土石坝坝基不均匀沉降对坝体影响分析及应对措施

土石坝坝基不均匀沉降对坝体影响分析及应对措施摘要：本文首先介绍了三岔河水库的工程概况以及枢纽工程布置，文章紧接着阐述了土石坝坝基不均匀沉降对坝体影响分析，其主要内容包括为：最大沉降量发生在坝体中心线附近；面板位移主要由于上游面板的铺盖引起，位移呈现由铺盖区中部面板向两边递减趋势；在水推力作用下，面板位移也呈现由铺盖区中部面板向两边递减趋势；坝体应力的分布规律基本上是沿坝高方向由上向下逐渐增大，竣工期和蓄水期坝体的最大大、小主应力均位于坝轴线的底部。文章最后讨论了土石坝坝基不均匀沉降的应对措施，其主要内容为：结合实际情况优化大坝结构设计；根据填筑标准来进行坝体材料的实际选择；根据实际测量结果进行大坝沉降变形计算。关键词：土石坝；坝基；不均匀沉降；坝体；影响分析；应对措施引言随着我国经济与社会的快速发展，我国的土石坝工程建筑数量越来越多，范围越来越广，相关工作人员在土石坝坝基建筑过程当中，往往会遇到一系列的不均匀沉降问题，往往会对坝体产生一系列的负面影响，导致其使用寿命缩短，使用质量下降。为了有效地避免土石坝坝基不均匀沉降对坝体导致的一系列负面情况，相关工作人员结合实际建筑过程当中的具体问题，提出了一系列的应对措施。1三岔河水库的工程概况三岔河水库位于黔南布依族苗族自治州西北的三岔河上，该河属长江流域乌江水系清水河一级支流独木河上游左岸的一小支流。本工程规模为中型，工程等别为III等。水库枢纽由挡水、泄水、取水兼放空建筑物（首部枢纽）及提水泵站和管道（输水工程）组成。水库正常蓄水位1186.5m，相应库容922万m3,水库校核洪水位1189.25m，相应库容1052万m3。挡水建筑物初定为混凝土面板堆石坝，坝顶高程1190.00m，防浪墙顶高程1191.20m，坝顶宽8.0m，坝顶长266.0m，最大坝高44.9m。2枢纽工程布置三岔河水库坝型为混凝土面板堆石坝。坝顶高程1190.00m，趾板建基面高程1145.10m，大坝坝轴线处建基面最低高程1145.10m，最大坝高44.9m，坝顶轴线长266.0m，坝顶宽度8m。坝顶上游侧设“L”型防浪墙，顶宽0.4m，墙高2.5m，顶部高程为1191.20m，高出校核洪水位1.95m，高出坝顶1.2m。混凝土面板厚度为等厚，采用0.4m，底部坐落于钢筋混凝土趾板。右岸河床段趾板基础为断层破碎带，其余部分趾板布置于弱风化岩体中上层，断层破碎带趾板厚1.5m，其余基岩部分趾板厚0.6m，趾板下设帷幕灌浆。断层破碎带坝基全断面设高压固结灌浆，坝基前段灌浆孔间排距3m，孔深15m，趾板前端加3排灌浆孔，坝基后段灌浆孔间排距6m，孔深15m。大坝上游坝坡为1：1.4,面板上游设石渣盖重区，石渣区顶高程为1166.50m，顶宽3.0m，上游坡度为1：3。坝体下游坝坡采用三级坡，坡比均为1：1.4，马道宽度为2m。面板下游依次为垫层区、过渡区、主堆石区、下游堆石区、下游坝基排水区及下游干砌石护坡，面板下设混凝土挤压边墙。3土石坝坝基不均匀沉降对坝体影响分析3.1最大沉降量发生在坝体中心线附近结合实际情况进行计算，我们可以知道三岔河面板堆石坝完整基岩和断层破碎带两个剖面沉降分布规律相似，完整基岩段剖面蓄水期最大沉降量约-20.6cm（占坝高44.9m的0.459%），出现在坝体中部高程1165.50m处，比竣工期的-19.9cm增大0.7cm。断层破碎带剖面蓄水期最大沉降量约-23.7cm（占坝高44.9m的0.528%），出现在坝体中部高程1165.50m处，比竣工期的-22.8cm增大0.9cm。相比施工期，蓄水期对大坝沉降影响很小。3.2面板位移主要由于上游面板的铺盖引起，位移呈现由铺盖区中部面板向两边递减趋势从竣工期面板变位分布来看，完整基岩段剖面，面板顺河向位移极值出现在1155.50m高程，为0.9cm，面板竖向位移极值出现在1155.50m高程，为-1.9cm，面板竣工期向坝内最大变形2.1cm，发生在高程1155.50m；断层破碎带剖面，面板顺河向位移极值出现在1155.50m高程，为0.9cm，面板竖向位移极值出现在1156.00m高程，为-2.7cm，面板竣工期向坝内最大变形2.8cm，发生在高程1156.00m附近。3.3在水推力作用下，面板位移也呈现由铺盖区中部面板向两边递减趋势从蓄水期面板变位分布来看，完整基岩段剖面，面板顺河向位移极值出现在1155.50m高程附近，为3.6cm，面板竖向位移极值出现在1157.00m高程，为-5.9cm，面板蓄水期向坝内最大变形6.9cm，发生在高程1157.00m附近；断层破碎带剖面，面板顺河向位移极值出现在1155.50m高程附近，为4.5cm，面板竖向位移极值出现在1157.0m高程附近，为-8.4cm，面板竣工期向坝内最大变形9.5cm，发生在高程1157.00m附近。3.4坝体应力的分布规律基本上是沿坝高方向由上向下逐渐增大，竣工期和蓄水期坝体的最大大、小主应力均位于坝轴线的底部竣工期，完整基岩断面最大大主应力为0.89MPa，最大小主应力为0.18MPa；断层破碎带断面最大大主应力为0.90MPa，最大小主应力为0.17MPa。蓄水后，坝体的大、小主应力在垫层区和过渡区均有所增加，蓄水作用对大主应力分布的影响相对较小，对小主应力分布影响相对较大。蓄水期，完整基岩断面最大大主应力为0.94MPa，最大小主应力为0.19MPa；断层破碎带断面最大大主应力为0.94MPa，最大小主应力为0.18MPa。坝体堆石体应力水平不高，两个断面竣工期和蓄水期的应力水平均在0.5以内。4土石坝坝基不均匀沉降的应对措施4.1结合实际情况优化大坝结构设计（1）坝体断面设计混凝土面板堆石坝布置于主河道，测量得到坝顶高程，趾板建基面高程，大坝坝轴线处建基面最低高程，最大坝高，坝顶轴线长，坝顶宽度等的实际具体数量。根据具体工程测量得知，将坝顶上游侧设计成为“L”型防浪墙，高出校核洪水位以及坝顶［1］。根据工程类比经验，施工中坝顶预留有纵向超填区，最大超填高度50cm，位于大坝中部。坝顶设公路，下游侧设栏杆。根据类似规模工程经验，初步拟定坝体横截面，明确上游坝坡、下游坝坡［2］。（2）面板混凝土面板堆石坝上游迎水面设置混凝土面板，是坝体的防渗结构，并将上游水压力传给堆石体。由于堆石体在水压力作用下的变形会导致面板挠曲变形，因此面板混凝土不仅要求有足够的抗渗性能，还应有足够的柔性，以适应坝体的变形，同时还应有足够的强度及耐久性，以承受一定的不均匀变形，防止面板开裂和提高抗风化、抗冻能力。面板采用C30F100W8混凝土，并掺加高性能纤维抗裂膨胀剂。面板厚度根据《混凝土面板堆石坝设计规范》(SL228-2013)8.8.2条规定确定，厚度计算公式式中：t——面板厚度，m；t0——面板顶部厚度；H——计算断面至面板顶部的垂直距离。混凝土趾板趾板是布置在面板周围、座落在河床及两岸基岩的混凝土结构，是面板的底座，也是防渗帷幕灌浆的压重板，与面板共同形成坝基以上的防渗体。趾板采用C30F100W8混凝土，并掺加高性能纤维抗裂膨胀剂［3］。根据现代面板坝的实践经验及《混凝土面板堆石坝设计规范》(SL228-2013)规定"趾板宽度可根据趾板下基岩的容许水利梯度和地基处理措施确定，最小宽度宜为3m”，将趾板宽度定为6.0m，趾板厚度按薄趾板设计，其厚度一般在0.3~1.5m之间。原则上每隔10m设一伸缩缝，并和面板垂直缝错开。4.2根据填筑标准来进行坝体材料的实际选择各坝料填筑标准填筑标准见下表。各坝料填筑标准4.3根据实际测量结果进行大坝沉降变形计算针对大坝右岸基岩段和破碎带对大坝分别进行平面有限元应力应变计算，计算软件采用Autobanko计算参数结合本项目堆石料特性并参考其他工程，采用参数见下表。其中，采用邓肯E-B模型来模拟堆石体材料的应力、应变关系；面板、趾板及基岩近似按弹性材料［4］。计算模型及荷载本次计算分析竣工期、蓄水期坝体的顺河向水平位移及垂直位移分布情况。计算荷载包括施工期坝体填筑和蓄水期水荷载，施工期为坝体的自重，为模拟实际过程，坝体填筑荷载分层施加，坝体填筑共分9层，坝体填筑后混凝土面板分1期浇筑，上游盖重分1期填筑，蓄水分1期加荷，即坝体填筑和蓄水共分12级加荷。5结束语综上所述，土石坝坝基不均匀沉降会对坝体自身的质量带来一系列的不利影响。相关工作人员根据实际的工程施工情况，需要尽可能地优化自身的施工工艺，注意在设计施工过程当中的相关事项，尽可能地通过自身的人为控制来减少不利影响，对于坝体自身质量的相关负面作用。结合土石坝坝基不均匀沉降的相关问题，相关工作人员在对其坝体影响进行充分分析同时得到了一系列的应对措施，尽可能地弥补土石八八及不均匀沉降带来的相关不足之处，促进我国土石坝工程的建筑质量。参考文献：［1］李卫鹏.考虑运行期不均匀沉降影响的坝下涵洞纵坡设计［J］.西北水电，2018(03)：32-35.［2］李晓平，张宝琼，樊勇.麻栗坝水库拦河坝沉降变形的研究与对策［J］.水利建设与管理，2