胶凝砂砾石坝防渗措施及应力分析-中国水利水电科学研究院学报.PDF

第13卷 第3期 中国水利水电科学研究院学报 Vol.13 No.3 2015年6月 Journal of China Institute of Water Resources and Hydropower Research June，2015 文章编号：1672-3031（2015）03-0194-07 胶凝砂砾石坝防渗措施及应力分析 1 2 3 2 张凤德 ，李秀文 ，彭云枫 ，王万顺 （1. 黑龙江省三江工程建设管理局，黑龙江 哈尔滨 150081； 2. 中国水利水电科学研究院，北京 100038； 3. 三峡大学，湖北 宜昌 443002） 摘要：由于胶凝砂砾石材料抗渗性能较差，采用其筑坝时需专门设计防渗措施进行坝体挡水。本文对胶凝砂砾石 坝钢筋混凝土面板防渗措施，及新提出的高强度胶凝砂砾石面板和高强度胶凝砂砾石面板下铺设复合土工膜两种 新型防渗措施进行渗流分析、考虑渗流作用的应力分析。计算结果表明：钢筋混凝土面板防渗效果较好，高强度 胶凝砂砾石面板防渗效果较差；钢筋混凝土面板主应力最大、坝趾应力集中较为明显，高强度胶凝砂砾石面板和 高强度胶凝砂砾石面板下铺设复合土工膜应力分布较为均匀。 关键词：胶凝砂砾石坝；防渗措施；渗流分析；应力分析 中图分类号：TV31 文献标识码：A doi：10.13244/ki.jiwhr.2015.03.007 1 研究背景 胶凝砂砾石坝使用放宽要求的贫碾压混凝土，或称为碾压胶结砂石材料筑坝，坝体体型介于堆 ［1-2］ 石坝和混凝土重力坝之间 。由于筑坝的胶凝砂砾石材料中水泥等胶结材料用量较低、骨料级配离 -6 散等原因，材料抗渗性能较差，材料渗透系数在10 m/s量级左右，因此需要在坝体上游迎水面选择 适宜的防渗措施实现挡水功能。坝体防渗措施通常设计为防渗层，防渗层材料可以采用常规混凝 ［3］ ［4-5］ 土、碾压混凝土、富浆胶凝砂砾石材料 等。贾金生等 通过试验研究得出，变态胶凝砂砾石、富 浆胶凝砂砾石均具有良好的力学性能及抗渗、抗冻和耐久性能，可作为胶凝砂砾石坝上、下游防渗 ［6］ 保护层及基础垫层。刘文拯等 认为，上游设置垂直防渗墙或铺盖式灌浆后，坝基的渗流基本能够控 制，如果还在坝踵处设置排水孔，坝体的浸润线将会大幅度降低，坝基和坝体各处的渗透坡降减 小，而面板和防渗墙或铺盖承担的坡降增大。 胶凝砂砾石材料抗渗透溶蚀能力较弱，需要做好上游面的防渗保护，避免渗透溶蚀危及大坝安 全，另外考虑到温度等环境荷载的作用，应设置保护层进行保护，实际工程中一般将防渗层与保护 ［7］ 层综合考虑。例如土耳其的Cindere坝 ，当地的气候条件相当复杂，冬季寒冷多雨雪，夏季高温干 燥，坝体上游防渗系统由PVC防渗膜和PVC上覆1m厚的预制混凝土面板构成。日本的胶凝砂砾石坝［8］ ［9］ 多采用混凝土防渗层进行防渗，土耳其Oyuk胶凝砂砾石坝 的上游防渗保护层采用钢筋混凝土面 板。已建工程中，胶凝砂砾石坝的防渗方式主要有钢筋混凝土面板、常态混凝土和变态碾压混凝 土。胶凝砂砾石坝坝体防渗措施除满足抗渗要求外，还应满足应力、稳定等要求。 基于以上分析，本文提出高强度胶凝砂砾石面板、高强度胶凝砂砾石面板下铺设复合土工膜两 种胶凝砂砾石坝新型防渗措施，并通过渗流、应力计算分析对比钢筋混凝土面板防渗措施与新型防 渗措施的防渗和受力效果，以期供胶凝砂砾石坝设计时参考。 2 胶凝砂砾石坝防渗措施 2.1 钢筋混凝土面板 面板防渗只在坝体上游面设置防渗钢筋混凝土面板和排水系统，坝体内部不 收稿日期：2014-10-22 作者简介：张凤德（1