紫坪铺面板堆石坝面板的震后修复
紫坪铺面板堆石坝面板的震后修复
李榕;荣可
【摘要】5.12汶川特大地震后,紫坪铺水利枢纽工程各建筑物遭受了不同程度的损伤.本文主要介绍了该工程面板堆石坝震后面板的破损情况及修复处理.
【期刊名称】《水电站设计》
【年(卷),期】2010(026)003
【总页数】5页(P76-80)
【关键词】震损;面板堆石坝;面板;修复处理;紫坪铺面板堆石坝
【作者】李榕;荣可
【作者单位】四川二滩国际工程咨询有限责任公司,四川,成都,610072;四川二滩国际工程咨询有限责任公司,四川,成都,610072
【正文语种】中文
【中图分类】TV543.7
1 工程概况
紫坪铺水利枢纽工程位于四川省成都市西北60余公里的岷江上游、都江堰市麻溪乡,是一座以灌溉和供水为主,兼有发电、防洪、环境保护、旅游等综合效益的大型水利枢纽工程。枢纽主要建筑物包括混凝土面板堆石坝、溢洪道、引水发电系统、冲砂放空洞、1号泄洪排砂洞、2号泄洪排砂洞。紫坪铺水利枢纽工程大坝为钢筋混凝土面板堆石坝,坝顶高程 884.00m,另设防浪墙,墙顶高程 885.00m,址板建基高
程 728.00m,最大坝高 156m。
区域构造部位处于北东向龙门山构造带的中南段,基本构造骨架主要由平武—茂汶断裂、北川—映秀断裂、安县—灌县断裂、彭灌复背协和懒板凳—白石飞来峰构造所组成。坝址区即位于北川—映秀断裂和安县—灌县断裂所挟持的断块上,三条主干断裂的地震活动均具有分段性,但历史上在不同地段所发生的中强地震对坝址区最大影响烈度均未超过6度。
紫坪铺挡水建筑物(大坝)地震设计烈度为 8度,其余永久建筑物地震设计烈度为 7度。
2 震后大坝面板破损情况
2008年 5月 12日发生汶川里氏 8级大地震,紫坪铺大坝坝址距震中约 17km,大坝原设计地震加速度 0.2g,实测地震加速度超过 0.5g,面板堆石坝受到一定程度破损,包括:
(1)大坝发生较明显震陷,最大沉降量744.3mm,位于大坝最大横断面坝顶附近,坝坡向下游方向发生水平位移超过 300mm。
(2)845.00m高程二、三期混凝土面板水平施工缝断裂错台(面板 5～23号和 33～38号),总长度 352m,最大错台达 17cm;部分混凝土面板与垫层间有脱空现象,最大脱空约 23cm,主要出现在高程845.00m以上。
(3)5～6号、6～7号、8～9号及 23～24号面板垂直缝两侧混凝土挤压破损,表面止水及底部铜止水均破损。其中 5～6号、6～7号、8～9号面板三条垂直缝破损范围为高程 845.00～879.00m,坡向长度为 58.82m;23～24号垂直缝破损范围为高程791.00～850.00m,坡向长度为 102 m,其中水面以上部分 58m,水面以下部分44m。
(4)部分面板表面有宽度不等的裂缝,裂缝最大宽度约 0.5mm,其中裂缝宽度为
0.2～0.5mm的共 34条(总长度 204.05m),宽度在 0.2mm以下的裂缝共 72条(总
长度 473.03m)。
(5)防浪墙与面板水平缝错台,表面 GB止水及底部铜止水均破损,破损范围为 4～44号面板,全长560m。
3 震后大坝面板修复方案
5.12汶川特大地震后,紫坪铺开发公司组织相关专家进行了现场检查及咨询,提出大坝面板修复的基本原则是恢复原设计功能。修复方案主要参考了类似工程的成功经验,分别确定了水面(高程约为 819m)以上和水面以下部分的修复处理方案。
3.1 水面以上部分修复方案
3.1.1 面板 845.00m高程二三期混凝土施工缝错台
在高程 845.00m错台缝以下凿除混凝土80cm,其上凿除混凝土 100cm,并在此范围外清除所有破损混凝土。将变形为“Z”字形的面板钢筋割除,恢复为原设计配筋型式,再将上下层钢筋采用竖向拉筋进行连接形成钢筋网,浇筑与原面板同配比的混凝土。新老混凝土结合施工缝上部用三元乙丙复合橡胶板粘盖。
3.1.2 面板垂直缝错台
在面板垂直缝两边各 40cm开口凿除混凝土,并在此范围外清除所有破损混凝土;恢复表面止水及底部已破损的紫铜片止水,浇筑原面板混凝土。
3.1.3 面板裂缝处理
对于缝宽小于 0.2mm的浅表裂缝,直接在表面涂刷增韧环氧涂料;对于缝宽大于0.2mm、小于0.5mm的非贯穿性裂缝,首先对裂缝进行化学灌浆处理,然后进行表面处理;对于缝宽大于 0.5mm的裂缝,首先化学灌浆处理,然后沿缝面凿槽,嵌填柔性止水材料,最后进行缝面封闭处理。
3.1.4 面板脱空处理
根据检查情况,面板脱空区主要分布在高程845.00m以上。对面板脱空区采用水泥粉煤灰稳定浆液注浆法进行处理,钻孔后注浆,原则由孔口自流注入,不起压。浆液采
用重量比,水泥∶粉煤灰∶水为1∶9∶5～10。每块面板沿坡向布置钻孔 10排,从面板脱空下部开始往上逐级注浆,上下两排孔注浆宜间隔 24h。
3.2 水面以下部分修复方案
根据其它工程水下混凝土缺陷修补的成功经验,确定采用由华东院研制开发的 PBM 聚合物混凝土进行修补。先将面板破损混凝土全部清除,割除已变形的钢筋并进行恢复,然后浇筑 PBM聚合物混凝土,最后恢复表面止水。
4 修复处理施工
4.1 水面以上部分的修复处理
4.1.1 高程 84
5.00m施工缝错台及垂直缝挤压破损的施工
4.1.1.1 破损混凝土的凿除
按照设计要求对每块面板损坏部位进行凿除,凿除范围根据设计图及错台高度而定,以使上下面板能够平顺连接为准。凿除方法主要采用手风钻钻孔,孔内装无声破碎剂,将需要处理部位的面板混凝土挤压破碎,然后用风镐、钢钎等清除松散混凝土。设计布孔:布孔前首先要确定至少有一个以上临空面(自由面),钻孔方向应尽可能做到与临空面平行;破碎混凝土时同一排钻孔应尽可能保持在一个平面上。
孔距与排距布置:孔距与排距的大小与混凝土强度及布筋有直接关系,硬度越大、混凝土强度越高、布筋密钢筋粗时,孔距与排距越小,反之则大。孔距与排距布置见表1。
表1 混凝土凿除布孔 cm项目岩石硬度F=4 F=6 F=8 F=12素混凝土钢筋混凝土孔距 50～100 40 30 20 30 20排距 80 50 40 30 40 30
考虑到本工程破碎临空面即为混凝土错台面(最高约 17cm),施工前进行了现场破碎试验,根据破碎效果确定的布孔参数为间、排距 10cm,孔深20cm,整个面板分成两层进行破碎。
钻孔:(1)钻孔质量与破碎效果有直接关系,施工过程中必须严格控制钻孔方向及孔
位;(2)装药前必须用高压风将孔内余水和余渣吹洗干净,并将孔口旁土石渣清理干净。装药(破碎剂):(1)在药剂中加入 22%～32%(重量比)左右的水拌成流质状态(糊状)后,迅速倒入孔内并确保药剂在孔内处于密实状态。(2)装药顺序原则上先装靠近临空
面排孔,再依次逐排装入。混凝土刚开裂,可向裂缝中加水,支持药剂持续反应,可获得更好的破碎效果。(3)灌装过程中,已经开始发生化学反应的药剂(表现为开始冒气和温度快速上升)不允许装入孔内,从药剂加入拌合水到灌装结束,这个过程的时间不能超过 5min。(4)药剂反应时间的控制:药剂反应时间过快易发生冲孔伤人事故,同时
也影响施工效果,增加了施工成本。药剂反应的快慢与温度有直接的关系,温度越高,反应时间越快,反之则慢。在实际操作中,控制药剂反应时间太快的方法有两种:一种是在拌合水中加入抑制剂;另一种是严格控制拌和水、干粉药剂和混凝土的温度,夏
季气温较高,破碎前应对被破碎物遮挡,药剂存放低温处,避免曝晒,拌合水温度控制在15℃以下。反应时间宜控制在 30～60min较好。
混凝土凿除:将已裂开的混凝土采用风镐及钢钎等工具清除。
4.1.1.2 面板钢筋及底部铜片止水的恢复
钢筋由于受挤压而弯曲,根据设计及规范要求需对“Z”字形钢筋进行割除,重新配
置原型号钢筋并与原面板钢筋进行搭接焊接。对已经损坏的铜片止水割除后进行恢复。
4.1.1.3 模板安装及混凝土浇筑
钢筋及止水施工完成后进行模板安装与混凝土浇筑。混凝土水平运输采用罐车,垂
直运输采用 16t汽车吊配合 1m3吊罐运输至面板上的溜槽集料口后入仓。混凝土浇筑完成后及时进行养护。
4.1.2 面板裂缝处理
对于缝宽大于或等于 0.2mm的裂缝,需要采用化学灌浆处理。灌浆材料为 NE-Ⅳ
型低粘度环氧结构胶,它是一种双组份、无溶剂的化学灌浆材料,具有低粘度、柔韧
性好、粘接强度高、固化无收缩、耐久性好的特性。其主要性能如下:抗压强度
≥50MPa,抗拉强度≥10MPa,粘结强度≥3.0MPa,施工适用时间≥120min/20℃,黏度/25℃:250～300mPa· s,比重:1.0～1.1kg/L,施工配比:A组分∶B组分=5∶1。化学灌浆施工流程:缝面清理—裂缝素描—钻孔—封缝埋灌浆嘴—灌浆—拆嘴封孔—验收。
缝面清理:用电动角磨机将裂缝两边各约20mm的混凝土表面清理干净,确保无浮尘、水泥浆薄弱层、苔藓及其它杂物等。
裂缝素描:测量混凝土表面上裂缝的宽度、走向及长度等基本数据,并在图上标出裂缝相对位置。
钻孔:在裂缝下侧布置一排,灌浆孔孔距为 20～30cm,孔径为 14mm,孔中心距离裂缝为 5～10cm。根据现场情况也可以采用垂直裂缝打孔,钻孔深度为 20～40cm,孔向向上(有利于出渣),并与混凝土面成45°～60°夹角跨过裂缝,保证钻孔穿过裂缝,确保裂缝灌注密实。
封缝埋灌浆嘴:用高压风将孔内灰渣清理干净后,埋设专用灌浆嘴,并用速凝型环氧砂浆(NEII)将缝面完全封闭,自然养护 48h后即可灌浆。
灌浆:将 A、B两组分按5∶1的配比配置,搅拌均匀,搅拌时间不得少于 3min,每次配置 1～2kg左右。配置好的浆液应在 60min内用完,随配随用。把配置好的浆液采用电动灌浆泵(GM-512型)灌入埋设好的灌浆嘴内,灌浆压力控制在 0.2～
0.3MPa,灌浆顺序为从下至上,从一端到另一端。在灌浆过程中,当浆液溢出邻近灌浆孔或稳压 5min且进浆量趋于零时,即可结束该孔的灌浆。
拆嘴封孔:灌浆结束后 48h,即可拆除灌浆嘴,用 NE-II型环氧砂浆封闭灌浆孔。
验收:裂缝灌浆固化完成后,现场对裂缝进行了取芯检查,检查表明,灌浆效果满足设计要求。
对于缝宽小于 0.2mm的裂缝采用水泥基渗透结晶材料进行处理。用电动角磨机将
裂缝两边各约20mm的混凝土表面清理干净,确保无浮尘、水泥浆薄弱层、苔藓及其它杂物等,使之露出干净新鲜的表面;用干净水浸润混凝土表面,使混凝土面达到面干饱和状态;按给定的配比称量、配制水泥基渗透结晶材料;用刷子把拌制好的渗透
结晶材料均匀地涂刷在混凝土表面,做到不漏刷、不流淌,待第一次涂刷的材料初凝
后再涂刷第二遍水泥基渗透结晶材料;在涂刷好的涂层表面用喷雾状水的方法进行
养护,养护期为 7天。
4.1.3 面板脱空灌浆处理
脱空灌浆施工流程:钻孔、脱空检查—灌浆—布设检查孔进行灌后脱空检查—补灌、合格—封孔。
钻孔:每块面板在高程 845.00m以上沿坡向布置灌浆孔 10排,8m宽的面板每排按2、3孔间隔布置,16m宽面板每排按 4、5孔间隔布置,钻孔深度以穿过面板混凝土为准。钻孔完成后,现场检测各孔的脱空情况。
灌浆:采用水泥加粉煤灰稳定浆液进行自流充填灌浆处理。为保证浆液能正常进行
自流,在大坝坝顶靠防浪墙侧每隔一定的距离设置灌浆平台,平台长 6m、宽 3m。
注浆前,先进行注浆试验,对注浆孔所在位置的面板脱空情况和吸浆量作一个分析对比,为后序孔的灌浆参数提供参考依据。为减小灌后浆液收缩量、保证脱空灌注效果,施工时应严格控制水灰比,在满足自流充填的条件下,尽可能减少用水量。经现场施工相关各方专题会研究讨论,灌浆的配合比根据各孔的脱空情况进行确定。脱空
小于15cm的,浆液配合比为水泥∶粉煤灰∶水=1∶9∶10;脱空大于 15cm的,浆液配合比为水泥∶粉煤灰∶水=1∶9∶5。灌浆由制浆站集中制浆,孔口设置集料漏斗,以消除高差产生的压力,确保浆液以自流方式注入空腔内。灌浆时,施工人员要时刻
关注注浆的情况,以及灌浆区间内排气孔的情况,孔口返浆后即可停灌。为防止灌浆
过程中面板产生抬动变形,施工时在灌浆部位须设置抬动位移计,另配置全站仪进行
辅助监测。
灌后脱空检查、补灌及封孔:由于目前对此施工项目暂无相关的检验标准及规程、
规范,为了检验、评定大坝面板脱空灌浆处理质量,确保大坝的安全与正常运行,现场施工各相关单位召开专题会进行了研究讨论,确定的检验标准如下:(1)检查孔孔位的布置原则:①每块面板布置检查孔 1个,单号面板在高程 870m布孔,双号面板在高
程 860m布孔。②根据灌前检测的脱空情况及灌浆过程中的吸浆量,对灌浆过程中
出现异常情况的孔,在其周围加密布置检查孔,具体如下:脱空较大而吸浆量较小的灌浆孔周围布置1个检查孔;脱空较大且灌浆量也较大的灌浆孔周围布置1个检查孔。
(2)检查孔用手风钻钻孔,孔深以穿过面板混凝土为准。(3)经检查对灌浆后脱空小于2cm的面板即认为灌浆合格(考虑浆液凝固后收缩)。(4)对灌浆后脱空大于 2cm的面板,对原灌浆孔扫孔后再用稀浆(水泥∶粉煤灰∶水=1∶9∶10)进行复灌(无压),待注入率为 0时即为灌浆合格。面板脱空灌浆完成后,按照以上原则,现场施工相关方共同对脱空情况进行了检查,除少部分面板需补灌外,其余面板均满足要求。
封孔:确认各面板灌浆全部合格后,对原灌浆孔及检查孔采用高压风、水进行清理,然后用 NE-II型环氧砂浆进行封堵。
4.2 水面以下部分混凝土面板的修复处理
考虑水下施工的特殊性及防洪度汛要求,经业主、设计、监理及承包人专题会研究
讨论,并结合其它工程的成功经验,确定采用 PBM聚合物混凝土进行水下面板混凝
土的修补。
4.2.1 PBM聚合物混凝土
PBM聚合物混凝土是一种高分子树脂类聚合物混凝土,它是以 HK-PBM-3树脂(由A、B组份、促进剂和引发剂混合而成)为粘结剂,与骨料(石子、砂、水泥)固结后而成的混凝土。它具有高分子和无机材料的综合性能,可在水中快速固化,一天的抗压
强度可达 25MPa。其主要特点如下:
(1)可在水下快速固化,PBM混凝土的水下固化时间可在十几分钟至数小时内进行调
节;
(2)在水中不分散,可不需导管直接浇入水下处理部位;
(3)不需振捣,可自流平,自密实;
(4)水下混凝土的各项强度均很高,抗压强度大于 50MPa,抗折强度大于 15MPa,抗拉强度大于10MPa,粘结强度大于 2.0MPa;
(5)可在水下进行以厘米计的薄层修补。
PBM聚合物混凝土主要性能指标见表2。
4.2.2 修复施工程序及方法
施工布置:在施工区水面上布置潜水工作船、PBM混凝土拌制船和交通艇等,潜水工作船上备有潜水装具、潜水空压机、水下液压动力源、水下液压动力工具等设备。主要施工程序:面板混凝土凿除—钢筋安装—仓面清洗—模板安装—PBM混凝土浇筑。
4.2.2.1 面板混凝土凿除
由潜水员采用液压镐、液压锯等水下作业设备对破损的混凝土进行凿(切)除,将面板表层翘起和剥落的混凝土凿除,并对凿除后的混凝土周边修整平直,凿除深度不低于面板第二层钢筋层以下 3cm(大约 15cm深)。由于第一层钢筋间距小,故可以适当间隔切除面板钢筋,使钢筋间距能满足液压镐施工要求。
表2 PBM聚合物混凝土主要性能指标性能指标固化时间几分钟至数小时比重/g·cm-3 1.0～1.1龄期/d 1 3 30抗折强度/MPa ≥8 ≥10 ≥15抗压强度
/MPa ≥25 ≥30 ≥30
4.2.2.2 钢筋安装
在混凝土凿除完成后,可由潜水员在水下将原先切除的钢筋重新绑扎形成完整的钢筋网。
为提高修补混凝土的整体强度,在面板混凝土凿除后基坑内无钢筋时,需增加钢筋网
及锚筋。锚筋施工由潜水员采用水下液压钻在混凝土坝面上钻孔,孔位按横向
60cm、纵向 50cm布置。水下液压钻由潜水员平稳把持,钻孔方向垂直混凝土坝面;锚筋规格φ20mm,锚筋孔的深度 15cm,锚筋总长30cm,钻孔完成后将锚筋锤击入孔内。为加快施工进度,采取在锚筋下端开锲口,并嵌入塞铁,锚筋放入孔内后由潜水员锤击固紧,然后潜水员在锚筋之间布设钢筋网一层,尺寸为50cm×50cm,钢筋网与锚筋用铅丝绑扎牢固,并保证钢筋网混凝土保护层厚度不小于 5cm。
4.2.2.3 仓面清洗
为了确保新老混凝土结合密实,使修复后的面板整体性能良好,因此必须对凿除后的混凝土面进行清理。施工时由潜水员采用 6MPa高压水枪对仓面进行清理,使表面清洁,无松动块粒。
4.2.2.4 模板安装
为了保证浇筑 PBM聚合物混凝土的平整,混凝土浇筑之前由潜水员进行水下浇筑模板的安装。模板为木模,高 1.2m。具体方法是:以修复部位面层为基准面,由潜水员将在陆上拼装好的模板覆盖在浇筑面,模板上下及周边采用膨胀螺栓固定,模板上口预留浇筑混凝土导管位置。为保证模板与坝面紧贴,模板周边部分部位需采用快速堵漏剂堵漏,防止 PBM混凝土流出仓面而造成浪费。
4.2.2.5 PBM混凝土浇筑
混凝土通用配合比由 PBM材料生产厂家提供,施工时根据现场水温、气温变化及骨料粒径、浇筑速度等先进行现场试验,以合适的稠度和固化时间来确定各组份的比例,以及促进剂和引发剂用量。厂家提供的通用配合比(重量比)见表3。
表3 PBM混凝土配合比 %材料石子砂水泥 PBM-3树脂促进剂(紫色) 引发剂(无色)混凝土 32～36 39～43 9～10 16～19 树脂的 1.0～2.5 树脂的 1.0～2.5砂浆 60～68 15～17 20～25 树脂的 1.0～2.5 树脂的 1.0～2.5
根据现场试验情况,将混凝土固化时间调整为3h,调整后的混凝土配合比(重量比)
为:PBM-3∶水泥∶砂∶石∶促进剂∶引发剂 =1∶0.61∶2.22∶1.72∶树脂的
1.6%∶树脂的1.6%。每次拌制(kg)配合比(重量比 )为 :石子∶砂∶水泥∶PBM-3树脂∶促进剂∶引发剂=7.570∶9.77∶
2.60∶4.4∶0.011∶0.011。
原材料:拌和剂:HK-PBM-3树脂(A+B);添加剂:PBM-3引发剂和 PBM-3促进剂;水泥:P032.5R;砂子:中粗砂 ;石子:5～ 20mm碎石。
混凝土全部采用人工拌制。首先将砂、石、水泥等骨料按比例干拌均匀,待用;然后将树脂按A∶B=10∶1的比例混合均匀,再加入促进剂搅拌均匀,最后加入引发剂,拌匀即成树脂组份;将配置好的树脂组份立即倒入拌和好的骨料中,拌和均匀。PBM混凝土拌和时需特别注意以下几点:
(1)拌和用的砂、石等骨料必须干燥(含水率小于 1%),这样才能保证 PBM混凝土与基面(老混凝土)的良好粘结;
(2)一定要先将骨料拌匀后再开始配置树脂,且拌好的树脂必须立即倒入骨料中拌和,以免因树脂快速固化而导致混凝土来不及拌制;
(3)促进剂加入树脂后,必须先搅匀,再加入引发剂,否则容易出现剧烈反应,甚至烧伤事故;
(4)引发剂和促进剂可根据温度和所需的固化时间来调节,气温高时用量要减少;
(5)在进行 PBM聚合物混凝土拌制时,必须严格控制各掺合物的掺量和质量,现场配备计量精确的称量器具,以提高拌合物凝结时间的准确性和混凝土拌合物的利用率,减少不必要的浪费。
混凝土拌制完成后,可采用桶装法或袋装法利用吊绳将拌合物传递给水下的潜水员,再由潜水员将混凝土倒入需浇筑的仓面内,让其自动流平,自己密实。施工时立完一模即浇筑一模,重复施工,直至完成整个面板水下部分的修复处理。
新浇筑PBM聚合物混凝土在水下养护24h后,即可进行拆模板和修补表面处理,成型后由潜水员使用水下摄像机进行检查。
5 结束语
PBM树脂适用于水下混凝土如坝面、消力池、隧道、桥墩、码头、混凝土管、金属管道等永久性水下部位缺陷的快速修补,是一种有效的混凝土水下补强加固材料,是混凝土水下病害整治的一条新途径,具有显著的经济效益,推广应用前景广阔。
紫坪铺大坝面板修复处理完成后,参建各方共同对面板错台缝的修补、脱空灌浆及裂缝处理效果进行了检查,各项指标均达到设计要求。2008年 9月 1日,坝前水位为 846.05m,坝后量水堰监测渗流量为 22.33L/s;2008年 9月 19日,大坝面板全部处理完成,坝前水位为 847.22m,坝后量水堰监测渗流量为 17.38 L/s。综合以上情况,说明大坝面板经修复处理后,渗漏量有所减小,大坝运行正常,各项修复处理取得了预期的工程效果。
第01章 概述
第01章概述 01.1工程概况 紫坪铺水利枢纽工程位于成都市西北60余KM的都江堰市麻溪乡境内的岷江上游，下游距离都江堰市9km，是一座以灌溉和供水为主，兼有发电、防洪、环境保护、旅游等综合效益的大型水利工程。紫坪铺水利枢纽工程由以下主要建筑组成： （1）混凝土面板堆石坝，坝顶高程884.0m，最大坝高156m，坝顶全长663.77m，坝顶宽度12m，上游坡度为1：1.4，下游坡度为1：1.5和1：1.4，大坝趾板和两岸坝肩设帷幕灌浆，右岸条形山脊设排水系统。 （2）位于右坝肩有闸门控制的单孔溢洪道，孔口宽度12m，堰顶高程860.0m，泄槽段宽12m，溢洪道全长523.5m。 （3）位于大坝右岸的装机容量为4×190MW引水发电系统，包括进水塔、引水发电隧洞、地面厂房、升压变电站和副厂房。进水塔长90m，宽28.5m，高91m，设拦污栅、检修闸门和工作闸门及其启闭设备，进口底板高程800.00m，地面厂房长127m，宽38.9m，高54.17m。 （4）一条位于引水发电洞以下30m的冲砂放空洞，全长749.94m，直径4.4m，钢筋砼衬砌，进口设检修闸门，出口设工作闸门，进口底板高程770m。 （5）位于右岸的两条钢筋砼衬砌的泄洪排砂洞，利用两条导流洞经龙抬头进口和改造出口消能设施改建而成，长度分别为720.98m和602.47m，进口设置事故检修闸门和工作闸门及启闭设备，1＃、2＃泄洪排砂洞进口底板高程分别为780.0m和800.0m。 （6）位于右岸的两条导游洞，为10.7×10.7m的马蹄型断面，钢筋砼衬砌，长度分别为793m和702m。导游洞使用完毕后，洞身的下游部分（长度分别为588m和441m）将作为泄洪洞的一部分，1＃、2＃导
混凝土面板堆石坝设计
混凝土面板堆石坝设计 混凝土面板堆石坝是一种被广泛采用的水坝类型，以其结构简单、施工方便、维护容易等特点受到工程师的青睐。这种类型的水坝主要用于拦截河流、水库建设、防洪工程等场合，对于改善水资源分布和满足人类生活需求具有重要意义。本文将详细介绍混凝土面板堆石坝的设计方法，希望对相关工程提供一定的参考价值。 结构简单：混凝土面板堆石坝主要由混凝土面板和堆石体组成，结构形式简单，便于施工和维护。 施工方便：堆石体可以就地取材，减少了材料运输成本。同时，坝体施工不受季节限制，提高了施工效率。 维护容易：混凝土面板具有良好的耐久性和抗腐蚀性，减少了维修和更换的频率，降低了运行成本。 适应性强：混凝土面板堆石坝适用于不同的地形和气候条件，具有较强的适应性。 地质勘察：在设计和施工前，应对坝址进行详细的地质勘察，了解地质条件、水文气象等信息，为后续设计提供基础资料。
洪水标准确定：根据国家相关法规和工程等级，确定洪水标准，确保坝体在遭遇洪水时能够安全运行。 结构设计：根据地质勘察结果，进行坝体结构设计。主要包括混凝土面板厚度、堆石体材料选择、分区设计等。 应力分析：利用数值模拟等技术手段，对坝体进行应力分析，确保坝体在运行过程中具有良好的稳定性。 施工组织设计：根据工程实际情况，制定合理的施工方案，包括施工工艺、施工进度、质量控制等。 运行管理：制定坝体运行管理方案，包括水位控制、设备维护、安全监测等，确保坝体安全运行。 优点：结构简单、施工方便、维护容易、适应性强等。 缺点：坝体高度较高时，施工难度较大；同时，坝体对地质条件的要求较高，如果地质条件不良，可能会影响坝体的稳定性。 混凝土面板堆石坝是一种具有重要应用价值的工程结构形式，具有结构简单、施工方便、维护容易、适应性强等优点。在设计过程中，应充分考虑地质条件、洪水标准等因素，确保坝体的安全性和稳定性。
地震灾害特点的大型水坝项目和强运动监测大坝
地震灾害特点的大型水坝项目和 强运动监测大坝 摘要：地震可以影响大型水坝工程许多不同的方法。通常，设计工程师侧重于地面震动和忽视其他方面。2008年5月12日汶川地震损坏了1803个水坝和水库，和403个水电厂装机容量33亿瓦特。在这些水坝该132米高的沙牌碾压混凝土拱坝和156米高的紫坪铺混凝土面板堆石坝。这些最近完成大坝坝型，到现在，已经没有经验的强地面震动。广泛的群众运动有造成重大损害的水坝和表面中心在四川。不同的特点地震危险性提出的地震动，断裂与群众运动，这是建议准备项目安全计划所有的水坝，其中包括一个可能的危害和相应的对策是地震行为塞菲德河的河，和牌紫坪铺水坝。其中，在过去，经历了强烈的地面震动从附近地震讨论。最后，需要强大的运动仪表大坝的讨论。它是提出主要水坝大潜在伤害，水坝位于强震区，和水坝有迹象显示，异常行为的配备强震仪。 关键词：地震灾害，拱坝，混凝土面板堆石坝，强震动观测，水库地震活动，汶川地震。 1 介绍
水坝暴露于强震可能是几个水坝暴露于强震可能是几个秒————在其使用寿命期间，大多数因为强发生地震很少在中欧，很难任何大坝工程师或坝所有者有任何的经验地震。它也是很难找到任何坝的虽然地震时已损坏坝地的平均年龄是 50 年左右，和多年来的大型水坝暴露于地震的总人数行动已经很大了。 然而，作为强震可能影响一大片许多水坝可能受到强烈地震动。2008 年 5 月 12 日的汶川大地震中，中国凡据报一些在1803年水坝和水库，403个水电植物受到破坏四他们高度超过100 米。此外，在2001年在印度古吉拉特邦，245座地震坝——主要是小型土石坝——不得不平反或加强地震后。此外后,岩手县-宫城县地震震级为 7.2，其中2008 年 6 月 14 日，在日本发生 134座坝不得不检查。 这些例子显示地震安全需要适当关注。此外，该字段（概率）地震危害分析已发展得非常快过去年而估计地震危险性亦不断增加稳定。另外抗震设计和性能，地震分析的方法和标准制定了但在很多较慢的速度比地震危险性分析方法。 由于大多数现有的大坝建成之前，在1990年之前针对地震抗震设计标准和/或动态分析方法，这是被认为过时或错误的今天，地震安全的这些水坝是不知道现代的标准应用。它必须承担的，有相当一部分是缺乏的。因此，需要有系统的评估地震安全性也
蒋国澄-中国水利水电科学研究院
水利抗震救灾先进个人推荐材料 -------记七十九高龄、两次赴川的中国水科院抗震专家蒋国澄同志蒋国澄同志，男，1929年3月出生，中共党员，1950年7月参加工作，教授级高级工程师，中国水利水电科学研究院副总工程师、咨询委员、院聘专家。作为国内土石坝的知名专家，他一直致力于混凝土面板堆石坝的研究和开发工作，曾亲临现场指导四川省紫坪铺面板堆石坝的建设过程。 关心大坝情比石坚 “5.12”汶川大地震发生后, 北纬31度，东经103.4度——四川汶川成为中国的血泪之地，无数鲜活的生命瞬间失去了色彩。千里之外的北京，有一位79高龄的老人，在牵挂着灾区的人民，牵挂着被地震损毁的大坝。他就是中国水利水电科学研究院有58年党龄的老党员、老干部、老专家——蒋国澄教授。 因为曾亲自参与建设四川省紫坪铺面板堆石坝工程，紫坪铺工程的震害情况一直牵动着蒋国澄教授的心。在他眼里，紫坪铺工程就像自己的“孩子”。当得知紫坪铺水利枢纽距离震中仅17km时，他的心里更是放心不下。5月13日，我院参加水利部第一批抗震救灾工作组的成员去紫坪铺大坝查勘的当晚，他就打电话询问大坝的震损情况，了解情况后，他的心稍稍宽慰了些，“大坝的情况比我想象的要好些”，电话中的这句话透出了他对震后大坝安全的关心和一名老专家对工程的责任感。 当得知水利部工作组要组织对工程进行现场查勘，分析震损原因，
确定修复措施的消息后，他主动请战，亲赴灾区一线。5月22日蒋国澄教授到达灾区，立即奔赴工程现场，不顾79岁高龄，上下攀登，仔细查勘大坝各个部位的震害情况。为了看清楚大坝混凝土面板的震害，他不顾众人的劝阻，登上冲锋舟，临近混凝土面板逐一观察面板和接缝的破损情况。查勘工作完成后，他又彻夜阅读各类技术报告，综合分析大坝的各种震害特征和技术数据，研究地震对大坝安全的影响。蒋国澄教授以其认真负责的工作态度、渊博的专业知识和丰富的工程经验，深思熟虑后提出了对大坝安全性评估的结论性意见，为最终确定震后大坝的安全性起到了至关重要的作用。在咨询会结束后，他顾不上休息，又参加了审查会继续指导防渗系统修复设计，在抗灾一线连续工作了7天。这是一位高龄的老人在国家遭遇灾难的时刻做出的忘我奉献，7天的灾区连续工作对于一位壮年人来说，都代表着疲惫和辛劳，而蒋国澄教授在灾区一线，忘记了自己体弱年高，心中只有灾民，只有大坝，只有震后重建！ 无私忘我二次赴川 6月2日，水利部指示中国水科院派员赴灾区参加紫坪铺水利枢纽大坝恢复正常蓄水及大坝修复的配套研究项目的策划工作。因为担心蒋国澄教授从灾区归来不久，连续奔赴一线身体难以承受，就没有再通知他。但他得知消息后，主动提出前往。6月3日去成都的路上，他告诉同行的专家，“上次只是从外表查看了大坝的震损情况，听现场的人说他们已经凿开面板准备进行面板修复了，我想再去看看内部的破坏情况”，一席话让专家们感动万分。到达成都的第二天，他冒着烈日再一
紫坪铺面板堆石坝面板的震后修复
紫坪铺面板堆石坝面板的震后修复 李榕;荣可 【摘要】5.12汶川特大地震后,紫坪铺水利枢纽工程各建筑物遭受了不同程度的损伤.本文主要介绍了该工程面板堆石坝震后面板的破损情况及修复处理. 【期刊名称】《水电站设计》 【年(卷),期】2010(026)003 【总页数】5页(P76-80) 【关键词】震损;面板堆石坝;面板;修复处理;紫坪铺面板堆石坝 【作者】李榕;荣可 【作者单位】四川二滩国际工程咨询有限责任公司,四川,成都,610072;四川二滩国际工程咨询有限责任公司,四川,成都,610072 【正文语种】中文 【中图分类】TV543.7 1 工程概况 紫坪铺水利枢纽工程位于四川省成都市西北60余公里的岷江上游、都江堰市麻溪乡,是一座以灌溉和供水为主,兼有发电、防洪、环境保护、旅游等综合效益的大型水利枢纽工程。枢纽主要建筑物包括混凝土面板堆石坝、溢洪道、引水发电系统、冲砂放空洞、1号泄洪排砂洞、2号泄洪排砂洞。紫坪铺水利枢纽工程大坝为钢筋混凝土面板堆石坝,坝顶高程 884.00m,另设防浪墙,墙顶高程 885.00m,址板建基高
程 728.00m,最大坝高 156m。 区域构造部位处于北东向龙门山构造带的中南段,基本构造骨架主要由平武—茂汶断裂、北川—映秀断裂、安县—灌县断裂、彭灌复背协和懒板凳—白石飞来峰构造所组成。坝址区即位于北川—映秀断裂和安县—灌县断裂所挟持的断块上,三条主干断裂的地震活动均具有分段性,但历史上在不同地段所发生的中强地震对坝址区最大影响烈度均未超过6度。 紫坪铺挡水建筑物(大坝)地震设计烈度为 8度,其余永久建筑物地震设计烈度为 7度。 2 震后大坝面板破损情况 2008年 5月 12日发生汶川里氏 8级大地震,紫坪铺大坝坝址距震中约 17km,大坝原设计地震加速度 0.2g,实测地震加速度超过 0.5g,面板堆石坝受到一定程度破损,包括: (1)大坝发生较明显震陷,最大沉降量744.3mm,位于大坝最大横断面坝顶附近,坝坡向下游方向发生水平位移超过 300mm。 (2)845.00m高程二、三期混凝土面板水平施工缝断裂错台(面板 5～23号和 33～38号),总长度 352m,最大错台达 17cm;部分混凝土面板与垫层间有脱空现象,最大脱空约 23cm,主要出现在高程845.00m以上。 (3)5～6号、6～7号、8～9号及 23～24号面板垂直缝两侧混凝土挤压破损,表面止水及底部铜止水均破损。其中 5～6号、6～7号、8～9号面板三条垂直缝破损范围为高程 845.00～879.00m,坡向长度为 58.82m;23～24号垂直缝破损范围为高程791.00～850.00m,坡向长度为 102 m,其中水面以上部分 58m,水面以下部分44m。 (4)部分面板表面有宽度不等的裂缝,裂缝最大宽度约 0.5mm,其中裂缝宽度为 0.2～0.5mm的共 34条(总长度 204.05m),宽度在 0.2mm以下的裂缝共 72条(总
堆石料弹塑性本构模型参数反演方法研究
堆石料弹塑性本构模型参数反演方法研究 筑坝堆石料的本构模型及其参数是合理计算面板堆石坝施工、运行及地震过程中应力与变形的重要基础。目前主要通过级配缩尺后的室内三轴试验确定模型参数,但缩尺效应对参数的影响规律尚不清楚。 一些学者结合室内三轴试验成果,根据大坝施工期变形监测数据进行筑坝材料参数的反演。但由于土石坝施工期、地震反应过程及震后沉降计算分别采用不同的本构模型且模型参数之间的相关性缺乏统计资料,反演得到的模型参数仅能进行所反演问题的验证分析。 如:根据施工期沉降监测反演得到的邓肯EB模型、南水模型或清华K-G模型参数仅能进行大坝的施工填筑及蓄水过程模拟。近年来,随着堆石料本构理论的发展,一些学者开始尝试在弹塑性理论框架内建立能够反应堆石料在静、动力及循环荷载作用下变形与强度特性的弹塑性本构模型。 随着监测手段的不断发展和完善,高土石坝在施工过程中基本能够获取详实、可靠的位移监测数据,结合静、动力统一的弹塑性本构模型,根据施工期监测数据反演堆石料模型参数,进而预测地震荷载作用下大坝的动力响应,对于高土石坝 抗震设计方法和安全评价具有一定的理论意义和工程价值。本文反演分析采用改进的广义塑性模型,该模型将初始孔隙比作为模型输入参数,同时考虑了筑坝堆 石料颗粒破碎,可以描述不同密度的堆石料在单调和循环荷载条件下的变形与强度特性,包括剪胀、剪缩、颗粒破碎、循环滞回、循环密实及循环残余变形,采用一套参数即可完成大坝施工、蓄水及地震反应全过程分析,并直接得到地震残余变形。 论文针对堆石料弹塑性本构模型参数反演方法,开展了下列工作:(1)首先通
过有限元敏感性分析确定待反演参数,进而通过粒子群算法和人工蜂群算法等启发式智能优化算法随机产生待反演的本构模型参数向量,代入到有限元模型中进行计算,并根据计算得到大坝竣工期典型测点沉降与实际测得沉降之间的误差不断优化待反演参数,直至达到设定的收敛准则,然后确定优化后堆石料的模型参数。(2)采用拉丁超立方抽样对敏感参数进行抽样并进行有限元分析,得到敏感参数与大坝典型测点沉降之间的关系样本,通过神经网络建立敏感参数与大坝典型测点沉降的响应面,进而进行敏感参数的反演分析。 该方法降低了有限元数值分析的工作量。(3)针对紫坪铺面板堆石坝施工填筑过程现场监测结果,根据上述方法得到的堆石料参数进行了汶川地震震害模拟,并与实际震害结果进行对比分析。 结果表明:通过反演分析得到的弹塑性模型参数能够较好的模拟紫平铺大坝地震沉降变形。
紫坪铺水利枢纽工程关键技术问题与对策
紫坪铺水利枢纽工程关键技术问题与对策 杨志宏;陈惠君 【摘要】紫坪铺工程面板坝坝体变形和沉降控制与#1、#2泄洪洞高速水流控制设计是本工程突出的两个关键技术问题,面板堆石坝设计中成功采用表面振动器法测试最大干密度,以压实度确定坝料填筑标准的方法;#1、#2泄洪洞创新地采用了簸箕状挑坎和缓坡段环形掺气挑坎,成功解决了46m/s的超高水流速问题. 【期刊名称】《中国水利》 【年(卷),期】2010(000)020 【总页数】6页(P59-64) 【关键词】紫坪铺;坝体变形和沉降;压实度;簸箕状挑坎;环形掺气挑坎 【作者】杨志宏;陈惠君 【作者单位】四川省水利水电勘测设计研究院,610072,成都;四川省水利水电勘测设计研究院,610072,成都 【正文语种】中文 【中图分类】TV65 一、工程概况 紫坪铺水利枢纽工程位于岷江上游都江堰市麻溪乡，其下游6 km是闻名于世的都江堰渠首工程，距成都市65 km。工程以灌溉和供水为主，兼有发电、防洪、环境保护、旅游等综合效益。枢纽主要建筑物包括混凝土面板堆石坝、溢洪道、引水
发电系统、冲沙放空洞、#1及#2泄洪洞。水库校核洪水位883.10 m，正常蓄水位877.00 m，死水位817.00 m，水库总库容11.12亿m3，正常水位库容9.98 亿m3，电站装机4×190MW。该工程为Ⅰ等工程，大坝按100年超越概率0.02进行抗震设计（相应基岩水平动峰值加速度0.26 g），其余建筑物为50年超越 概率0.05进行抗震设计（相应基岩水平动峰值加速度0.155 g）。 工程于2001年3月 29日开工建设，于2005年9月30日下闸蓄水，2006年6月工程全部建成。2008年5月12日四川汶川发生里氏8级地震，紫坪铺大坝距 离震中约17 km，地震时库水位828.74 m，坝顶监测到最大地震加速度达2.064 g，坝基地震动输入可能大于0.5 g（基岩监测点已破坏），整个工程经受了远远 超设计标准大地震的严峻考验。震后7分钟恢复向成都供水，5月17日恢复发电。设计通过采用具有创新意义的设计方案，成功解决了面板坝坝体沉降和变形，以及两条泄洪洞超高水流速控制的关键技术问题。工程运行情况及其在“5·12”大地震中所表现出来的极好的抗震性能，充分验证了设计的合理性及工程质量的优良。 二、面板坝坝体的沉降和变形控制 1.坝体结构设计 面板堆石坝剖面设计考虑了工程的重要性、坝料特性及抗震要求。坝顶高程 884.00 m，趾板地基高程728.00 m，最大坝高156.00 m。坝顶长634.77 m， 宽 12.00 m，坝顶设“L”形防浪墙，墙顶高程885.40 m，墙高6 m。坝体上游 坡坡度1∶1.4，下游坡分别在高程840.00 m及796.00 m设置宽5 m的马道，840.00 m高程以上坝坡坡度1∶1.5，840.00 m 高程以下的坝坡坡度1∶1.4。坝轴线上游100 m至趾板及下游坝壳堆石ⅢD区坝基覆盖层砂卵石全部挖出，其余 部分保留。见图1。 坝体分区设计以控制坝体变形、沉降为主导，避免面板结构性开裂及接缝止水破坏，
大坝混凝土面板缺陷修复与防护
大坝混凝土面板缺陷修复与防护 摘要：大坝混凝土面板在应用中具有多方面优势，其防渗加固效果较为明显。文章主要结合施工中大坝混凝土面板常见缺陷进行分析，并将结合实际情况探讨 相应的修复与防护对策。 关键词：大坝混凝土；混凝土面板；面板缺陷；缺陷修复 引言 北方地区大坝混凝土面板受到冻胀、冰推、冰拔与侵蚀破坏,南方地区大坝 混凝土面板土面临碳化、侵蚀、霉变等问题,大多存在不同程度的损坏,面临修复 与防护的问题。若不对破损部位加以处理,破损范围和深度将进一步加大,危及钢 筋等结构受力物时,致使结构不稳定,同时影响混凝土结构防水抗渗性。根据混凝 土面板的不同损坏情况,采用不同的修补防护材料与合理的施工工艺,对混凝土缺 陷做到有效修复与防护。、 1大坝混凝土面板缺陷修复与防护相关概述 1.1混凝土面板技术特点 通过混凝土面板技术完成的水利水电工程，其主要是由坝体内部的堆石体和 外部的混凝土面板组成大坝主体，由于组成堆石体的主要材料为大颗粒的砂石， 虽然经过压实增加了整体密实度，但仍具有易变形和变形时间长的特点；而堆石 体外部混凝土面板的物理性能与堆石体存在极大的差别，使得造成大坝病害的诱 因更加复杂。这就是使用混凝土面板技术进行施工时，需要重视堆石体整体密实 度和变形模量控制的原因，在施工时要保证堆石体与混凝土面板变形模量相互协调，才能避免物理性差异造成的病害。 1.2大坝混凝土面板缺陷修复与防护的重要性
混凝土面板堆石坝以堆石体为支承结构，其坝体堆石料是人工填筑散粒体， 有极大非连续性，在坝体填筑完成混凝土面板浇筑到蓄水或水库运行期间，坝体 填筑料仍会持续非线形沉降，此外，库水位升降造成水压力反复作用于面板，面 板也会挤压填筑料体，由于刚性混凝土面板是线形弹性材料。与大坝填筑体非线 性变形不一致，导致混凝土面板局部不再与填筑体连续接触，即混凝土面板下局 部出现脱空，蓄水后，随着水位反复升降，水压力对脱空位置面板往复作用可能 导致面板混凝土形成裂缝。裂缝严重时将会形成渗漏通道，给大坝造成巨大安全 隐患，因此，对混凝土面板进行检测，查明面板与垫层间的脱空情况，对堆石坝 安全具有重要意义。 2混凝土面板病害的种类和诱因 2.1混凝土面板病害种类 面板裂缝主要分为结构裂缝和非结构裂缝，结构裂缝主要产生原因为坝体不 均匀沉降、地震、脱空等造成。收缩裂缝是混凝土收缩变形受到约束产生的拉应 力大于混凝土抗拉强度引起的裂缝，按产生原因分为塑形收缩、温度收缩、干燥 收缩、自生体积收缩，与面板浇筑完成后的养护环境息息相关。因此，后期养护 对面板混凝土防裂具有重大影响。 2.2混凝土面板病害的诱因 混凝土挤压造成的结构损坏。使用混凝土面板技术构筑的大坝，经常出现的 病害之一就是面板结构出现损坏，其中一种诱因就是混凝土结构互相挤压出现的 面板碎裂、面板损坏，这在我国天生桥一级、紫坪铺等水利工程中均有发生。且 这种面板损坏根据受挤压方向的不同分为纵向面板碎裂和横向面板碎裂。大坝竣 工后蓄水的初期阶段，由于大坝受水压的影响，坝体出现变形，在受力变形的过 程中，局部区域的混凝土结构就会出现相互挤压，进而从坝顶开始向下出现碎裂，碎裂区域长度通常为大坝高度的2/3，通常出现碎裂的位置在压性垂直缝处。第二，环境因素对混凝土面板结构的损坏。混凝土结构开裂是混凝土结构类工程的 常见质量问题，其主要是由于受到环境因素的影响，破坏了原有混凝土结构的完 整性。在混凝土结构的养护期中，对温度和湿度都有较高的要求，浇筑完成的混
堆石料弹塑性循环本构模型研究及应用
堆石料弹塑性循环本构模型研究及应用过大的永久变形往往是导致堆石坝震害的主要原因。准确预测堆石体的地震变形在堆石坝的抗震设计中尤为重要。 目前广泛使用的等价粘弹塑性模型对堆石体在地震荷载作用下变形的描述具有很大经验性,只能粗略估算地震荷载引起的残余变形,采用循环弹塑性模型可弥补这一缺陷。本文在前人研究的基础上,着重对堆石料在循环荷载作用下的应力应变规律进行了总结,建立了一个实用化的三维弹塑性循环本构模型,提出了基于该模型的数值化方法,开发了基于开源动力有限元软件OpenSees的面板堆石坝动力计算程序。 本文取得的研究成果主要包括以下几个方面:第一,建立了一个可合理地反映堆石料在循环荷载作用下应力-应变特性的三维弹塑性本构模型。与目前已有的弹塑性循环本构模型相比,该模型具有以下几个明显优势:1)提出了一个基于修正空间滑动面强度理论的双参数三维非线性强度准则,使复杂循环加载下堆石料强度的描述更为简便合理;2)可反映偏应力循环、球应力循环及二者共同作用下不可逆体应变的累积规律,使循环荷载作用下堆石料体应变的描述更为准确合理;3)可反映循环剪切荷载作用下剪应力-剪应变关系的滞回特性、硬化特性和应变累积特性,使循环荷载作用下堆石料剪应变的描述更为精细合理;4)共有11个物理意义明确的模型参数,均可由振动三轴试验测得的最大剪切模量、模量衰减曲线和残余变形累积曲线等常规试验结果来确定,使该模型更加实用化。 第二,提出了该本构模型的数值实现方法,开发了基于开源动力有限元软件OpenSees的用户材料子程序以及针对面板堆石坝动力计算的辅助性前后处理程序,实现了较为高效的数值建模。通过对二维理想坝模型、三维均质坝模型的系
水利工程混凝土面板堆石坝病害及其除险加固技术
水利工程混凝土面板堆石坝病害及其除险加固技术 摘要：目前，我国在混凝土面板堆石坝的建设方面已小有成就，但不可否认的 是混凝土堆石坝在使用过程当中也出现了一些病害，比如说面板塌陷、面板挤压 破坏等等，严重者会直接影响到大坝的安全使用。因此本文将对水利工程当中混 凝土堆石坝的病害进行简要分析，并为其提出除险加固的建议，力求推动我国水 利工程的进一步发展。 关键词：水利工程；混凝土面板堆石坝；除险加固 一、面板堆石坝主要病害形式及特点 （一）面板挤压破坏 近年来高压面板堆石坝问题频出，其主要是由于水平挤压破坏和垂直缝挤压破坏。比如说我国的紫坪铺以及天生桥一级以及巴西的坎波斯诺沃思面板堆石坝都受到 了上述问题的影响。 一般来说，在蓄水初期的压性垂直缝上是最容易发生垂直挤压迫害的，如果堤坝 超过了一定的高度，还有可能会因为其高度超标而引发渗透量增大或者是水平向 挤压的现象。以坎波斯诺沃斯为例，其在发生挤压之后面板堆石坝发生破坏，进 而导致渗透量急剧上升，已达到了正常水平的40余倍。这是由于蓄水期堤坝的 负荷加重，而在前期施工时工程队主要对上游堆石区进行加固却未对下游堆石区 进行加固，进而导致上游与下游堆石体的承压承力不同，最终变形程度不一，导 致垂直缝发生挤压破坏。 面板内沿水平向的挤压破坏与沿水平施工缝的挤压破坏都属于水平挤压向破坏。 一般来说纵向的施工缝所能够承受的结构抗力更大，但由于现有施工技术的制约 以及施工具体情况的影响，因而在施工时所留下的施工缝面大多是水平向的。在 蓄水期由于水体对大坝的冲击，大坝极易出现变形现象，大坝在变形之后很可能 会改变原有的施工缝的形状。而此时面板会出现脱空不均匀或是脱空过大的现象，直接导致面板出现水平向挤压破坏。 （二）面板裂缝 一般而言，有两种情况会造成面板裂缝，一种是结构性裂缝，另一种是非结构性 裂缝。结构性裂缝是指面板受到水压力或者是填筑体自重等客观因素的影响，进 而导致面板受力不均匀、坝体出现不均匀沉降。由于面板的硬度较强，若是其支 撑条件发生了变化或是受到了外力的影响都可能改变其自身结构，进而出现裂缝。若是面板继续受到外力影响或者其支撑条件不断发生变化，则会导致其裂缝不断 增大，渗透量不断增加。非结构性裂缝是由面板其自有属性造成的，若是温度骤 降或者是空气较为干燥都会导致混凝土收缩，进而导致面板出现裂缝。混凝土的 这一特性不仅极大缩小了面板的使用时间，还易引发大坝的安全问题。由此可见 对于大坝的安全问题与工程质量问题而言，结构性裂缝相较于非结构性裂缝影响 更大。 （三）面板塌陷 面板是过渡料上与垫层上的一个薄板结构，对过渡料与垫层能够起到重要的支撑 作用。水会对大坝带来冲击，而面板垫层当中的沙粒也会由于水的长期冲击而变 得疏松，越厚的垫层对于面板的支撑越强，此时面板的支撑力就会不断被弱化， 一旦受到外力冲击，面板就很可能发生塌陷。这是由于填筑的质量以及支撑面板 的垫料层本身存在质量缺陷导致支撑面板的支撑力不足。此外，长期以来水流的 流动也会给面板带来冲击，进而影响其支撑力。
堆石料和接触面弹塑性本构模型及其在面板堆石坝中的应用研究
堆石料和接触面弹塑性本构模型及其在面板堆石坝中的应用研 究 尽管现代面板堆石坝压实密度和变形模量较早期有很大提高, 但坝体变形仍是面板堆石坝安全设计的主要问题。筑坝堆石料的变形特性是影响面板应力量值和分布规律的重要因素。 此外,面板应力还与面板与垫层间的接触变形紧密相关。近年来, 高面板堆石坝在填筑、蓄水以及地震过程中出现了面板挤压破坏和面板脱空等问题, 这些问题与堆石体的变形以及面板与垫层间的接触变形均有着密不可分的关系。 筑坝堆石料本构模型以及面板与垫层间接触面本构模型是计算分析面板堆石坝变形和面板应力分布规律的重要理论基础。近年来, 面板堆石坝填筑和蓄水过程的弹塑性有限元分析已经有了较大的发展。 但由于缺乏强震情况下的震害资料, 面板堆石坝动力弹塑性分析方法的发展受到了一定的限制。目前, 在面板堆石坝动力分析中广泛采用的等效线性分析方法可以较好的反映中、低强度地震的加速度反应, 但不能满足大坝在强震环境中可能出现的强非线性乃至破坏全过程模拟的分析要求。 强震下面板堆石坝较大的塑性（残余）变形, 是引起面板挤压破坏和面板脱空等现象的主要原因, 但等效线性分析方法不能考虑动力条件下塑性变形渐进发展过程, 难以合理评价强震下堆石体变形对面板破坏的影响。为此, 本文首先采用大型三轴仪对筑坝堆石料的颗粒破碎、临界状态及剪胀特性进行了试验研究, 在此基础上提出了一个考虑颗粒破碎的状态相关堆石料广义塑性模型。 然后提出了一个三维广义塑性接触面模型。最终建立了一套基于筑坝堆石料和面板与垫层间接触面弹塑性本构模型的面板堆石坝三维静、动弹塑性有限元分析方
法, 并应用于紫坪铺面板堆石坝填筑、蓄水及地震全过程的静、动弹塑性有限元实例分析。 本文的研究内容及主要结论有：(1) 采用大型三轴仪对紫坪铺筑坝堆石料进行了颗粒破碎试验研究。试验表明：单调和循环荷载下堆石料的颗粒破碎率与塑性功之间存在良好的双曲线关系, 且受孔隙比、围压和应力路径的影响较小(2) 采用文献中的砂土试验成果分析了颗粒破碎和临界状态的关系。 结果表明, 将塑性功引入到临界状态可以较好的反映临界状态随颗粒破碎的变化规律。对紫坪铺筑坝堆石料和米兰河筑坝砂砾料的临界状态进行了研究。 试验表明：两种堆石料均存在临界状态, 且临界状态受初始孔隙比影响较小。(3) 研究了三轴单调压缩荷载下紫坪铺筑坝堆石料和文献中5 种堆石料的剪胀规 律。 结果表明：峰值应力前剪胀比Dp和应力比n呈较好的线性关系,等p和c3 路径的剪胀关系基本一致。剪胀线斜率受孔隙比和围压的影响较小。 除1种颗粒破碎较小的堆石料,其他5种堆石料的相位变换应力比均随围压的增加而减小。紫坪铺筑坝堆石料相位变换应力比Mf和状态参数书之间呈较好 的线性关系, 斜率参数k 小于0。 (4) 研究了三轴循环荷载下紫坪铺筑坝堆石料和阿尔塔什砂砾料的剪胀规律。试验表明：三轴拉伸时Dp和n呈近似线性关系，三轴压缩和拉伸相位变换时的摩 擦角接近一致。 循环加载d n >0 和d n <0 路径上的剪胀线都近似地呈线性关系。初始加载(单调)和初始卸载剪胀线是循环加载时剪胀线的边界线(外包线), 循环荷载下的剪胀线均位于边界线的内侧, 当循环荷载下剪胀线达到初始剪胀线后两者一致。
紫坪铺面板堆石坝大方量、高强度填筑施工
紫坪铺面板堆石坝大方量、高强度填筑施工 叶建洪 【摘要】紫坪铺水利枢纽而板堆石坝填筑方量大、强度高,填筑质量要求高.坝体填筑的主料场地形陡峻,开采面较小,海拔较高及受当地气候影响较大,料场开采条件较差,其主料场距坝址运输距离较远,通过采取增加辅助料场、对主料场采用合适的开采方法、合理布置卜坝施工道路、合理配置施工设备等技术措施,提前并高质量地完成了大坝填筑施工. 【期刊名称】《水电站设计》 【年(卷),期】2010(026)001 【总页数】4页(P93-96) 【关键词】堆石坝;填筑;料场;施工道路;设备配置;紫坪铺面板堆石坝 【作者】叶建洪 【作者单位】中国水利水电第十二工程局,浙江,杭州,310004 【正文语种】中文 【中图分类】T641.43 紫坪铺水利枢纽工程大坝为混凝土面板堆石坝。河床段趾板基础高程 728.00m,坝顶高程 884.00m,最大坝高 156m;坝顶长 663.77m,坝顶宽 12m;上游坝坡为 1∶1.4,下游坝坡为1∶1.4和1∶1.5,下游坝坡在796.00m和 840.00m高程各设有 5m宽马道,840.00m高程马道以上坝坡为1∶1.5。坝体填筑设计总量 1 177万 m3,实际填筑 1 200万 m3。
大坝从 2003年 3月 1日开始填筑,2005年 6月16日填筑至坝顶防浪墙底,填筑 基本完成,总工期27.5个月,平均填筑强度达 42.8万 m3/月,最高填筑强度达 86万m3/月,各月填筑工程量见表 1。 (1)填筑方量大。坝体填筑设计总量为 1 177万 m3,实际填筑 1 200万 m3,是国内已建和在建的坝体填筑量在 1 000万 m3以上的三座面板堆石坝之一。 (2)填筑强度大。填筑工期 27.5个月,平均填筑强度达 42.8万 m3/月,最高填筑强 度达 86万m3/月,是国内已建和在建的填筑强度最大的面板堆石坝之一,除天生桥外,就是紫坪铺。 (3)质量要求高。设计要求的各分区料的孔隙率为:垫层区料 15.4%,特殊垫层区料15.4%,过渡区料17.3%,主堆石区料20.6%,次堆石区料 21%,下游堆石区料21%。现行设计规范(SL 228-98)给出的各分区料的孔隙率选用范围为:垫层料 15.0%～20%,过渡区料 18% ～22%,主堆石区料 20% ～25%,下游区堆石料 23%～28%。与现行设计规范相比,孔隙率均在设计规范的下限,过渡区料、次堆石区料及下游堆 石区料的孔隙率比设计规范的下限还要小,所以坝体填筑质量是高标准的。 (4)大坝填筑料场开采条件较差,当地气候多雨、多雾影响较大,上坝运输距离较远。 (5)坝基地质条件复杂,地基中含有煤层,在过去几百年间,遗留下许多采煤的废旧煤洞采空区。施工过程中在坝基及趾板基础范围内共处理废旧煤洞 67个,这些废旧煤洞处理难度大,费工、费时、安全问题突出,对坝体填筑进度和强度造成了影响和制约。本工程选定的大坝填筑料场只有一个,即左岸上游的尖尖山料场。料场所处地层为 石灰系(C)浅灰色生物碎屑灰岩,岩性单一,主要为厚层至块状结构,次为镶嵌碎裂结构,节理裂隙较为发育。灰岩比重 2.75,干容重 2.70g/cm3,孔隙率 2.02%,吸水率0.16%,干抗压强度 78.74MPa,软化系数 0.89。料场开采高程 1 030.00～1 340.00m,开采长度 300～400m,开采宽度 100～180m。 该料场地势较高,与大坝河床基础高差在 550m以上,上坝道路为一路下坡,较远处运
高土石坝地震安全评价及抗震设计思考
高土石坝地震安全评价及抗震设计思考 陈生水;方绪顺;钱亚俊 【摘要】The earthquake performances of some typical earth-rock dams are introduced in this paper, and the reasons of earthquake damage of these earth-rock dams, particularly the Zipingpu concrete faced rockfill dams are analyzed in detail. It is found that the additional permanent deformation due to earthquake, the non-uniformity and incompatibility of permanent deformation are the main reasons of dam damage. The dam damages due to earthquake mainly occur in such areas as the interfaces of different materials of earth-rock dam and the sharp transition area of river valley, which requires attention during the design and construction of dams. Finally, the safety assessment method of ultimate earthquake-resistant capacity is proposed for high earth-rock dams due to the importance of high earth-rock dam safety and the randomness of earthquake.%介绍了国内外几座典型土石坝的震害表现,并对这些土石坝,特别是紫坪铺混凝土面板堆石坝的震害原因进行了详细分析.结果表明,地震导致的坝体附加变形以及坝体不同部位变形的不均匀和不协调是土石坝发生震害的主要原因,土石坝的各类不同材料的接触带以及河谷地形突变处是发生震害的主要部位,在大坝设计施工时需特别予以关注.最后,对高土石坝安全评价和抗震设计方法提出了若干建议,并特别指出,考虑到地震的随机性和高土石坝安全的绝对重要性,有必要研究高土石坝的极限抗震能力. 【期刊名称】《水利水运工程学报》
混凝土面板堆石坝接缝止水技术的新进展
混凝土面板堆石坝接缝止水技术的新进展 摘要：我国混凝土面板堆石坝经过20 年的发展，大坝面板接缝止水从结构、材料到施工技术都有了长足的发展。 本文结合洪家渡、吉林台、三板溪等工程实例，对这一发展情况进行了介绍，包括已被国内大多数高坝采用的新型止水结构、针对吉林台提出的粘性填料自愈性止水结构、为确保嵌填密实研制的柔性填料挤出机等。这些技术在工程应用中均取得了令人满意的效果。 关键词：混凝土面板堆石坝接缝止水结构止水材料止水施工技术 1 前言 我国采用现代技术修筑碾压式混凝土面板堆石坝已近20 年了。最早开工建设的是西北口面板坝，最早建成的是关门山水库大坝。目前已建和在建的、坝高超过100m 的面板坝已有30 多座，坝高达到或超过180m 的有水布垭（233m）、三板溪（185m）和洪家渡（180m），由我国中标建设的马来西亚巴昆面板坝（205m）也已经开工。与其他坝型不同，由于面板坝的接缝位移在各种坝型中较大，止水技术难度较高，面板的接缝止水对于面板坝具有特殊重要的意义。本文对九五攻关以后国内面板坝的接缝止水技术的发展进行了总结，以供工程参考。 2 止水结构型式 九五攻关期间，中国水科院在大量研究工作的基础上，提出了新型止水结构型式[1，2] ，见图1。该型式将中部止水带提至表层，采用在趾板和面板中预埋的角钢和螺栓、或膨胀螺栓将止水带固定在缝口混凝土表面。近来多数工程选用了不锈钢膨胀螺栓，对有抗冻要求的地区采用水泥浆回填膨胀螺栓孔。为了适应大接缝位移，将表层止水带设计成波浪形，其尺寸可以完全吸收接缝位移，而不致在止水带中产生过大的附加应力。为了确保止水带在大接缝张开情况下承受高水压力作用，在止水带下面的缝口处设置了支撑橡胶棒（或PVC 棒）。橡胶棒应确保在止水运行过程中滞留在缝口，不被压入接缝以发挥支撑作用。另外，新型止水结构在底部铜止水和表层塑性嵌缝材料止水基本保持了常规止水的做法，在波形止水带上部同样设置表层塑性嵌缝材料。所不同的是，铜止水按照大变形数值分析和模型试验得到的结果进行尺寸设计，可以确保铜止水在运行中不发生破坏，同时铜片上还复合了GB 柔性止水板，以提高铜止水的抗绕渗能力；嵌缝柔性填料必须具备可靠的流动止水性能，而普通柔性填料没有这一要求。新型止水结构在表层柔性填料顶部用GB 复合盖板覆盖，与以往面膜不同的是，这一复合盖板具有优异的抗老化性，与下部柔性填料优异的粘贴性，盖板自身具有一定延伸率和强度，以适应接缝位移和承受水压力的需要。这种新型止水结构型式已经获得了国家发明专利。
面板坝的挤压破坏和渗漏处理
面板坝的挤压破坏和渗漏处理 关志诚 【摘要】近十年来,国内外已建部分高面板堆石坝出现过不同程度的面板挤压破坏,面板与坝体坡面脱空等现象,并由此导致大坝渗漏量突变,有些甚至危及到大坝渗透稳定安全,引起工程界高度重视.分析评价认为,坝体变形是高面板坝挤压破坏的主要原因.工程实践表明,面板挤压破坏具有可修复性,既使坝体渗漏量有较大幅度增加,只要处理及时,总体上不会影响大坝安全. 【期刊名称】《水利规划与设计》 【年(卷),期】2012(000)002 【总页数】5页(P23-27) 【关键词】面板坝;渗漏;挤压破坏;处理;实例 【作者】关志诚 【作者单位】水利部水利水电现划设计总院北京100120 【正文语种】中文 【中图分类】TV641.4+3 1 引言 随着高面板坝建设数量快速增加，大坝防渗结构挤压破坏导致渗漏时有发生，引起工程界高度重视。我国的高面板坝一经发现面板破损破坏就及时进行处理，把可能发生的渗流增加和渗漏危害降低到最低程度，如天生桥一级、紫坪铺、三板溪等。
目前，对于大坝渗流监测量级与大坝安全关系尚未见评价标准，基本上仍按经验和类比作出判断。 2 国内面板坝挤压破坏和渗漏处理工程实例 国内近期投入运行的高面板坝发生挤压破坏的工程有天生桥一级、紫坪铺、三板溪等，前两个工程并没有导致大坝渗漏量的明显增加。我国高面板坝坝体渗漏量情况：天生桥一级，80～140L/s；洪家渡，7～135L/s；吉林台一级，286L/s；水布垭，23.43～40L/s；董箐，41.8L/s。 （1）三板溪面板坝高185.5m，坝顶长423.75m，坝高宽比为1:2.28，面板底部厚度0.913m，三期面板是按二期面板顶部厚度等厚浇筑。水库下闸蓄水初期水位上升速率较快，至2006年6月，5个月内上升约100.0m(水位高程429.0m)，坝体内部累计最大沉降量为148cm，周边缝最大剪切变形为 45mm，面板混凝土内测得压应力约为15MP，顺坡向钢筋最大压应力约160MP。在随后的1年里库水位基本保持在430.0m，大坝变形平缓，面板混凝土和钢筋应力变化较小，大坝工作状态基本正常。在2007年7月下旬24小时内库水位由465.8m升至470.26m时，大坝渗漏量由113.6L/s增至255.4L/s,月底库水位达 到472.1m时，大坝渗漏量为253L/s；幕后坝基渗透压力最大增幅在20～40m, 大坝变形明显变大，最大沉降速率为1.93cm/m。在库水位回落过程中渗漏量仍 继续增大，回降至467.0m时渗漏量为303.0L/s。处理情况：对左MB3～右 MB9共12块一、二期连续破损面板进行凿除，并对其周边修整，在不破坏原有 结构情况下重新整形绑扎钢筋，采用强度等级C35、黏结剂附着力1～2级、水下黏结强度大于2.5MP的PBM混凝土进行水下填补修复，表面布置一层双向直径 4mm间距100mm钢筋网。2008年6月部分面板修复后大坝渗漏量明显减少。（2）天生桥一级面板坝于2003年8月汛期采用临时修复措施，水上部分进行表 面清理，对高出面板表面的钢筋敲平或切除更新，用903聚合物水泥砂浆打底，
基于实际震害的土石坝永久变形估算
基于实际震害的土石坝永久变形估算 楚金旺;朱晟;黄亚梅 【摘要】土石坝地震震害主要表现为震后永久变形,利用永久变形来评价大坝的抗震稳定与安全更为合理可行.本文结合30余座土石坝的震害资料,研究了土石坝的自振周期等基本自振特性,同时对场地地震卓越周期、滑块屈服加速度与大坝最大加速度反应等主要影响因素进行了深入分析,提出了基于土石坝实际震害的永久变形计算公式,并与Makdisi、Sarma等方法的计算值进行比较,该方法具有较好的计算精度.%Earthquake-induced permanent deformation is the main performance of rockfill dams and embankments subjected to earthquake shaking,which is more reasonable than a factor of safety in evaluating seismic stability and safety of dams.In this paper,according to seismic damage of more than 30 earth dams,an in-depth study is anducted on natural vibration characteristics such as natural period are studied,factors affecting earthquake displacement such as predominant period,yield acceleration of sliding mass,maximum crest acceleration,and then calculation formulas are given to evaluate the permanent https://www.360docs.net/doc/b219157444.html,pared with values of Makdisi's,and Sarma's method,this method is relatively precise. 【期刊名称】《中国水利水电科学研究院学报》 【年(卷),期】2017(015)006 【总页数】9页(P409-417)