混凝土面板堆石坝存在致命缺陷!!!
陈海杭
陈海杭 Lv.13
2009年06月12日 16:21:36
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混凝土面板堆石坝存在致命缺陷!!!根据计算当上游坝坡为1:1.3时,混凝土面板堆石坝的面板自身是不稳定的,需要下部趾板的支撑,这不符合独立的建筑物自身应保持稳定的原则,同时在岸坡段趾板也无法提供足够的支撑,且规范规定趾板稳定分析采用刚体极限平衡法,在进行趾板稳定计算中不计趾板锚筋作用及面板与趾板之间的传力,即趾板支撑面板是不允许的,这个问题应引起设计和研究人员足够的重视。面板必须自身保持稳定,这一点在《混凝土面板堆石坝设计规范》(SL228-98)无相应规定,规范仅对坝体稳定及渗透稳定有所要求,特别是要求坝体临时断面挡水度汛时,应满足抗滑稳定和渗透稳定要求。《混凝土面板堆石坝设计规范》建议坝体上下游坡度为1:1.3~1:1.4,反算保持面板稳定则垫层与混凝土间的摩擦系数必须达到0.8以上,这就要求面板垫层设计时要充分考虑垫层与混凝土间的摩擦系数问题,而一般干燥情况下混凝土与砂砾石间的摩擦系数在0.7左右,坝坡为1:1.3~1:1.4时的面板抗滑稳定安全系数小于1,这一结论说明现面板坝设计中坝体的上游坡度偏陡,若工程实际中垫层摩擦系数达不到要求则应放缓坝坡或采取其他必要的工程措施增加垫层与混凝土面板间的摩擦系数,以保证面板的抗滑稳定性。

混凝土面板堆石坝存在致命缺陷!!!
根据计算当上游坝坡为1:1.3时,混凝土面板堆石坝的面板自身是不稳定的,需要下部趾板的支撑,这不符合独立的建筑物自身应保持稳定的原则,同时在岸坡段趾板也无法提供足够的支撑,且规范规定趾板稳定分析采用刚体极限平衡法,在进行趾板稳定计算中不计趾板锚筋作用及面板与趾板之间的传力,即趾板支撑面板是不允许的,这个问题应引起设计和研究人员足够的重视。
面板必须自身保持稳定,这一点在《混凝土面板堆石坝设计规范》(SL228-98)无相应规定,规范仅对坝体稳定及渗透稳定有所要求,特别是要求坝体临时断面挡水度汛时,应满足抗滑稳定和渗透稳定要求。《混凝土面板堆石坝设计规范》建议坝体上下游坡度为1:1.3~1:1.4,反算保持面板稳定则垫层与混凝土间的摩擦系数必须达到0.8以上,这就要求面板垫层设计时要充分考虑垫层与混凝土间的摩擦系数问题,而一般干燥情况下混凝土与砂砾石间的摩擦系数在0.7左右,坝坡为1:1.3~1:1.4时的面板抗滑稳定安全系数小于1,这一结论说明现面板坝设计中坝体的上游坡度偏陡,若工程实际中垫层摩擦系数达不到要求则应放缓坝坡或采取其他必要的工程措施增加垫层与混凝土面板间的摩擦系数,以保证面板的抗滑稳定性。
混凝土面板堆石坝面板稳定与抬升破坏的关系
陈皓 朱晓玲 姜君
(浙江广川工程咨询有限公司,浙江 杭州 310020)
摘 要:金竹水电站挡水建筑物为混凝土面板堆石坝,在施工期间遭遇超标准洪水后面板抬升破坏。在对受破坏面板进行分块凿除重新浇筑处理时引出面板稳定问题,本文对该问题进行了分析。从我国已建混凝土面板堆石坝的经验来看,出现面板抬动不是偶然现象,而一般认为面板抬动是因为反渗水所致,文中通过对金竹面板堆石坝的面板抬动原因分析,阐述了面板抬动有可能是因为面板自身不稳定所致的观点。
关键词: 大坝 混凝土面板 抬动 稳定
1 工程概况
金竹水电站位于浙江省遂昌县金竹镇,工程的主要任务为水力发电,坝址设在梭溪与官坊坑支流汇合口下游约50m处,厂址设在金竹镇金竹村上游村头河道左岸,下游距湖南镇水库库区约10km。梭溪是乌溪江流域湖山源的一条支流,发源于遂昌县金竹镇白岩洞尖西麓,集雨面积63km2,河长19km。
金竹水电站坝址以上集雨面积33.4km2,电站装机容量2×3200kw,水库按50年一遇洪水设计,300年一遇洪水校核,正常蓄水位447.5m,相应库容为128.1万m3,设计洪水位(p=2%)450.54m,校核洪水位(p=0.33%)451.1m,相应库容为185.1万m3。金竹水电站挡水建筑物为混凝土面板堆石坝,坝顶高程为451.5m,趾板建基面高程414.0m,最大坝高37.5m,坝顶宽度4.8m,坝顶长度150.95m,上、下游坝坡均为1:1.3。坝基覆盖层厚为0.5~3.4m,以下基岩为弱风化晶屑熔结凝灰岩。

2006年4月15日至5月30日6#~8#坝块面板混凝土浇筑完成,面板顶高程448.0m。6月5日在遭遇施工期超标准洪水后6#~8#坝块面板抬升破坏,面板在高程424m附近形成一条大的横向弧形裂缝和一些细小裂缝,分析认为面板因抬升变形,局部已折断,经研究决定对高程426m以下受破坏面板进行凿除后重新浇筑处理,需要凿除重新浇筑的面板混凝土约560m2,混凝土方量约200m3。由于要凿除面板下部破坏部分,故需对上部剩余部分面板进行稳定计算,对于1:1.3的坡度,相当于坡角 =37.6°,面板因自身重量引起的沿垫层方向下滑的分力为:

面板与垫层之间的摩擦力为:
(摩擦系数取K=0.6)
故面板自身是不能保持稳定的。设计面板修复采取的施工方案为第一次凿除单块面板两边各4.0m宽度,即一期先凿除6-1、7-1、7-3、8-1、8-3块,中间预留4.0m(7-2、8-2)宽度作为支撑,两侧混凝土预留施工宽度后的浇筑宽度为7.2m,待两侧混凝土达到70%强度后再凿除中间预留的混凝土带。面板修复工程于2006年11月施工完毕。

2 面板抬动原因分析
金竹水电站施工导流采用一次性断流,隧洞导流的方式,即非汛期围堰挡水,导流隧洞过流;梅雨期及台汛期坝体挡水,导流洞泄水。本工程水库规模属小(1)型,工程等别为Ⅳ等,主要建筑物拦河大坝级别为4级,导流建筑物级别为5级。导流建筑物采用土石围堰结构,相应的设计洪水标准采用3年一遇,根据导流方式与施工总进度计划情况,本工程导流时段选择在非汛期,其设计洪水洪峰流量为Q=103m3/s,汛期坝体挡水度汛设计洪水标准采用20年一遇,其设计洪水洪峰流量为Q=376m3/s。
2006年6月5日大坝遭遇约30年一遇施工期超标洪水,基坑被淹,坝前水位达到约430m,此时大坝面板已浇注完成⑥⑦⑧三块面板,其余面板尚未浇注,坝体采用5cm厚砂浆护面防渗,6月20日基坑积水全部排干后发现6#~8#坝块面板抬升破坏。
一般认为面板抬升的主要原因是下游反渗水所致,但金竹水电站坝基覆盖层厚仅为0.5~3.4m,趾板即坐落在覆盖层以下的弱风化晶屑凝灰岩上。坝址处河床高程约为417m,趾板建基面高程为414.0m,河床与趾板基坑高程相差仅3m,反渗水的水头差较小,笔者认为较小的水头差不足已抬动面板。面板是在遭遇施工期超标准洪水后库内有水的情况下发生抬升破坏的,当时面板仅浇注了三块,并未形成完全封闭的防渗系统,其上下游水头差也不应太大,故笔者认为面板抬升的原因不完全是下游反渗水所致。
结合面板处理修复方案设计,对面板下部破坏部分凿除后上部剩余部分面板进行稳定计算,计算结果剩余面板是不稳定的,同样可以算出面板的整体稳定性也是不够的。故笔者认为面板抬升的主要原因是面板失稳后错动所致。分析金竹水电站的面板抬升破坏过程为:施工期面板处于极限平衡状态,遭遇施工期超标准洪水后,面板浸泡在水中,面板与垫层间的摩擦系数降低,导致面板失稳滑动,同时由于垫层面不平整,面板抬升后局部架空,造成面板裂缝或断裂破坏。
3 结语
金竹水电站面板修复工程中遇到了一个新的问题--面板的自身稳定问题,根据计算当上游坝坡为1:1.3时,面板自身是不稳定的,需要下部趾板的支撑,这不符合独立的建筑物自身应保持稳定的原则,同时在岸坡段趾板也无法提供足够的支撑,且规范规定趾板稳定分析采用刚体极限平衡法,在进行趾板稳定计算中不计趾板锚筋作用及面板与趾板之间的传力,即趾板支撑面板是不允许的,这个问题应引起设计和研究人员足够的重视。
笔者认为面板必须自身保持稳定,这一点在《混凝土面板堆石坝设计规范》(SL228-98)无相应规定,规范仅对坝体稳定及渗透稳定有所要求,特别是要求坝体临时断面挡水度汛时,应满足抗滑稳定和渗透稳定要求。《混凝土面板堆石坝设计规范》建议坝体上下游坡度为1:1.3~1:1.4,反算保持面板稳定则垫层与混凝土间的摩擦系数必须达到0.8以上,这就要求面板垫层设计时要充分考虑垫层与混凝土间的摩擦系数问题,而一般干燥情况下混凝土与砂砾石间的摩擦系数在0.6左右,坝坡为1:1.3~1:1.4时的面板抗滑稳定安全系数小于1,笔者认为这一结论说明现面板坝设计中坝体的上游坡度偏陡,若工程实际中垫层摩擦系数达不到要求则应放缓坝坡或采取其他必要的工程措施增加垫层与混凝土面板间的摩擦系数,以保证面板的抗滑稳定性。

作者简介:陈皓,男,高级工程师,现主要从事水利设计工作。

以上为附件内容,欢迎各位专家讨论!!


[ 本帖最后由 beidu1985 于 2009-12-24 21:06 编辑 ]
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陈海杭
2009年06月17日 14:31:23
12楼
沟后坝我去看过的,沟后坝的面板设计有缺陷,顶部有折坡(一个小平台),高程还低于正常蓄水位,水库从来没蓄满过,那年要高n年庆典,领导让蓄起来的。
可以想象如果面板有位移,顶部的折坡处会是个什么受力状态,不断才怪了,然后水涨上来以后灌将进去………………后面就不用说了!
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林熊猫
2009年06月17日 18:41:39
13楼
天啊,我们工程就是一个140米高的混凝土面板堆石坝。。。
在建中。。怎么办
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yrxv
2009年06月17日 19:02:41
14楼
那你就问一下设计的时候,计算清楚了没有
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平面人
2009年06月17日 22:05:51
15楼
有问题能够这样详细的总结出来真了不起。对于言辞激烈的批评没必要吧,即使概念错误,学识浅薄,能够提出问题来,善于总结,这不是什么坏事。干嘛非做学霸之类的人。
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陈海杭
2009年06月18日 08:59:29
16楼
面板和垫层之间往往还有喷混凝土或砂浆固坡之类,他们之间的摩擦系数和垫层料的内摩擦角一样吗???

怎么能简单的说垫层是稳的,面板就是稳的呢????
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陈海杭
2009年06月18日 09:23:41
17楼
运行期坝前有水,有铺盖,稳定问题不大。特别要注意的是施工期的稳定,在遭遇超标洪水或下游反渗水的作用时,面板浸泡在水中,降低了面板和垫层之间的摩擦系数,面板的稳定就很成问题了。
还有地震作用下也有麻烦。

[ 本帖最后由 cho870411 于 2009-6-18 12:17 编辑 ]
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wbzh200601722
2009年06月18日 12:10:36
18楼
:hug: 值得参考!
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zhangyi96158
2009年06月18日 15:31:13
19楼
谢谢,我会认真去学习的
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liaochw
2009年06月20日 08:49:08
20楼
6楼说的很有道理,赞同。
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zjkhlf6540
2009年06月20日 21:05:48
21楼
虽然我学的是机械,做的是水工施工,6楼的态度让人感觉非常舒服,和他共事的人想必非常幸运,对于楼主说的事情,也非常有勇气,
其实规范与技术的进步,一部分正是由楼主这样的人推动的,记得我刚参加工作时,那时的规范对混凝土水平施工缝的处理是:卵石外露70%(数字对不?),后改成“粗砂外露即可”,可见一斑。
17楼提到的注意施工期的稳定问题,本人在施工混凝土双曲拱坝时也碰到,当时我们做的是一个66米高的双曲拱坝,中心线弧线长是20米,在施工时,往往在浇筑后的二十天左右部分坝段出现上下游贯穿裂缝,当然一方面是当时施工能力低下也有关系,想象一下,如果在十五左右时间覆盖上一层混凝土的话,那就出现不了,当然也有可能产生内应力。当时在施工后,蓄水前,对一些贯穿裂缝进行了修补,一些未贯穿的因工程量太大,则未修补,但在蓄水后,再去检查,居然不见了。
还有一个关于混凝土冷却降温的计算公式,是不是不太对?我是斗胆提出,请各位讨论,总觉得通过什么冷却水来降低坝体温度的方法没有计算公式中说得那么显著?
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