高面板堆石壩變形控制技術分析

王章美

（貴州水利實業有限公司，貴州貴陽 550002）

1 高面板堆石壩變形問題分析

堆石體、混凝土面板屬于混凝土面板堆石壩的支撐結構與防滲結構，如圖1 所示即為面板堆石壩的典型斷面示意圖。

圖1 典型混凝土面板堆石壩截面

結合圖1 分析可知：

（1）1 區位于面板底部，主要為兩個區域：①上游鋪蓋區；②重壓區。

（2）2B 區所處的位置為面板墊層區，其為面板提供密室、平整的基礎，使主堆石體承受面部所承受的水平壓力，并將輔助滲透控制作用充分發揮出來。

（3）3A 區所處的位置為墊層與壩體堆石區的過度區域，其在高水頭作用下，不會破壞墊層區。

（4）3B 區位是支撐水荷載的主要部分，其位置主要為壩體主堆石區。

（5）3C 區位能達到主堆石體的保護及穩定下游邊坡的作用，其沒有較高的壓實度要求，其位置主要為次堆石區。

2 高面板堆石壩變形機理與控制技術分析

2.1 高面板堆石壩變形機理

2.1.1 堆石體變形

面板堆石壩主要是由堆石體組成的，其存在流變變形、濕化變形。

（1）流變變形：產生原因包括：顆粒自身流變；顆粒接觸點錯動、侵蝕；荷載變化（大壩運行中庫水位產生周期性升降，荷載周期性增減，變形出現長時間發展的情況）。

（2）濕化變形：粗粒料浸水后，土顆粒軟化，同時由于水的潤滑導致顆粒接觸失穩，壩體變形量增加，壩料強度降低，對壩體穩定性產生不利影響。

2.1.2 面板變形

（1）堆石體變形：堆石體變形決定水壓作用下面板變形特征，如流變對面板變形的影響包括：①面板周邊縫隙沉降位移增大；②河谷中央處面板縱縫擠壓，河谷岸坡處拉伸位移相應增加；③面板順坡向拉力減小，且增加壓應力，兩岸拉應力、河谷面板軸向應力；④面板趨于坡向受壓。

（2）荷載與混凝土力學特征影響：①混凝土面板材料內部物化反應產生的應力；②混凝土變形產生的應力；③外部載荷產生的應力（包括面板水壓力、冰壓力以及地震作用等）。

2.2 高面板堆石壩變形控制的施工技術

（1）考慮壩體變形控制要求，合理選用堆石料，高面板堆石壩施工優先選擇中硬巖，30～80MPa 為母巖飽和單軸抗壓強度指標。

（2）優化壩體斷面分區，保證主堆石區穩定；合理控制壩體填筑步驟、面板澆筑實際，考慮濕化變形問題，高壩宜采取加水碾壓施工方法，減少后期變形。

（3）高面板堆石壩變形控制的一大關鍵在于變形的綜合協調。對此，面板堆石壩填筑施工時必須控制上下游、左右岸全斷面均衡上升，壩體填筑留有20～40cm 的超高、4～6 個月預沉降期，切實減少蓄水后壩體變形問題。

（4）加強高面板堆石壩施工全過程監控管理，保證堆石料壓實密度達標，全面減小壩體總體變形量。根據研究顯示，壩體沉降與壩高平方成正比、與堆石體壓縮模量成反比，因此高面板堆石壩填筑標準更高，合理運用大壩填筑監控系統可保證大壩碾壓質量始終在可控范圍內，保證壩體后期運行可靠。

3 工程案例

3.1 工程概況

黃家灣水利樞紐工程是Ⅱ等大（2）型工程，包括大壩樞紐工程、供水灌溉與發電工程。本次項目為混凝土面板堆石壩，最大的壩高、壩頂分別為81m、3602m，且將鋼筋混凝土面板應用于壩體中，從而達到良好的防滲效果。

3.2 堆石料填筑工藝與壩體變形控制要點

3.2.1 堆石料填筑工藝流程

填筑施工工藝流程如圖2 所示。

圖2 填筑工藝流程

3.2.2 壩體變形控制要點

（1）堆石料料源控制。大壩的主體為堆石料，其發揮著骨架作用，壩體主堆石料為石料場開采的爆破料，料源為新鮮灰巖，爆破后的超徑石料在裝車過程中進行剔除，剔除后的超徑料采用挖掘機液壓鎬破碎后用于砂石料生產和下游干砌塊石護坡。

（2）堆石料鋪料碾壓控制。堆石料鋪料碾壓控制要點包括：

①在堆石料敷料的鋪料過程中，應根據碾壓試驗確定的厚度著手，誤差控制在規范允許的范圍內；②壩體采用全斷面平起鋪筑方法，分區間高差不超過30m，臺階法收坡，臺階寬度不小于1.0m；③下游護坡與壩體填筑平起施工，還可以將大塊石護坡、人工干砌、機械整坡應用于實際中，需要牢固嵌合塊石；④上游鋪蓋、蓋重區鋪筑，采用大壩、溢洪道開挖棄碴料；⑤面板上游粉煤灰和土石渣鋪蓋料同時平起連續分層填筑，碾壓后干密度達設計要求。

（3）壩料灑水控制。在加水過程中，可以聯合采用兩種方法:①運輸中向運輸車輛加水；②壩面灑水，壩內由人工用膠皮管接臨時供水管網進行計量加水，壩外“淋浴”加水，按各種壩料加水量設定量自動加水，并設置排水溝及集水坑，將廢水集中收集沉淀達到標準后用于噴灑路面降塵。

（4）監控系統控制。針對大壩施工過程中填筑料碾壓關鍵環節，建立黃家灣面板堆石壩碾壓過程實時監控系統，實時監測大壩碾壓過程中碾壓機的運行速度、軌跡、激振力狀態等過程參數，實現對大壩碾壓過程控制。

3.3 高面板堆石壩變形控制效果

截至2020 年6 月20 日，高面板堆石壩沉降變形觀測結果如下所示：

（1）EL998.00 高程：60.25～158.75mm 為大壩內部累計沉降指標，-1.56～3.84mm 為月變化指標，-0.06～0.14mm/d 為沉降速率指標；累計水平位移、月變化分別為4.02～14.45mm，-0.05～0.12mm；

（2）EL1018.00 高程：①壩左 0+75m 樁號：82.76～157.76mm為大壩內部累計沉降指標，1.24～2.74mm 為月變化指標，0.04～0.10mm/d 為沉降速率指標，-3.17～9.26mm 為累計水平位移指標，-0.21～0.14mm 為月變化指標；②壩左0+25m 樁號：大壩累計沉降111.35～205.35mm，月變化 1.01～3.51mm，沉降速率 0.04～0.13mm/d，累計水平位移-0.26～13.82mm，月變化-0.26～0.47mm；③壩右0+25m 樁號：大壩累計沉降、月變化、沉降速率、累計水平位 移 、 月 變 化 分 別 為 98.86 ～176.76mm、2.64 ～6.14mm、0.09 ～0.22mm/d、0.06～8.46mm、-0.50～0.30mm；

（3）EL.1038 高程：①壩左0+75m 樁號：大壩內部累計沉降76.01～117.81mm，月變化 4.48～5.48mm，沉降速率 0.16～0.20mm/d，累計水平位移-2.82～3.77mm，月變化0.06～0.55mm；②壩左0+25m 樁號：大壩累計沉降 93.19～140.89mm，月變化 1.93～2.83mm，沉降速率0.07～0.10mm/d，累計水平位移-5.99～7.31mm，月變化0.39 ～0.45mm；③壩右 0+25m 樁號：大壩累計沉降 74.52 ～118.32mm，月變化 3.50～4.70mm，沉降速率 0.13～0.17mm/d，累計水平位移-2.80～9.67mm，月變化0.57～0.72mm。第一層條帶最大沉降位于壩左0+25m 位置，累計沉降值為158.75mm，本月沉降變形-1.26m；第二層條帶最大沉降位于壩左0+25m 位置，累計沉降值為205.35mm，本月沉降變形2.91mm；第三層條帶最大沉降位于壩左0+25m 位置，累計沉降值為140.89mm，本月沉降變形1.93mm。

4 結語

綜上所述，在進行高面板堆石壩施工時，必須明確大壩變形控制的重要性，從堆石料選擇開始充分考慮壩體變形控制要求，將壩料鋪筑工作規范落實好，并做好碾壓以及監控管理工作，使壩體沉降變形控制在一定范圍內，保證面板堆石壩后期安全運行，為區域社會經濟發展做出應有的貢獻。