混凝土面板堆石坝面板破坏

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1、混凝土面板堆石坝面板破坏【摘要】近些年来，面板堆石坝因其具有良好的抗滑稳定性、良好的渗透稳定性、经济、适应性强等优点而广泛应用于水利水电枢纽工程中。混凝土堆石坝面板破坏成为大坝安全运行的最大威胁。本文探讨混凝土面板堆石坝面破坏机理，并提出相关防治措施。【关键词】面板堆石坝；面板破坏；防治措施　　0.引言　　混凝土面板堆石坝(CFRD:ConcreteFacedRockfillDam)是以堆石体为支承结构、并在其上游表面设置混凝土面板作为防渗结构的一种堆石坝。面板裂缝以成为堆石坝安全运行的最大威胁，其主要有表面性裂缝和结构性裂缝两种。温度裂缝和干缩裂缝多为表面性裂缝，又称为

2、非结构性裂缝；贯穿性裂缝为结构性裂缝。　　1.面板挤压破坏的影响因素分析　　混凝土面板堆石堆石的变形是导致面板挤压破坏的最主要因素。对于一个具体的工程而言，面板的挤压破坏往往是多种因素的综合作用所致。从面板堆石坝的运行特性和混凝土面板的应力状态看，面板挤压破坏的影响因素主要包括以下几个方面：　　坝体变形　　坝体堆石在水库蓄水以后所产生的变形是影响混凝土面板受力的最重要因素。而影响坝体变形的主要因素包括堆石材料的性质、堆石的压实密度、以及堆石体的填筑施工顺序等。相对而言，硬岩堆石的变形较小，软岩堆石的变形较大。压实密度较高的堆石体变形较小，而压实密度较低的堆石体变形较大。从

3、我国目前的几座高混凝土面板堆石坝的工程实践看，坝体堆石均采用了中等硬度以上的堆石材料，堆石的填筑密度也较早期的百米级坝高面板堆石坝有了较大的提高，堆石的孔隙率一般都小于20%。从填筑施工的顺序看，在满足施工导流渡汛要求的前提下，尽可能地缩小上、下游填筑面的高差，使上、下游填筑面平行上升，将有效地改善坝体的变形性状。另外，对于高坝而言，尽可能地减小主堆石区和次堆石区材料特性的差异，使填筑的坝体变形均匀，这也将有效地改善面板的应力状况，但要与充分利用各类材料和减少环境应力矛盾。　　河谷形状　　从大坝的应力、变形分析角度看，不同的地形条件对于坝体和面板的应力和变形有着较为明显的

4、影响。河谷的宽窄、岸坡的陡缓、两岸坡的对称性、以及坝肩是否存在台地等均可直接影响着坝体、面板的应力变形分布。就面板沿坝轴线方向的位移而言，坝肩面板向河谷中心方向的位移主要是受到堆石变形的牵带作用。相对而言，在河谷狭窄、宽高比较小的地形条件下，河床中部面板所受到的挤压应力较大。另外，从河谷的形状看，V形河谷较U形河谷更容易导致河床中部面板挤压应力的积累。从上述发生面板挤压破坏的几座面板堆石坝工程看，除天生桥一级面板堆石坝外，大部分的工程的坝址地形均为狭窄河谷。天生桥一级面板堆石坝虽然河谷较宽，但从坝址的地形性状看，其河谷形式仍属于V形河谷。对于狭窄河谷，面板挤压应力的积累相

5、对较快，所以，上述几座国外的面板堆石坝在蓄水初期即出现了面板的挤压破坏。而天生桥一级面板堆石坝由于河谷宽阔，堆石体后期变形及面板挤压应力的积累需假以时日，因此，挤压破坏发生在水库蓄水运行后的第5年。　　坝高　　从目前统计资料看，出现面板挤压破坏的工程均为坝高大于150m的高面板堆石坝。坝高对于面板挤压破坏的影响主要表现在随着坝高的增加，坝体的整体变形量加大，同时，由于高应力的作用，堆石的流变变形也会随之增加。另外，较高的库水位，也会导致面板应力的进一步增大。　　面板厚度　　目前，混凝土面板堆石坝面板厚度的设计均遵从库克提出的与水头相关的变厚度公式，即：t=+。从面板发生挤

6、压破坏的部位看，所有的破坏均发生在面板顶部。而从面板厚度计算公式所确定的面板厚度在顶部最薄，因此，面板承压面积的减少也可能是影响面板发生挤压破坏的因素之一。　　面板纵缝设计　　早期的面板堆石坝面板纵缝之间曾采用木条等填充材料，但从哥伦比亚的安其卡亚面板堆石坝因面板间柔性填充而导致面板周边缝的拉开后，大部分的面板堆石坝工程均取消了面板压性缝的缝间填充，面板与面板之间为硬性接触。这导致了面板沿坝轴线方向的位移受到一定的限制，从而使河床中部面板因面板沿坝轴向位移所积聚的应变能无法释放。当坝高较低、坝体位移较小时，这种应变能的积累将只会导致面板应力的增加，而当坝高较高、堆石体位移

7、较大时，就将导致面板的挤压破坏。因此，对于高面板堆石坝，在上部面板的的压性缝间适当设置一定厚度的柔性填充材料，以吸收一部分面板的纵向位移，释放河床段面板所积聚的应变能量，将对避免面板的挤压破坏起到较好的作用。　　混凝土受力状态　　蓄水期河床段面板的中部沿坝轴呈双向受压状态，面板顶部在坝坡方向为受拉状态，而沿坝轴线方向为受压状态。河床段面板顶部受力状态为拉压组合，即为空间异号受力状态，因此，从材料力学的观点来看，这个位置也是较容易发生破坏的部位。　　面板配筋　　目前，面板堆石坝的面板配筋多采用双向%～%的配筋率，配筋率有所降低，