堆石混凝土重力壩設計探析

劉玉梅

【摘要】作為我國水利工程建設的重要組成部分，大壩的設計和施工質量直接影響著水利工程功能的有效發(fā)揮。如果大壩出現(xiàn)問題，可能會造成難以估量的損失。因此，做好水庫大壩的設計工作，保證其穩(wěn)定性和安全性，是水利管理部門需要重點研究的問題。本文結合堆石混凝土的概念和特點，對堆石混凝土重力壩的設計進行了分析和探討。

【關鍵詞】堆石混凝土；重力壩；設計

前言

隨著時代的進步和社會經濟的發(fā)展，我國社會對于能源的需求不斷增加，各種新的清潔可再生能源得到了開發(fā)和利用，水資源就是其中非常重要的一種。我國具有豐富的水能資源，因此水利工程的數(shù)量也非常巨大，做好水利工程大壩的設計施工，是保證其功能有效發(fā)揮的重要前提，同時也是當前水利工程施工人員重點研究的問題。堆石混凝土的出現(xiàn)，為壩體的設計和施工注入了新的活力，受到了相關技術人員的充分重視。

一.堆石混凝土概述

堆石混凝土簡稱RFC，是在自密實混凝土技術的基礎上發(fā)展出的一種新型的大體積混凝土施工方式，是利用自密實混凝土的高流動性、良好的抗分離性能以及自流動的特點，在粒徑較大的塊石內隨機充填自密實混凝土，從而形成的混凝土堆石體。

在大體積混凝土澆筑中，應用堆石混凝土技術，具有非常顯著的優(yōu)點，主要表現(xiàn)在：

（1）施工速度快：堆石混凝土的施工工藝簡單，而且省略了振搗工序，可以極大地提高施工速度。

（2）強度高，耐久性好：自密實混凝土屬于一種高性能混凝土，水膠比通常在0.3左右，在實際應用中，其高強度和良好的耐久性已經被廣泛證實。而堆石混凝土實際上就是在自密實混凝土中加入了超大骨料，因此也繼承了自密實混凝土強度高，耐久性好的特點。

（3）成本低廉：堆石混凝土由于摻入了超大骨料，因此單位體積中自密實混凝土的用量僅為普通混凝土的40%左右，可以極大地節(jié)約工程成本造價。

（4）水化溫升?。憾咽炷恋拇止橇喜捎玫氖橇捷^大的堆石，單位體積自密實混凝土用量少，因此可以有效降低混凝土絕熱溫升，溫度控制相對簡單。

二.堆石混凝土重力壩設計

以某水庫建設為例，對堆石混凝土重力壩的設計進行簡單分析。

1.工程概況

該水庫位于河流中游位置，其功能主要是為周邊多個村鎮(zhèn)提供生活、工業(yè)和農業(yè)灌溉用水，水庫總庫容188.4萬立方米，死庫容13.55萬立方米。在設計中，攔河壩采用了堆石混凝土重力壩，最大高度36.5m，壩軸線長110m。

2.地質條件

壩址兩岸岸坡與巖層斜交，地形坡度為左岸35-55°，右岸20-39°，兩壩肩強風化巖體和弱風化巖體均屬于中等透水層，弱風化巖體下段為弱透水層或者相對隔水層。壩基不存在大的斷裂構造，結構面相對完整，基礎穩(wěn)定性良好，基本上能夠滿足重力壩對于壩基基礎的要求。

3.斷面設計

與常態(tài)混凝土相比，堆石混凝土在性能上是相似的，工作狀況相近，因此設計方法也大致相同。對于壩體斷面的設計，需要充分考慮穩(wěn)定條件以及應力條件，遵循《混凝土重力壩設計規(guī)范（SL319-2005）》的相關標準，對壩體斷面進行控制。在該工程中，壩體斷面的設計采用的是動態(tài)規(guī)劃法，根據(jù)混凝土重力壩設計規(guī)范以及有關規(guī)程，結合壩址地形地質條件，初步擬定了各項應力以及抗滑穩(wěn)定的約束條件，明確了壩底寬度的限制條件，并結合已建相似工程的設計參數(shù)，擬定出了上游和下游壩坡坡率約束條件，建立目標函數(shù)的約束集，并按照動態(tài)規(guī)劃設計中“逆序”求解法進行求解，得出合理的斷面設計參數(shù)，即

壩頂高程：1278.2m；

壩頂寬度：5m；

最大壩高：36.5m；

壩頂長度：110m。

同時在高程1270.5m以下的下游壩坡為1：0.8，以上為鉛直；高程1260.5m以上的上游壩坡為鉛直，以下為1：0.1。大壩供分為五個壩段，溢流壩段設置在中間位置。

4.應力計算

對于大壩應力的計算，這里采用材料力學法進行，取3號（壩0+038m-壩0+060m）及4號壩段（壩0+060m-壩0+080m）的最大斷面進行計算，計算結果如下：

施工期最大容許拉應力：0.1Mpa。

由計算結果可以看出，壩基應力的計算結果并沒有超出容許應力的范圍，因此壩體斷面的設計是非常合理的。

5.有限元法分析

為了切實保證壩體設計的合理性，采用有限元法，對壩體應力計算進行復核。在實際計算中，對于溢流壩段，采用空間有限元法進行分析和計算；對于非溢流壩段，采用平面有限元法進行分析和計算。無論是哪一種計算方法，對于壩體上下游巖基的計算深度和寬度均取壩底寬度的3倍。計算結果表明，壩段在不同工況下的位置狀態(tài)以及應力分布正常，都在標準允許的范圍內，對于大壩最為不利的情況，是水庫全部泄空時，此時壩體會出現(xiàn)拉應力。

6.壩體分縫

壩體分縫同樣是重力壩設計的關鍵環(huán)節(jié)，是結合壩體結構、壩基地質、施工條件、混凝土溫度控制等各方面的因素，按照國家現(xiàn)行的相關規(guī)范和標準，經綜合論證確定后，對壩體的大體積混凝土進行分割。在該工程中，將大壩從左到右劃分為5個壩段，溢流壩段設置在中間的3號壩段上。1號壩段全長20m，樁號為0+000-0+020，2號壩段全長18m，樁號為0+020-0+038，3號壩段全長22m，樁號為0+038-0+060，其中溢流壩段長11.5m，樁號為0+038-0+0495，4號壩段全長20m，樁號為0+060-0+080，5號壩段全長30m，樁號為0+080-0+110。以此為依據(jù)，在壩體上設置四條橫縫，止水設計采用W型銅片止水，瀝青混凝土填縫。由于該工程中壩體最大高度僅為36.5m，因此不需要設置縱縫。在大壩澆筑施工中，需要切實做好施工管理，對混凝土施工縫進行有效處理，保證工程的施工質量。

三.結語

在當前經濟飛速發(fā)展的帶動下，我國的水利工程項目不斷增加，對于其施工質量也提出了更高的要求。在水利工程大壩施工中，由于混凝土體積較大，需要盡可能降低混凝土的水化熱和成本，也就是在保證質量、穩(wěn)定性和強度等的前提下，降低水泥的用量。堆石混凝土的出現(xiàn)，可以有效滿足這方面的需求，因此在水利工程大壩的建設中得到了廣泛應用。相關管理人員應該充分重視起來，做好堆石混凝土重力壩的設計以及施工管理工作，保證大壩的穩(wěn)定性和安全性，確保水利工程作用的充分發(fā)揮。

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