黑龙江省水利水电勘测设计研究院 黑龙江哈尔滨 150000
摘要：随着社会经济的发展，我国的水利工程建设越来越多，其工程技术也有了很大进展。本文通过水利工程大坝结构设计及运行监测的思考展开了讨论，通过坝体分区以及坝料设计、混凝土面板及趾板设计、结构分缝以及止水设计三个方面展开了讨论，对水利工程大坝坝体结构进行了设计，并对水利工程大坝运行监测结果、选料要求进行了讨论，为关注这一话题的人们提供参考。
关键词：水利工程;大坝;结构设计;运行监测
引言
在水利工程大坝结构设计过程中，由于混凝土面板石坝对地形与地质条件具有较强的适应能力，且施工工艺简单、抗震性好、工期短等特点，决定了该类型大坝结构的应用广泛性。国内相关混凝土面板堆石坝的现代化技术的研发与应用时间虽然较短，当相关技术水平已经位于世界前列，建设规模超过40%。通过水利大坝结构设计及运行监测，能够进一步明确水利工程大坝建设的质量控制要点，对相关工程管理水平的提升具有重要意义。
1坝体设计选料要求
（1）面板混凝土原材料及性能指标。由于面板混凝土的耐久性直接决定面板的寿命,而耐久性又受日晒、风吹、雨淋、冲刷抗冻融及碳化、疲劳、溶蚀、各种有害离子的化学反应、钢筋锈蚀膨胀等各种内、外因素影响,不像混凝土和易性、抗裂性,能在短期内能反映出来,因此合理选择混凝土原材料,是保证其耐久性正常发挥、增加面板寿命的主要措施。该工程混凝土材料参数选择均比较严格。在增加混凝土强度的同时,提高其抗渗抗冻标号,保证其具有一定的含气量,以满足抗冻要求。与同期一般工程相比,该工程通过试验,对混凝土水泥材料强度、水灰比等原材料指标进行了选择与调整,结果如表1所示。利用上述材料的用量及指标控制,保证了施工后的面板混凝土性能指标均达到二级配R250S8D250的要求,这一要求与其后颁布的新规范C25W8F300要求基本相同。（2）止水系统材料。面板接缝主要分为周边缝、伸缩缝两类。周边缝是趾板和面板间接缝。伸缩缝可分为防浪墙和面板间接缝,面板之间接缝(分受拉缝和受压缝),趾板之间接缝和防浪墙之间接缝。该工程坝址区,多年平均气温2.2℃,最低气温-42.6℃,最高气温34.4℃,温度变幅大,因此工程设计中对柔性嵌缝材料、橡胶止水带等提出了较高要求,如,要求柔性嵌缝材料高温60℃时不流淌,低温-45℃时不脆裂,变形率大于40％,耐久性好,渗透系数小于i×10-8cm/s等。
2水利工程大坝坝体结构设计
2.1坝体分区以及坝料设计
在大坝结构设计环节中，坝体分区和坝料设计尤为重要，以某水库为例通过对该工程的筑坝材料的性能分析后，可以发现该工程中混凝土面板以下坝体被分为了垫层区、过渡层区、主堆石区、次堆石区，且在周边缝下游部位设有特殊的垫层小区。由此可知，该工程采取了改善堆石坝的结构，使上下游的堆石体模量差保持在最小范围内，且加强了坝体的对视碾压，选择了有利的施工时段，从根本上保证了坝体填筑质量和结构运行要求。
2.2混凝土面板、趾板与止水设计
有研究结果表示，在水荷载的作用下，面板的大部分区域受压，而形成拉应力的部分仅为坝顶和近岸边处。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆利用连续变截面的形式进行混凝土面板制作，厚度应控制在0.3－0.5m之间，面板的板块斜长应＜91.05m;面板之间需要设置伸缩缝，而不是永久水平缝;垂直缝的布置，视其具体位置而定，若是在两岸处，则应控制垂直缝间距为6m，若是在河谷中部位置，应控制垂直缝间距为12m。另外，单层双向结构的混凝土面板，其强度与耐久性更符合工程的使用要求，可适当增加面板的钢筋含量至每向配筋率0.4%。在水利工程大坝结构设计过程中，科学设置、制作趾板，能够显著提升工程整体的防渗性。趾板的主要作用，就是以灌浆帷幕为基础，有效连接地上与地下防渗体系。对于止水设计，应考虑到周边缝所要承担的三相变位和水压力，从而通过科学的设计方案，避免出现因止水失效而导致的渗漏现象。一般来说，当堆石体发生沉降时，会进一步导致面板发生变形，此时面板与趾板位移达到最大，成为整个坝体结构中最薄弱的部位。针对此种极易发生的状况，应适当选择柔性连接方式处理周边缝，设置三道止水，底部是紫铜片止水、中部是橡胶止水、表面是柔性填料止水。在此基础上，同时在接缝上设置连续橡胶管，一旦张开变形较为严重时，橡胶管与柔性填料受到压力的影响，就会被压入到接缝当中，实现密封的目的。
2.3结构分缝以及止水设计
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。该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。
3水利工程大坝运行监测结果
3.1沉降
在对大坝进行运营监测的过程中，首先要观察的是坝体的沉降情况，要将整个监测过程划分为两个部分，五个小点完成工作，两个部分对应沉降的两个高程，五个小点对应五个测点。在通过两种仪器测量得到相应的数据后，还要通过计算分析坝体和面板平面之间的三位应力，并且对筑坝材料的允许范围进行讨论，作为坝体结构设计的参考依据。值得注意的是，要将重点放在对坝基溶洞和水库防渗层、岩层等情况的讨论上。
3.2水平位移
对水平位移的监测，主要通过各高程处引张线水平位移计。综合监测结果发现，工程中所选取的各个测点之间的水平位移有规律可循:施工期坝体的水平位移量向上游移动;蓄水期坝体的位移方向则指向下游，但位移量并不大。
3.3面板周边缝位移及渗流监测
利用测点对周边缝的沉降、剪切及开合度过程线进行测量,测量发现工程混凝土面板周边缝的变形较小,即周边缝止水破坏的可能性较小。
结束语
综上所述，在对大坝进行设计的过程中，通过结合其他设计方法，根据大坝修建地区的气候特点、地理位置等方面进行考察，对大坝进行合理设计，使大坝在建造的过程中，保证大坝能够较好的使用当地的特点。另外在大坝建造之后，通过对大坝的坝体沉降、水平位移、运行情况监测、周边缝位移进行检测，能够了解大坝的总体运行状况良好。
参考文献:
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［4］杨杰，胡德秀，梁德胜.大坝安全监测管理信息系统开发研究［J］.中国水能及电气化，2011(08):1－6.
论文作者:孙迪
论文发表刊物:《防护工程》2019年12期
论文发表时间:2019/9/5
标签：大坝论文; 面板论文; 混凝土论文; 位移论文; 水利工程论文; 结构设计论文; 工程论文; 《防护工程》2019年12期论文;