者则从防渗墙的结构型式着手，研究了圆弧形防渗墙改善墙体应力变形的效果⋯。尽管目前我国已建的覆盖层上百米级面板坝均处于良好的运行状态，并有斜卡、金川等数个百米级高面板坝工程经过技术论证处于在建或待建状态，但对于坝高达150m级覆盖层上面板坝建设的可行性仍有所疑虑。本文基于深厚覆盖层上已建、在建和待建百米级高面板坝设计研究成果，总结了大坝的建基条件和防渗

7、系统的设计方法，分析了深覆盖层上建150m级面板坝的可行性。1覆盖层工程特性对于趾板坐落在覆盖层上的面板堆石坝，如果河床砂砾石覆盖层没有较高的干密度和变形模量，在坝体荷载和水荷载的作用下，坝体及防渗系统将产生较大的变形。因此，覆盖层良好的工程特性是面板坝建基的必要条件。那兰、察汗乌苏、九甸峡、苗家坝等已建的100rn级深覆盖层上的面板坝工程，覆盖层都以砂砾料为主，地基有较高的承载力。1．1那兰水电站面板坝那兰水电站混凝土面板堆石坝坝高1091TI，河床趾板及坝体基础覆盖层最大深度24．31TI。覆盖层主要为卵砾石夹中细砂，无连续和稍厚的

8、夹泥。天然干密度约为2．15g／CN1，混合密度为2．73g／cm。，覆盖层渗透系数约为1．4×10一cm／s。覆盖层的允许承载力0．5～0．6MPa，变形模量33～45MPa，内摩擦角39。。坝基清除表层