高面板堆石壩面板擠壓破壞問題研究

摘 要：面板擠壓破壞問題嚴重影響了相關水利工程的正常使用，增加高面板堆石壩的維護成本。通過對堆石壩面板擠壓破壞的機理分析發現，壩體的不均勻變形、部分面板的脫空以及堆石壓實的不合理都會導致擠壓破壞現象的出現。為了防止堆石壩面板擠壓破壞問題的出現，需要將面板與堆石壩作為一個整體進行設計，制定科學合理的變形控制措施，完善施工技術，避免結構缺陷的出現。本文就高面板堆石壩面板擠壓破壞的問題進行了研究。

關鍵詞：面板堆石壩；面板擠壓破壞；變形控制

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

施工技術的進步是面板堆石壩壩高得以提升的基礎，為了適應社會需求的發展近些年來國內外設計并建造了一系列高面板堆石壩。這些壩高超過150m的面板堆石壩壓力承受和變形特性與之前的百米以內大壩都存在差異，壩高增加導致的面板壓力增大和應力水平的增加容易導致壩體的異常變形，進而出現擠壓破壞的問題，威脅壩體防滲體系的安全。

1 面板堆石壩應力變形分析

混凝土面板以薄板結構直接與堆石壩壩體相連，因而堆石壩壩體的變形會對混凝土面板的應力變形性態產生直接的影響。面板堆石壩正式投入使用之后，應力狀態將更為復雜，這主要是因為施工期對面板承受的外界荷載力較小，而蓄水期外界壓力增大，堆石壩壩體堆石會發生不同程度的變形性態改變，其中又以大壩上游的變化最為明顯，壩體的變形進而會對面板的應力狀態和變形性態產生影響。

壩體堆石在施工期的位移主要是受到自重作用的影響，其中水平位移和豎向沉降是其主要的變形方式，壩體中部的堆石沉降較為顯著。堆石壩壩體上部和壩體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，壩體上部對實體向壩內位移，而壩體底部則是向外側位移。進入蓄水期之后受到水壓的影響，壩體位移的趨勢將繼續加強，壩體頂部和底部不同方向的位移將加劇壩體變形的趨勢。

傳統高度較低的面板堆石壩由于堆石比較弱的材料特性，堆石壩壩體沉降變形影響最大的區域一般會在壩體的下游段，而高面板堆石壩由于高度增加將導致壩體上部向下游側水平位移的增大，下游堆石壩壩體將出現后仰的變形趨勢。

2 面板擠壓破壞的影響因素及解決措施

2.1 面板接縫設計

最早是以木條作為堆石壩面板接縫的填充材料，而這種柔性填充物在使用中容易導致面板周圍縫隙的增大，影響堆石壩的正常使用。為了避免這種因填充物不恰當導致的使用安全問題，在很長的一段時間內面板堆石壩建設中面板壓性縫之間是沒有填充物的，面板與面板之間直接進行接觸。但是硬性接觸使得面板無法順利沿壩軸線方向進行位移，面板應力無法處理。傳統高度較低的堆石壩產生的位移作用力較小，面板沿壩軸位移所積累的應變能也只會導致面板應力的增加而不會產生過大的危害，但是高面板堆石壩面板位移作用較大，面板承受過大的應力將直接導致擠壓破壞現象的出現。針對以此需要在高面板堆石壩的壓性縫中設置適當的填充材料，一般來以壩體上部面板的填充為主。柔性填充材料可以吸收一定的位移作用力，從而將面板沿軸位移積累的應變能進行釋放，預防擠壓破壞問題的出現。

2.2 壩體變形

進入蓄水期之后壩體變形更為明顯，混凝土面板受到壩體變形的影響自身的受力結構、受力大小等都將發生變化。壩體變形是導致面板擠壓破壞問題出現最為主要的原因，其中堆石的填筑方式、材料自身的性質以及壓實情況都會影響壩體的變形系數。根據目前我國的工程經驗來看，大多采取中等硬度的堆石材料，為了盡可能降低變形值堆石空隙度也較之傳統的大壩有多降低，堆石填筑密度隨之提高。填筑工序對于壩體變形的影響也十分明顯，因而必須對其進行嚴格的控制。同時為了滿足施工導流度汛的要求，需要對堆石壩進行上下游建筑面平行上升的填筑策略，從而減小壩體不同部分的填筑面高度差值，改善高面板堆石壩壩體的變形性態。不均勻變形會對壩體產生嚴重的危害，因而需要對壩體變形進行合理的控制，在主堆石區和次堆石區采取特性相當的材料，減小不同區域的材料差異和變形趨勢差異。

2.3 河谷形狀

河谷形狀會直接影響堆石壩的應力特點，進而對其變形趨勢產生影響。其中河谷底部的岸坡的坡度大小、岸坡的對稱性、壩肩臺地的存在與否以及河谷的寬度都會影響堆石壩面板和壩體的受力結構和應力分布。當河谷的寬度及高度都比較小時，面板在河床中部的區域會受到更大的應力，如果不采取恰當的措施將極有可能導致擠壓破壞問題的出現。除此之外V形河谷中部河床面板的擠壓應力也更大。就目前發生擠壓破壞現象的高面板堆石壩來看，河床往往都較為狹窄，擠壓應力積累較快。針對于此設計人員需要充分考慮不同地形的面板受力情況，對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應力過快積累的措施，降低擠壓破壞現象出現的可能性。

2.4 壩高與面板厚度

高混凝土面板堆石壩面板更容易出現擠壓破壞問題，可見壩高會對面板擠壓破壞問題產生重要的影響。壩高對面板擠壓破壞的作用方式體現在壩體高度的增加會導致大壩整體變形量和應力的增加，進而會增加壩體堆石的流變變形，面板將承受更大的應力。混凝土面板的厚度并不是均一的，壩體頂部的面板厚度最薄，在該部分也最容易發生擠壓破壞現象，針對于此需要對混凝土面板的厚度設計進行創新，盡可能增加面板的承壓面積，避免面板厚度設計不合理導致的擠壓破壞問題。

3 結束語

高面板堆石壩面板擠壓破壞現象的出現會對大壩的防滲體系造成嚴重的危害，因而在進行設計和建造之時必須對此給予足夠的重視。為了避免壩體變形過大可以從材料選擇、鋼筋布設等方面采取有效的抗擠壓破壞措施，同時還可以利用粉細砂或者是粉煤灰代替黏土鋪蓋，提高高面板堆石壩系統整體的淤填自愈能力。

參考文獻：

[1]趙津磊.擠壓邊墻設計參數對堆石壩面板應力與變形的影響研究[J].水利水電技術，2014（04）.

[2]頡志強.高海拔地區堆石壩面板施工期溫度應力特性及保溫措施研究[J].三峽大學學報（自然科學版），2015（03）.

作者簡介：呂超洋，男，四川宜賓人，本科，研究方向：水利水電工程。