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摘要：目前我国经济建设发展迅速，水利工程为我国发展做出了很大贡献。水利工程的主要作用是控制和调配自然界的地表水与地下水，致力于实现除害兴利的修建目标。论文首先分析了设计的需求,进而详细探讨了结构设计,最后给出了运行监测结果,全文是笔者长期工作实践基础上的理论升华,相信对从事相关工作的同行有着重要的参考价值和借鉴意义。
关键词：水利工程；大坝；结构设计；运行监测
引言
混凝土面板堆石坝对地形和地质条件都有较强的适应能力,并且施工方便、投资省、工期短、运行安全、抗震性好,因而其作为坝型选择具有很大的优势,面板堆石坝的发展也随之取得了很大的成功。据统计,截至2006年,全世界建成在建及设计中,坝高超过50m的面板堆石坝共计约390座。自1985年开始,中国利用现代技术修建混凝土面板堆石坝虽只有20多年,但数量、规模和技术等方面均处于世界前列,总数已超过40％。这些坝为面板堆石坝在抗冻、抗裂等方面的技术,为面板堆石坝的发展提供了非常宝贵的经验。
1混凝土面板堆石坝结构设计
1.1原材料的选择
为满足工程项目的高标准要求，应慎重选择施工原材料，首先，应对面板混凝土原材料及性能指标进行重点考量，以保证坝体能够达到相应的抗渗标准、耐久标准以及强度标准。相比于一般工程，本工程当中所制定的混凝土配比方案，对工程混合凝土材料的参数选择更加严格，经过实践对比，本工程中的混凝土配比方案，不仅能够增加混凝土强度，还能综合提升其抗渗性能;而混凝土当中的适当的含气量，能够充分满足坝体对混凝土抗冻性能的要求。
除混凝土配比方案的优化调整，还应切合实际选择止水系统材料。工程施工过程中，周边缝与伸缩缝是两种主要的面板接缝，对于面板接缝的处理，应考虑到当地的气候条件:多年平均气温为2.2℃，气温的变化区间为－42.6℃－34.4℃。由此，适宜选择让柔性嵌缝材料和橡胶止水带，且应保证嵌缝材料在60℃高温下，不会发生融化、流淌现象;在－45℃的低温环境下，变形率能够保持在40%以上，渗透系数在i×10－8cm/s，避免发生脆裂现象，提升坝体整体的耐久性。
1.2结构设计
1.2.1坝体分区及坝料设计
根据该工程各种筑坝材料的性质和面板坝的工作条件,混凝土面板以下坝体分为垫层区、过渡层区、主堆石区、次堆石区,在周边缝下游部位设有特殊的垫层小区。垫层区主要为混凝土面板提供一个均匀、稳定的低压缩性基础,同时满足渗透稳定准则及严寒地区垫层料透水准则。设计要求选用质地新鲜、坚硬且具有较好耐久性的石料经过加工而成,最大粒径不超过8cm,小于0.5cm的含量为25％～40％,小于0.01cm的含量不大于5％,连续级配料,Cu>20,渗透系数K=i×10-3cm/s。施工中将垫层料与过渡层料铺筑和碾压结合,两区坝料同步填筑碾压。既达到了面板有均匀、稳定的支撑,又达到了节约用料降低造价的目的。
主堆石区为坝的主体,其石料的质量、密度、沉降量的大小直接关系到面板大坝的安危,设计要求该料石质坚硬、级配良好,最大粒径不超过60cm,小于0.5cm的含量不超过20％,小于0.01cm的含量不大于5％,连续级配料,Cu>15,次堆石区主要用于保护主堆石体及其自身边坡的稳定。主堆石与下游堆石间的大量不均匀变形将使面板受弯而形成较大拉应力,成为引起面板裂缝的重要因素之一,因此该工程将主堆石与下游堆石区的界限设置成自坝。
轴线附近向下游倾斜坡度设计为1∶0.5,并将主堆石及下游堆石采用同一料源和同一岩性的材料,使上下游堆石体的模量差尽量减小。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆该工程采取了改善堆石坝结构,使上下游堆石体的模量差尽量减小,加强坝体堆石碾压,选择有利施工时段,尽量避开冬季施工。垫层区满足渗透稳定准则及严寒地区垫层料透水准则等措施,保证了坝体填筑质量及结构运行的要求。
1.2.2混凝土面板、趾板及止水设计
大多数观测资料表明,在水荷载作用下,面板的大部分区域受压,仅在坝顶和近岸边处有拉应变。面板应变和堆石体变形特性密切相关,与其厚度关系不大。该工程的混凝土面板厚度采用连续变截面形式,最大厚度为0.5m,最小厚度为0.3m。面板间伸缩缝只设纵缝,不设永久水平缝,面板垂直缝间距河谷中部为12m,两岸垂直缝间距为6m,面板最大板块斜长91.05m。在面板中部设单层双向钢筋,适当增加面板钢筋含量(每向配筋率0.4％)。并选择面板混凝土的有利浇筑时机,避免混凝土早冻。趾板是以灌浆帷幕为主的地下防渗体系与地上防渗结构的连接部位,是一个承上启下的防渗结构。采用平趾板型式布置,板厚0.8m。趾板线由面板底面与趾板下游面的交线控制。本工程趾板宽度依据基岩风化、破碎情况,允许渗透比降和基础处理措施综合确定,趾板最大宽度6.0m,最小宽度4.0m,趾板每12m设一道伸缩缝。为保证趾板与基岩的可靠连接,通过锚杆锚固试验,并参照已建工程经验,在趾板内设置φ28锚筋,插入岩石深度3.5m,每1.2m2布置一根。
周边缝要承担较大的三向变位和水压力,易于因止水失效而形成渗漏。堆石体的沉降引起面板的变形,面板与趾板位移最大,是薄弱部位。周边缝采用柔性连接,在周边缝处设置三道止水,表面为柔性填料止水,中部为橡胶止水,底部为紫铜片止水。在接缝上还设置了连续橡胶管,以期在接缝产生较大张开变形时,橡胶管被压入接缝内,柔性材料也随即被压入而达到密封的目的。
河谷中部面板之间接缝在底部设一道紫铜止水,趾板之间接缝设一道橡胶止水,岸坡附近面板接缝、防浪墙和面板间接缝、防浪墙之间接缝设置表面柔性填料止水和底部紫铜止水。
冰的挤压和冻胀对面板板间缝止水和混凝土表面都会产生破坏,如果大坝面板表面止水的膨胀螺栓都裸露在外,水库经过一个冬季的运行,膨胀螺栓会被拔起,止水也会受到不同程度的破坏。针对该破坏问题,该工程研究改进了表面止水与面板的联结方式,面板表面止水采用平滑表面。既避免了膨胀螺栓为冰盖拔出破坏,也避免了止水被冰块破坏。
2主要运行监测结果
2.1沉降
对于大坝沉降的监测，应分2个高程、5个测点进行。通过对工程中大坝进行运行监测，发现大坝的沉降量与坝体的填筑高度有关，随着高度的增加，沉降量也会增加。蓄水之后，综合各个监测点的数据，发现大坝的沉降量没有进一步增大。竣工时，综合监测反馈结果，大坝的最大沉降值为20.2cm，在坝轴线处;蓄水之后，同一位置的最大沉降值为25.2cm。对比于同类工程，本工程中的坝体沉降更小。
2.2渗漏
设置7个测点，监测周边缝的剪切、沉降以及开合度过程线。通过测量，本工程的渗漏量为13.9×10－3m3/s，年渗水量大约在44m3，符合相关工程等级的防渗标准。
2.3坝体水平位移
通过各高程处引张线水平位移计对坝体水平位移进行监测,监测发现:测点水平位移变化有规律,施工期的位移量总体上向上游移动,蓄水后位移方向指向下游,且水平位移均不大,多年后总体趋于稳定。
结语
综上所述，对水利工程大坝结构设计及运行监测进行分析，有利于明确正确的结构设计与施工方法，从而提升相关工程建设质量。以实际工程现象为参考，坝址的气候、地形等对结构设计与施工会产生一定影响，应在遵循理论经验的同时，切合工程实际，充分考虑极端天气对于坝体运行的影响，提升水利工程的建设与使用价值。
参考文献:
［1］范登峰.水利工程大坝结构设计及运行监测研究［J］.科技资讯，2013(12):70－71.
［2］周鹤翔.水利工程大坝结构设计的几点探讨［J］.工程技术研究，2016(05):247－248.
论文作者:刘邦俊
论文发表刊物:《防护工程》2018年第36期
论文发表时间:2019/4/11
标签：面板论文; 混凝土论文; 大坝论文; 工程论文; 位移论文; 结构设计论文; 下游论文; 《防护工程》2018年第36期论文;