面板堆石坝蓄水期稳定性及施工缝变形研究

面板堆石坝蓄水期稳定性及施工缝变形研究

王开贵

中国水利水电第七工程局有限公司

摘要：面板堆石坝是一种常见的水利工程结构，其具有结构简单、施工便利等优点，在水资源利用和灌溉工程中被广泛采用。然而，在蓄水期间，面板堆石坝面临着各种挑战，如渗流、坝体稳定性和施工缝变形等问题。这些问题直接关系到坝体的安全性和运行可靠性，本文主要分析面板堆石坝蓄水期稳定性及施工缝变形研究。

关键词：面板堆石坝；蓄水期；施工缝；变形

引言

混凝土面板堆石坝特点突出，在我国水利工程中应用广泛，其主要具有堆石分层碾压、混凝土薄层面板、多层止水等。和心墙坝对比，面板坝具有底宽小、坡降大、施工便利、坝体填筑量低，缩短输水、泄水建筑物尺寸，枢纽建筑衔接紧密。同时面板坝的抗滑性特点突出，从结构分析，堆石体基本位于面板下方，堆石体整体自重、面板上部静水压力反作用于水平推力。因堆石体为振动碾压成型，孔隙率小，渗透稳定性突出，从而通过这种摩阻力保持坝体的稳定性。堆石的排水功能降低空隙水压力，所以面板坝的抗震性效果较优。

1、面板堆石坝

面板堆石坝具有几个显著的优点。首先，它的建造相对简单，能够快速进行。其次，面板堆石坝的材料常常可以在附近获得，降低了建设成本和对外部资源的依赖。此外，这种类型的坝体还具有较高的适应性，能够适应不同的地质条件和水位变化。然而，面板堆石坝也存在一些潜在的问题和挑战。其中一个主要问题是渗流。由于面板堆石坝的结构特点，水流容易通过石块之间的缝隙渗透到坝体内部，可能导致渗流问题。此外，面板堆石坝在蓄水期间也可能出现坝体的稳定性问题和施工缝的变形等挑战，需要进行相应的研究和措施的采取。为了保证面板堆石坝的安全运行，需要进行全面的设计和建设管理。这包括了合理选择坝址、设计坝体，严格控制施工质量，以及定期监测和维护等。只有通过科学的设计和严格的管理，面板堆石坝才能有效地提供水资源利用和安全防洪的功能。

2、石坝蓄水期稳定性

2.1坝基的稳定性

确保坝基的稳定性是确保石坝整体稳定性的关键。在石坝设计和建设过程中，需要做好地质勘察和分析工作，确定坝基的承载能力和地质条件。通过采取适当的加固措施，如地基处理、加固灌浆和地下水压力控制等，提高坝基的稳定性。

2.2坝体稳定性分析

对石坝的结构进行稳定性分析是重要的步骤。通过考虑坝体的自重、水压力、渗流和地震力等因素，评估石坝在蓄水期间的稳定性。利用数值模拟方法，可以进行详细的力学分析，以确定潜在的问题并采取相应的措施来提高稳定性。

2.3利用过渡段

过渡段是石坝从坝底到顶部的一个过渡区域，用来平稳过渡从较宽的基底变为较窄的坝顶。合理设计和施工过渡段，可以有效减小水流对坝体的冲刷和侵蚀作用，提高石坝的稳定性。

2.4安排洪水泄洪

在石坝设计中考虑洪水泄洪能力是确保石坝稳定性的重要要素。通过合理安排坝体上部的泄洪泄流设施，控制和调节大量水流的排放，可以降低水压对坝体的影响，提高坝体的稳定性。

3、面板堆石坝施工缝变形

面板堆石坝的施工缝是指在石坝的建造过程中，为了管理和控制温度变形、构造裂缝等问题而设置的缝隙。然而，施工缝可能会在坝体蓄水后发生变形，对坝体的稳定性和结构完整性产生影响。

3.1施工缝变形机理研究

通过实测数据和数值模拟分析，研究施工缝变形的机理及其与坝体蓄水压力、温度变化等因素之间的关系。了解施工缝变形的原因和变形规律对进一步的研究非常重要。面板堆石坝施工缝的变形机理是一个复杂的问题，受到多个因素的影响。温度变化是导致施工缝变形的重要因素之一。面板堆石坝在施工过程中会因为季节、日夜温差、太阳辐射等因素而发生温度变化。这种温度变化会使得面板堆石坝的构件产生热胀冷缩，从而引起施工缝的横向变形。面板堆石坝在蓄水期间承受水压力的作用，这也会对施工缝产生影响。水压力将导致面板堆石坝的水平位移和变形，从而引起施工缝的变形。土体沉降和变形，在面板堆石坝施工过程中，土体可能会发生沉降和变形，进而影响到施工缝的稳定性。土体的沉降和变形会改变施工缝的初始状态，导致施工缝的变形过程与机理发生变化。施工过程中的工艺和所使用的材料也会对施工缝的变形机理产生影响。例如，施工缝的宽度、深度、填充材料的性质等都可能对施工缝的变形起到关键作用。

3.2施工缝监测与测量研究

施工缝的监测与测量是研究施工缝变形的重要手段，它可以提供实时和准确的数据用于分析施工缝的变形情况。监测仪器的选择，选择合适的仪器设备用于施工缝的监测和测量。通常包括位移传感器、应变计、GPS等。这些仪器设备具有高精度、大范围、实时性强等特点，能够有效监测施工缝的变形。监测参数的确定，确定需要监测的施工缝的关键参数，如位移、变形、应变等。不同的研究目标和实际情况可能需要关注不同的参数，根据需求进行选择。数据采集与分析，运用监测仪器实时采集施工缝的监测数据，并对数据进行处理和分析。可以利用现代化的数据采集系统，实现自动化的数据收集和管理，以减少人工干预和误差。数据解释和评估，通过对监测数据的解释和分析，评估施工缝的变形情况。可以使用统计方法、数据挖掘技术等，将监测数据和理论研究相结合，深入理解施工缝变形的规律和机理。

3.3施工缝处理方案研究

施工缝的处理方案研究是为了控制和纠正施工缝的变形，保证面板堆石坝的稳定性和安全性，填充材料的选择与性能评估，根据施工缝的尺寸和要求，研究不同类型的填充材料，包括胀缩土、胶体材料等，选择合适的填充材料。同时对填充材料的物理力学性能进行评估，如强度、变形特性、渗透性等。施工缝处理方法的比较研究，比较不同施工缝处理方法的效果，如补充夹填填料、加固支撑、压浆修复等。通过实验室试验和现场测试，评估各方法的可行性和有效性。处理防护措施的优化研究，针对不同类型的施工缝和变形情况，研究优化的处理防护措施。可以考虑增加填充材料的厚度、改进填充材料的配比，或者采用其他辅助手段来减小施工缝的变形和漏水风险。施工缝处理方案的经济效益评估，对不同的处理方案进行经济成本和效益的评估，权衡各种方案的投入与收益。考虑到施工缝处理的长期维护成本、工程周期和可操作性等因素，进行整体经济效益分析。实施后的监测与评估，在实施了特定的施工缝处理方案后，进行后续的监测与评估工作，检测处理效果并评价其长期稳定性。根据结果，及时调整和改进处理方案，以保持面板堆石坝的稳定。通过施工缝处理方案研究，可以找到合适的处理方法，控制和纠正施工缝的变形，并降低对面板堆石坝结构稳定性的影响。这将有助于提高坝体的使用寿命和安全性。

结束语

综上所述，施工缝的变形是面板堆石坝中一个重要的问题。通过深入研究施工缝的变形机理和变形规律，并采取相应的监测、处理和分析方法，可以有效地控制施工缝的变形，保证面板堆石坝在蓄水期间的稳定性和安全性。

参考文献：

［１］程展林，潘家军．水布垭面板堆石坝应力变形监测资料分析［Ｊ］．岩土工程学报，2015．

［２］余建平．混凝土面板堆石坝施工期与蓄水期工作性态研究［Ｄ］．福州：福州大学，2014．

［３］马晓峰．羊曲水电站混凝土面板堆石坝应力变形分析［Ｄ］．兰州：兰州交通大学，2017．

［４］徐琨，杨启贵，周伟，等．初期集中蓄水对水布垭面板堆石坝变形特性的影响分析［Ｊ］．中国农村水利水电，2020．

［５］李跃鹏，赵元忆，殷彦高，等．江坪河水电站面板堆石坝蓄水初期变形性态［Ｊ］．水力发电，2020．