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。

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[ 本帖最后由 beidu1985 于 2009-12-24 21:06 编辑 ]
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recally
2009年06月21日 15:04:58
22楼
楼上,拱坝是将大部分水荷载推向山里面,所以会有压紧的趋势。另外,冷却水管降温效果一般,因为混凝土与水之间隔着一层导热性能一般的材料,不如水直接与混凝土相接,一般情况冷却水管效果也就3度左右。楼主说的这个问题在施工期可能存在,主要是因为面板与下部垫层等之间连接太差,这点未免有点杞人忧天了,混凝土面板与垫层之间的粘结肯定要好于堆石体本身啊。就算是由于施工期沉陷造成面板脱空等,也不会造成大面积脱空。相反,反而要担心面板由于底下垫层等的强约束造成容易出现温度和干缩裂缝
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陈海杭
2009年06月23日 11:14:49
23楼
面板脱空了就更危险了,不论是稳定还是应力。是否可以考虑面板和趾板整浇在一起,联合抗滑?但是坝高到一定程度连混凝土的抗压能力都有问题了。
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陈海杭
2009年06月24日 14:44:07
24楼
混凝土面板坝的面板裂缝也很头痛,几乎到了无坝不裂的地步,也没什么好办法解决,原来用什么聚氨酯之类的填缝,表面用GB板覆盖,黑乎乎很难看。前不久我的一个工程用赛柏斯涂刷,效果好像也不怎么样,还有什么环氧砂浆、丙乳砂浆、有机硅、聚脲等等,新材料很多,但现行规范对这些新材料的施工方法、质量控制以及检测等尚无明确规定,怎么做就算合格了???迷茫中…………

[ 本帖最后由 cho870411 于 2009-6-24 14:48 编辑 ]
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pye
2009年06月25日 15:57:17
25楼
其实混凝土面板坝的面板裂缝很常见,或许随着技术水平的提高和研究的深入,以后会有新的理论出来。
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陈海杭
2009年06月25日 16:22:25
26楼
有没有编规范的大师级人物讲一下编规范的时候有没有考虑到这个问题?如何解决?
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dachengxiansheng
2009年06月26日 10:26:55
27楼
这个问题我在以前的贴子里批评过。
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dachengxiansheng
2009年06月26日 10:27:50
28楼
为什么大家不去请教一下专家呢?弄清楚才更好!
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陈海杭
2009年06月26日 13:49:39
29楼
面板坝的坝坡为什么就是1:1.3--1:1.4?这样的边坡对材料要求很高,料场不好的时候弃料很多,如软硬岩互层,加上覆盖层弃料的量可能大于上坝料的用量,处理起来很困难,费用也很高。若能考虑除腐殖土外全部开挖料都上坝,把强风化料按碎石土考虑,根据其力学指标及渗透性能进行坝体分区和坝坡设计,虽然增加了一些坝体方量,但将使弃渣量大为减少,工程费用将会有所降低,开采石方和弃渣处理方量都会大幅度降低,对环境的影响程度也可降低到最小程度。

[ 本帖最后由 cho870411 于 2009-6-26 15:02 编辑 ]
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陈海杭
2009年06月29日 11:09:35
30楼
混凝土面板堆石坝的稳定计算方法及安全系数规范不明确,设计依据不足,《混凝土面板堆石坝设计规范》(SL 228-98)无稳定计算方法及安全系数等相关内容。根据《碾压式土石坝设计规范》(SL274-2001),混凝土面板堆石坝粗粒料采用非线性指标计算坝坡稳定的允许最小安全系数可参照表8.3.10取值,即与常规碾压土石坝相同,而规范条文说明解释道采用线性指标和采用非线性指标计算的坝坡平均安全系数相差29%,经验有待于进一步总结经验。采用非线性指标计算安全系数采用《碾压式土石坝设计规范》中表8.3.10的数值实际上是降低了坝的安全标准,是偏于不安全的,国外的一些工程实例一般正常运用取值为1.50,因此采用混凝土面板土石坝设计,上坝料放宽为任意料,需要相应的技术规范支持。
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陈海杭
2009年06月29日 14:02:17
31楼
应尽快修订《混凝土面板堆石坝设计规范》(SL 228-98),其范围应涵盖混凝土面板土石坝设计,并总结相应的稳定计算方法及安全系数等的相关规定,为设计提供依据。
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