堆石混凝土堆壩技術(shù)在尾礦庫(kù)攔水壩設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究

摘 ?要在尾礦庫(kù)攔水壩施工中，堆石混凝土堆壩技術(shù)因能夠保證施工質(zhì)量，延長(zhǎng)使用期限因此得到廣泛應(yīng)用。本文首先對(duì)堆石混凝土技術(shù)進(jìn)行介紹，其次結(jié)合某尾礦庫(kù)工程案例，采用反應(yīng)譜法、材料力學(xué)法對(duì)堆石混凝土攔水壩的穩(wěn)定性進(jìn)行分析計(jì)算，結(jié)果表明堆石混凝土攔水壩的穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求，可將堆石混凝土用于攔水壩的設(shè)計(jì)、建設(shè)中，為工程應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：堆石混凝土;尾礦庫(kù);攔水壩;穩(wěn)定性計(jì)算

中圖分類號(hào)： ??文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ???文章編號(hào)：2096-6903（2019）05-0000-00

0 引言

近年來(lái)，堆石混凝土憑借綠色環(huán)保、用水量少、體積穩(wěn)定、抗剪能力強(qiáng)、成本低等優(yōu)勢(shì)，開(kāi)始用于尾礦庫(kù)攔水壩的設(shè)計(jì)中，為了增強(qiáng)攔水壩的穩(wěn)定性，本文運(yùn)用有限元法、材料力學(xué)法，得出最優(yōu)施工方法，并對(duì)堆石混凝土堆壩技術(shù)的具體應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)要探討，為工程設(shè)計(jì)和施工提供參考。。

1 堆石混凝土概述

自密實(shí)混凝土，是指在澆筑時(shí)不進(jìn)行振搗，只依靠混凝土自身的重量，就能完全填充到鋼筋間隙、模板中的混凝土。在坍落度試驗(yàn)中，自密實(shí)混凝土能達(dá)到600mm以上的拓展度，260mm以上的坍落度且不會(huì)出現(xiàn)泌水、離析等現(xiàn)象。

堆石混凝土是從自密實(shí)混凝土技術(shù)中產(chǎn)生的一種新型混凝土施工技術(shù)。是指將大粒徑塊石入倉(cāng)，形成有間隙的堆石體，從上部注入專用的混凝土，利用其特殊的抗分離性、高流動(dòng)性，依靠自身重量填充間隙，形成密實(shí)、強(qiáng)度高的大體積混凝土。簡(jiǎn)單來(lái)講，就是用自密實(shí)性較高的混凝土，來(lái)填充堆石體形成的混凝土，其主要由帶有小骨料、大塊的堆石組成。堆石混凝土技術(shù)施工簡(jiǎn)單，水化溫升低，方便現(xiàn)場(chǎng)控制質(zhì)量。加之其工期短，施工效率高，綠色環(huán)保，被廣泛用于水運(yùn)、橋梁、道路等領(lǐng)域。現(xiàn)階段，由于堆石混凝土引領(lǐng)了成本低、質(zhì)量高、污染小、進(jìn)度快的混凝土施工革命，為施工方帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)利益，因此備受相關(guān)單位的關(guān)注。

2 工程案例

某尾礦庫(kù)位于云南省溝谷，溝底平均坡降3%，包括截滲壩、攔水壩等。其截面形式呈V字型、坡度陡。谷底無(wú)植被，壩肩植被為雜草。該攔水壩工作面小、底部狹窄，因此無(wú)法開(kāi)展大規(guī)模施工。此外當(dāng)?shù)販囟雀?，溫控要求?yán)格?？紤]到上述因素，采用堆石混凝土堆壩技術(shù)施工。其中壩高45m，頂寬5m，標(biāo)高1377-1385m。由于壩體材料的不同，將其分為5個(gè)區(qū)，倉(cāng)面邊長(zhǎng)大于5m，每層澆筑1.5-2.0m，層數(shù)不少于2層（見(jiàn)下表1）。在筑壩之前，現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)施工工藝的有效性，并進(jìn)行力學(xué)性能、密實(shí)度等方面的檢測(cè)。

3 穩(wěn)定性分析

3.1計(jì)算參數(shù)

選取攔水壩的最高處作為典型的計(jì)算剖面，在地震、蓄水位正常情況下分別用有限元靜力法、材料力學(xué)法進(jìn)行穩(wěn)定性分析。分析時(shí)攔水壩混凝土的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，參照相關(guān)規(guī)范要求，對(duì)于壩基物理力學(xué)參數(shù)、地基巖動(dòng)參數(shù)的取值，在壩基物理力學(xué)參數(shù)上，當(dāng)巖土為中密卵礫石時(shí)，重力密度為24.2γ/Kn/m，壓縮模量為7.3Es/MPa，承載力特征值為360f_dk/kPa;當(dāng)巖土為中密角礫和碎石時(shí)，重力密度為21.8γ/Kn/m，壓縮模量為6.2 Es/MPa，承載力特征值為195f/kPa;當(dāng)巖土為強(qiáng)風(fēng)化玄武巖時(shí)，重力密度為27.4γ/Kn/m，承載力特征值為730f/kPa;當(dāng)巖土為弱風(fēng)化玄武巖時(shí)，重力密度為27.9γ/Kn/m，承載力特征值為5400f/kPa。

3.2材料力學(xué)法計(jì)算分析

在三種工況下，運(yùn)用材料力學(xué)法對(duì)壩體的應(yīng)力值進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算結(jié)果表明：建基面應(yīng)力值最大為危險(xiǎn)截面。此外選取建基面對(duì)壩體強(qiáng)度分別進(jìn)行正常使用極限、承載能力極限狀態(tài)下的校核、穩(wěn)定性驗(yàn)算及壩體抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算等，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)下表2。

由表2可知：在不同工況下，攔水壩截面上游面的抗拉和下游面的抗壓承載力均符合設(shè)計(jì)要求，且上、下游面的拉應(yīng)力極限也符合設(shè)計(jì)需求。抗滑穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果表明：壩段在不同工況下的混凝土層面、壩基面抗滑穩(wěn)定性，均符合規(guī)范要求。

3.3有限元法計(jì)算分析

參照壩段的結(jié)構(gòu)形式，構(gòu)建能夠反應(yīng)壩段結(jié)構(gòu)特性的大壩、壩基模型。在有限元中，對(duì)大壩材料、壩底地質(zhì)進(jìn)行分區(qū)模擬。模擬范圍包括大壩的上游側(cè)、下游側(cè)、建基面下方。有限元網(wǎng)格采用四面體網(wǎng)格，為了能夠獲得壩體精確結(jié)果對(duì)部分網(wǎng)格進(jìn)行加密處理，模型共設(shè)有1397個(gè)節(jié)點(diǎn)、1320個(gè)單元，其中壩基單位512個(gè)，壩體單元808個(gè)。利用有限元模型，采用反應(yīng)譜法對(duì)位移響應(yīng)極值、應(yīng)力響應(yīng)極值和反應(yīng)譜法抗滑穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算，數(shù)值模擬結(jié)果如下：

第一，位移響應(yīng)極值。在水平方向下，位移最大值出現(xiàn)在壩頂為4.35mm;在豎直方向下，位移最大值同樣出現(xiàn)在壩頂為-0.54mm。

第二，應(yīng)力響應(yīng)極值。在水平方向下，應(yīng)力最小值出現(xiàn)在壩踵為-608.293kPa。應(yīng)力最大值出現(xiàn)在壩上游面下部為150.720 kPa;在豎直方向下，應(yīng)力最小值出現(xiàn)在下游面折坡處為-332.180 kPa。應(yīng)力最大值出現(xiàn)在壩體底部為496.952 kPa;第一主應(yīng)力最小值為-18.654 kPa，位于上游面折坡處。最大值為1570kPa，位于壩趾;第三主應(yīng)力最小值為-1700 kPa，位于壩趾。最大值為89.500 kPa，位于壩體中下部。

第三，反應(yīng)譜法抗滑穩(wěn)定性計(jì)算。建基面的反算結(jié)構(gòu)系數(shù)為2.28，作用效應(yīng)為9775.7kN，抗力效應(yīng)為22285.91kN，允許結(jié)構(gòu)系數(shù)為0.65，因此滿足規(guī)范要求;1355m截面的反算結(jié)構(gòu)系數(shù)為3.08，作用效應(yīng)為3315.52kN，抗力效應(yīng)為10220.90kN，允許結(jié)構(gòu)系數(shù)為0.65，同樣滿足規(guī)范要求;1377m截面的反算結(jié)構(gòu)系數(shù)為3.75，作用效應(yīng)為593.44kN，抗力效應(yīng)為2224.41kN，允許結(jié)構(gòu)系數(shù)為0.65，滿足規(guī)范要求。通過(guò)用材料力學(xué)法分析攔水壩的靜力穩(wěn)定性及用反應(yīng)譜法分析動(dòng)力穩(wěn)定性，結(jié)果表明：在不同工況下，攔水壩的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性均滿足規(guī)范要求。

4 結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合某尾礦庫(kù)的工程特征成功將堆石混凝土堆壩技術(shù)應(yīng)用于攔水壩的設(shè)計(jì)中充分發(fā)揮了堆石混凝土的優(yōu)勢(shì)。通過(guò)反應(yīng)譜法、材料力學(xué)法對(duì)堆石混凝土攔水壩的穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果表明堆石混凝土攔水壩的穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求，因此可將堆石混凝土用于攔水壩的設(shè)計(jì)、建設(shè)中。

參考文獻(xiàn)

[1]龐宇哲.堆石混凝土壩的方案比選及施工方法[J].建筑技術(shù)開(kāi)發(fā)，2017，44（1）：6-8.

[2]王新巖.堆石混凝土堆壩技術(shù)在某尾礦庫(kù)攔水壩設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].中國(guó)礦業(yè)，2018，27（z1）：400-403.

收稿日期：2019-05-15

作者簡(jiǎn)介：朱景萌（1978—），女，漢族，吉林長(zhǎng)春人，本科，中級(jí)工程師，研究方向：尾礦。

Study on Application of Rockfill Concrete Dam Technology in Dam Design of Tailings Reservoir

ZHU?Jing-meng

（Changchun Gold Design Institute Engineering Construction Management Co.， LTD.， Changchun??Jilin??130012）

Abstract：?In the construction of tailings dam， rockfill concrete dam technology is widely used because it can guarantee the construction quality and extend the service life. This paper introduces the technology of pile of concrete， the second with a tailings project cases， the response spectrum method and material mechanics method is adopted to analyze the stability of the dam concrete calculation， the results show that the stability of the dam concrete meet the specification requirements， can be used in the design of the dam， concrete construction， provide a reference for engineering application.

Key words：?rockfill concrete; Tailings; Dam; Stability calculation