高面板堆石壩變形控制技術(shù)分析

王章美

（貴州水利實業(yè)有限公司，貴州貴陽 550002）

1 高面板堆石壩變形問題分析

堆石體、混凝土面板屬于混凝土面板堆石壩的支撐結(jié)構(gòu)與防滲結(jié)構(gòu)，如圖1 所示即為面板堆石壩的典型斷面示意圖。

圖1 典型混凝土面板堆石壩截面

結(jié)合圖1 分析可知：

（1）1 區(qū)位于面板底部，主要為兩個區(qū)域：①上游鋪蓋區(qū)；②重壓區(qū)。

（2）2B 區(qū)所處的位置為面板墊層區(qū)，其為面板提供密室、平整的基礎(chǔ)，使主堆石體承受面部所承受的水平壓力，并將輔助滲透控制作用充分發(fā)揮出來。

（3）3A 區(qū)所處的位置為墊層與壩體堆石區(qū)的過度區(qū)域，其在高水頭作用下，不會破壞墊層區(qū)。

（4）3B 區(qū)位是支撐水荷載的主要部分，其位置主要為壩體主堆石區(qū)。

（5）3C 區(qū)位能達到主堆石體的保護及穩(wěn)定下游邊坡的作用，其沒有較高的壓實度要求，其位置主要為次堆石區(qū)。

2 高面板堆石壩變形機理與控制技術(shù)分析

2.1 高面板堆石壩變形機理

2.1.1 堆石體變形

面板堆石壩主要是由堆石體組成的，其存在流變變形、濕化變形。

（1）流變變形：產(chǎn)生原因包括：顆粒自身流變；顆粒接觸點錯動、侵蝕；荷載變化（大壩運行中庫水位產(chǎn)生周期性升降，荷載周期性增減，變形出現(xiàn)長時間發(fā)展的情況）。

（2）濕化變形：粗粒料浸水后，土顆粒軟化，同時由于水的潤滑導(dǎo)致顆粒接觸失穩(wěn)，壩體變形量增加，壩料強度降低，對壩體穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響。

2.1.2 面板變形

（1）堆石體變形：堆石體變形決定水壓作用下面板變形特征，如流變對面板變形的影響包括：①面板周邊縫隙沉降位移增大；②河谷中央處面板縱縫擠壓，河谷岸坡處拉伸位移相應(yīng)增加；③面板順坡向拉力減小，且增加壓應(yīng)力，兩岸拉應(yīng)力、河谷面板軸向應(yīng)力；④面板趨于坡向受壓。

（2）荷載與混凝土力學(xué)特征影響：①混凝土面板材料內(nèi)部物化反應(yīng)產(chǎn)生的應(yīng)力；②混凝土變形產(chǎn)生的應(yīng)力；③外部載荷產(chǎn)生的應(yīng)力（包括面板水壓力、冰壓力以及地震作用等）。

2.2 高面板堆石壩變形控制的施工技術(shù)

（1）考慮壩體變形控制要求，合理選用堆石料，高面板堆石壩施工優(yōu)先選擇中硬巖，30～80MPa 為母巖飽和單軸抗壓強度指標。

（2）優(yōu)化壩體斷面分區(qū)，保證主堆石區(qū)穩(wěn)定；合理控制壩體填筑步驟、面板澆筑實際，考慮濕化變形問題，高壩宜采取加水碾壓施工方法，減少后期變形。

（3）高面板堆石壩變形控制的一大關(guān)鍵在于變形的綜合協(xié)調(diào)。對此，面板堆石壩填筑施工時必須控制上下游、左右岸全斷面均衡上升，壩體填筑留有20～40cm 的超高、4～6 個月預(yù)沉降期，切實減少蓄水后壩體變形問題。

（4）加強高面板堆石壩施工全過程監(jiān)控管理，保證堆石料壓實密度達標，全面減小壩體總體變形量。根據(jù)研究顯示，壩體沉降與壩高平方成正比、與堆石體壓縮模量成反比，因此高面板堆石壩填筑標準更高，合理運用大壩填筑監(jiān)控系統(tǒng)可保證大壩碾壓質(zhì)量始終在可控范圍內(nèi)，保證壩體后期運行可靠。

3 工程案例

3.1 工程概況

黃家灣水利樞紐工程是Ⅱ等大（2）型工程，包括大壩樞紐工程、供水灌溉與發(fā)電工程。本次項目為混凝土面板堆石壩，最大的壩高、壩頂分別為81m、3602m，且將鋼筋混凝土面板應(yīng)用于壩體中，從而達到良好的防滲效果。

3.2 堆石料填筑工藝與壩體變形控制要點

3.2.1 堆石料填筑工藝流程

填筑施工工藝流程如圖2 所示。

圖2 填筑工藝流程

3.2.2 壩體變形控制要點

（1）堆石料料源控制。大壩的主體為堆石料，其發(fā)揮著骨架作用，壩體主堆石料為石料場開采的爆破料，料源為新鮮灰?guī)r，爆破后的超徑石料在裝車過程中進行剔除，剔除后的超徑料采用挖掘機液壓鎬破碎后用于砂石料生產(chǎn)和下游干砌塊石護坡。

（2）堆石料鋪料碾壓控制。堆石料鋪料碾壓控制要點包括：

①在堆石料敷料的鋪料過程中，應(yīng)根據(jù)碾壓試驗確定的厚度著手，誤差控制在規(guī)范允許的范圍內(nèi)；②壩體采用全斷面平起鋪筑方法，分區(qū)間高差不超過30m，臺階法收坡，臺階寬度不小于1.0m；③下游護坡與壩體填筑平起施工，還可以將大塊石護坡、人工干砌、機械整坡應(yīng)用于實際中，需要牢固嵌合塊石；④上游鋪蓋、蓋重區(qū)鋪筑，采用大壩、溢洪道開挖棄碴料；⑤面板上游粉煤灰和土石渣鋪蓋料同時平起連續(xù)分層填筑，碾壓后干密度達設(shè)計要求。

（3）壩料灑水控制。在加水過程中，可以聯(lián)合采用兩種方法:①運輸中向運輸車輛加水；②壩面灑水，壩內(nèi)由人工用膠皮管接臨時供水管網(wǎng)進行計量加水，壩外“淋浴”加水，按各種壩料加水量設(shè)定量自動加水，并設(shè)置排水溝及集水坑，將廢水集中收集沉淀達到標準后用于噴灑路面降塵。

（4）監(jiān)控系統(tǒng)控制。針對大壩施工過程中填筑料碾壓關(guān)鍵環(huán)節(jié)，建立黃家灣面板堆石壩碾壓過程實時監(jiān)控系統(tǒng)，實時監(jiān)測大壩碾壓過程中碾壓機的運行速度、軌跡、激振力狀態(tài)等過程參數(shù)，實現(xiàn)對大壩碾壓過程控制。

3.3 高面板堆石壩變形控制效果

截至2020 年6 月20 日，高面板堆石壩沉降變形觀測結(jié)果如下所示：

（1）EL998.00 高程：60.25～158.75mm 為大壩內(nèi)部累計沉降指標，-1.56～3.84mm 為月變化指標，-0.06～0.14mm/d 為沉降速率指標；累計水平位移、月變化分別為4.02～14.45mm，-0.05～0.12mm；

（2）EL1018.00 高程：①壩左 0+75m 樁號：82.76～157.76mm為大壩內(nèi)部累計沉降指標，1.24～2.74mm 為月變化指標，0.04～0.10mm/d 為沉降速率指標，-3.17～9.26mm 為累計水平位移指標，-0.21～0.14mm 為月變化指標；②壩左0+25m 樁號：大壩累計沉降111.35～205.35mm，月變化 1.01～3.51mm，沉降速率 0.04～0.13mm/d，累計水平位移-0.26～13.82mm，月變化-0.26～0.47mm；③壩右0+25m 樁號：大壩累計沉降、月變化、沉降速率、累計水平位 移 、 月 變 化 分 別 為 98.86 ～176.76mm、2.64 ～6.14mm、0.09 ～0.22mm/d、0.06～8.46mm、-0.50～0.30mm；

（3）EL.1038 高程：①壩左0+75m 樁號：大壩內(nèi)部累計沉降76.01～117.81mm，月變化 4.48～5.48mm，沉降速率 0.16～0.20mm/d，累計水平位移-2.82～3.77mm，月變化0.06～0.55mm；②壩左0+25m 樁號：大壩累計沉降 93.19～140.89mm，月變化 1.93～2.83mm，沉降速率0.07～0.10mm/d，累計水平位移-5.99～7.31mm，月變化0.39 ～0.45mm；③壩右 0+25m 樁號：大壩累計沉降 74.52 ～118.32mm，月變化 3.50～4.70mm，沉降速率 0.13～0.17mm/d，累計水平位移-2.80～9.67mm，月變化0.57～0.72mm。第一層條帶最大沉降位于壩左0+25m 位置，累計沉降值為158.75mm，本月沉降變形-1.26m；第二層條帶最大沉降位于壩左0+25m 位置，累計沉降值為205.35mm，本月沉降變形2.91mm；第三層條帶最大沉降位于壩左0+25m 位置，累計沉降值為140.89mm，本月沉降變形1.93mm。

4 結(jié)語

綜上所述，在進行高面板堆石壩施工時，必須明確大壩變形控制的重要性，從堆石料選擇開始充分考慮壩體變形控制要求，將壩料鋪筑工作規(guī)范落實好，并做好碾壓以及監(jiān)控管理工作，使壩體沉降變形控制在一定范圍內(nèi)，保證面板堆石壩后期安全運行，為區(qū)域社會經(jīng)濟發(fā)展做出應(yīng)有的貢獻。