高面板堆石坝面板挤压破坏问题研究

摘 要：面板挤压破坏问题严重影响了相关水利工程的正常使用，增加高面板堆石坝的维护成本。通过对堆石坝面板挤压破坏的机理分析发现，坝体的不均匀变形、部分面板的脱空以及堆石压实的不合理都会导致挤压破坏现象的出现。为了防止堆石坝面板挤压破坏问题的出现，需要将面板与堆石坝作为一个整体进行设计，制定科学合理的变形控制措施，完善施工技术，避免结构缺陷的出现。本文就高面板堆石坝面板挤压破坏的问题进行了研究。

关键词：面板堆石坝；面板挤压破坏；变形控制

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.01.085

施工技术的进步是面板堆石坝坝高得以提升的基础，为了适应社会需求的发展近些年来国内外设计并建造了一系列高面板堆石坝。这些坝高超过150m的面板堆石坝压力承受和变形特性与之前的百米以内大坝都存在差异，坝高增加导致的面板压力增大和应力水平的增加容易导致坝体的异常变形，进而出现挤压破坏的问题，威胁坝体防渗体系的安全。

1 面板堆石坝应力变形分析

混凝土面板以薄板结构直接与堆石坝坝体相连，因而堆石坝坝体的变形会对混凝土面板的应力变形性态产生直接的影响。面板堆石坝正式投入使用之后，应力状态将更为复杂，这主要是因为施工期对面板承受的外界荷载力较小，而蓄水期外界压力增大，堆石坝坝体堆石会发生不同程度的变形性态改变，其中又以大坝上游的变化最为明显，坝体的变形进而会对面板的应力状态和变形性态产生影响。

坝体堆石在施工期的位移主要是受到自重作用的影响，其中水平位移和竖向沉降是其主要的变形方式，坝体中部的堆石沉降较为显著。堆石坝坝体上部和坝体底部的位移方向相反，受到堆石水平和垂直位移的共同作用，坝体上部对实体向坝内位移，而坝体底部则是向外侧位移。进入蓄水期之后受到水压的影响，坝体位移的趋势将继续加强，坝体顶部和底部不同方向的位移将加剧坝体变形的趋势。

传统高度较低的面板堆石坝由于堆石比较弱的材料特性，堆石坝坝体沉降变形影响最大的区域一般会在坝体的下游段，而高面板堆石坝由于高度增加将导致坝体上部向下游侧水平位移的增大，下游堆石坝坝体将出现后仰的变形趋势。

2 面板挤压破坏的影响因素及解决措施

2.1 面板接缝设计

最早是以木条作为堆石坝面板接缝的填充材料，而这种柔性填充物在使用中容易导致面板周围缝隙的增大，影响堆石坝的正常使用。为了避免这种因填充物不恰当导致的使用安全问题，在很长的一段时间内面板堆石坝建设中面板压性缝之间是没有填充物的，面板与面板之间直接进行接触。但是硬性接触使得面板无法顺利沿坝轴线方向进行位移，面板应力无法处理。传统高度较低的堆石坝产生的位移作用力较小，面板沿坝轴位移所积累的应变能也只会导致面板应力的增加而不会产生过大的危害，但是高面板堆石坝面板位移作用较大，面板承受过大的应力将直接导致挤压破坏现象的出现。针对以此需要在高面板堆石坝的压性缝中设置适当的填充材料，一般来以坝体上部面板的填充为主。柔性填充材料可以吸收一定的位移作用力，从而将面板沿轴位移积累的应变能进行释放，预防挤压破坏问题的出现。

2.2 坝体变形

进入蓄水期之后坝体变形更为明显，混凝土面板受到坝体变形的影响自身的受力结构、受力大小等都将发生变化。坝体变形是导致面板挤压破坏问题出现最为主要的原因，其中堆石的填筑方式、材料自身的性质以及压实情况都会影响坝体的变形系数。根据目前我国的工程经验来看，大多采取中等硬度的堆石材料，为了尽可能降低变形值堆石空隙度也较之传统的大坝有多降低，堆石填筑密度随之提高。填筑工序对于坝体变形的影响也十分明显，因而必须对其进行严格的控制。同时为了满足施工导流度汛的要求，需要对堆石坝进行上下游建筑面平行上升的填筑策略，从而减小坝体不同部分的填筑面高度差值，改善高面板堆石坝坝体的变形性态。不均匀变形会对坝体产生严重的危害，因而需要对坝体变形进行合理的控制，在主堆石区和次堆石区采取特性相当的材料，减小不同区域的材料差异和变形趋势差异。

2.3 河谷形状

河谷形状会直接影响堆石坝的应力特点，进而对其变形趋势产生影响。其中河谷底部的岸坡的坡度大小、岸坡的对称性、坝肩台地的存在与否以及河谷的宽度都会影响堆石坝面板和坝体的受力结构和应力分布。当河谷的宽度及高度都比较小时，面板在河床中部的区域会受到更大的应力，如果不采取恰当的措施将极有可能导致挤压破坏问题的出现。除此之外V形河谷中部河床面板的挤压应力也更大。就目前发生挤压破坏现象的高面板堆石坝来看，河床往往都较为狭窄，挤压应力积累较快。针对于此设计人员需要充分考虑不同地形的面板受力情况，对于河床不同部位的面板采取不同的材料，或者是采取其他的防止应力过快积累的措施，降低挤压破坏现象出现的可能性。

2.4 坝高与面板厚度

高混凝土面板堆石坝面板更容易出现挤压破坏问题，可见坝高会对面板挤压破坏问题产生重要的影响。坝高对面板挤压破坏的作用方式体现在坝体高度的增加会导致大坝整体变形量和应力的增加，进而会增加坝体堆石的流变变形，面板将承受更大的应力。混凝土面板的厚度并不是均一的，坝体顶部的面板厚度最薄，在该部分也最容易发生挤压破坏现象，针对于此需要对混凝土面板的厚度设计进行创新，尽可能增加面板的承压面积，避免面板厚度设计不合理导致的挤压破坏问题。

3 结束语

高面板堆石坝面板挤压破坏现象的出现会对大坝的防渗体系造成严重的危害，因而在进行设计和建造之时必须对此给予足够的重视。为了避免坝体变形过大可以从材料选择、钢筋布设等方面采取有效的抗挤压破坏措施，同时还可以利用粉细砂或者是粉煤灰代替黏土铺盖，提高高面板堆石坝系统整体的淤填自愈能力。

参考文献：

[1]赵津磊.挤压边墙设计参数对堆石坝面板应力与变形的影响研究[J].水利水电技术，2014（04）.

[2]颉志强.高海拔地区堆石坝面板施工期温度应力特性及保温措施研究[J].三峡大学学报（自然科学版），2015（03）.

作者简介：吕超洋，男，四川宜宾人，本科，研究方向：水利水电工程。