混凝土面板堆石壩面板穩(wěn)定與抬升破壞的關(guān)系

混凝土面板堆石壩面板穩(wěn)定與抬升破壞的關(guān)系1工程概況xx水電站位于xx省xx縣xx鎮(zhèn)，工程的主要任務(wù)為水力發(fā)電，壩址設(shè)在梭溪與官坊坑支流匯合口下游約50m處，廠址設(shè)在xx鎮(zhèn)xx村上游村頭河道左岸，下游距湖南鎮(zhèn)水庫(kù)庫(kù)區(qū)約10km。梭溪是烏溪江流域湖山源的一條支流，發(fā)源于xx縣xx鎮(zhèn)白巖洞尖西麓，集雨面積63km2，河長(zhǎng)19km。xx水電站壩址以上集雨面積33.4km2，電站裝機(jī)容量2×3200kw，水庫(kù)按50年一遇洪水設(shè)計(jì)，300年一遇洪水校核，正常蓄水位447.5m，相應(yīng)庫(kù)容為128.1萬(wàn)m3，設(shè)計(jì)洪水位（p=2%）450.54m，校核洪水位（p=0.33%）451.1m，相應(yīng)庫(kù)容為185.1萬(wàn)m3。xx水電站擋水建筑物為混凝土面板堆石壩，壩頂高程為451.5m，趾板建基面高程414.0m，最大壩高37.5m，壩頂寬度4.8m，壩頂長(zhǎng)度150.95m，上、下游壩坡均為1：1.3。壩基覆蓋層厚為0.5～3.4m，以下基巖為弱風(fēng)化晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r。2006年4月15日至5月30日6#~8#壩塊面板混凝土澆筑完成，面板頂高程448.0m。6月5日在遭遇施工期超標(biāo)準(zhǔn)洪水后6#~8#壩塊面板抬升破壞，面板在高程424m附近形成一條大的橫向弧形裂縫和一些細(xì)小裂縫，分析認(rèn)為面板因抬升變形，局部已折斷，經(jīng)研究決定對(duì)高程426m以下受破壞面板進(jìn)行鑿除后重新澆筑處理，需要鑿除重新澆筑的面板混凝土約560m2，混凝土方量約200m3。由于要鑿除面板下部破壞部分，故需對(duì)上部剩余部分面板進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算，對(duì)于1：1.3的坡度，相當(dāng)于坡角=37.6°，面板因自身重量引起的沿墊層方向下滑的分力為：面板與墊層之間的摩擦力為：（摩擦系數(shù)取K=0.6）故面板自身是不能保持穩(wěn)定的。設(shè)計(jì)面板修復(fù)采取的施工方案為第一次鑿除單塊面板兩邊各4.0m寬度，即一期先鑿除6-1、7-1、7-3、8-1、8-3塊，中間預(yù)留4.0m（7-2、8-2）寬度作為支撐，兩側(cè)混凝土預(yù)留施工寬度后的澆筑寬度為7.2m，待兩側(cè)混凝土達(dá)到70%強(qiáng)度后再鑿除中間預(yù)留的混凝土帶。面板修復(fù)工程于2006年11月施工完畢。2面板抬動(dòng)原因分析xx水電站施工導(dǎo)流采用一次性斷流，隧洞導(dǎo)流的方式，即非汛期圍堰擋水，導(dǎo)流隧洞過(guò)流；梅雨期及臺(tái)汛期壩體擋水，導(dǎo)流洞泄水。本工程水庫(kù)規(guī)模屬小（1）型，工程等別為Ⅳ等，主要建筑物攔河大壩級(jí)別為4級(jí)，導(dǎo)流建筑物級(jí)別為5級(jí)。導(dǎo)流建筑物采用土石圍堰結(jié)構(gòu)，相應(yīng)的設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)采用3年一遇，根據(jù)導(dǎo)流方式與施工總進(jìn)度計(jì)劃情況，本工程導(dǎo)流時(shí)段選擇在非汛期，其設(shè)計(jì)洪水洪峰流量為Q＝103m3/s，汛期壩體擋水度汛設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)采用20年一遇，其設(shè)計(jì)洪水洪峰流量為Q＝376m3/s。2006年6月5日大壩遭遇約30年一遇施工期超標(biāo)洪水，基坑被淹，壩前水位達(dá)到約430m，此時(shí)大壩面板已澆注完成⑥⑦⑧三塊面板，其余面板尚未澆注，壩體采用5cm厚砂漿護(hù)面防滲，6月20日基坑積水全部排干后發(fā)現(xiàn)6#~8#壩塊面板抬升破壞。一般認(rèn)為面板抬升的主要原因是下游反滲水所致，但xx水電站壩基覆蓋層厚僅為0.5～3.4m，趾板即坐落在覆蓋層以下的弱風(fēng)化晶屑凝灰?guī)r上。壩址處河床高程約為417m，趾板建基面高程為414.0m，河床與趾板基坑高程相差僅3m，反滲水的水頭差較小，筆者認(rèn)為較小的水頭差不足已抬動(dòng)面板。面板是在遭遇施工期超標(biāo)準(zhǔn)洪水后庫(kù)內(nèi)有水的情況下發(fā)生抬升破壞的，當(dāng)時(shí)面板僅澆注了三塊，并未形成完全封閉的防滲系統(tǒng)，其上下游水頭差也不應(yīng)太大，故筆者認(rèn)為面板抬升的原因不完全是下游反滲水所致。結(jié)合面板處理修復(fù)方案設(shè)計(jì)，對(duì)面板下部破壞部分鑿除后上部剩余部分面板進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算，計(jì)算結(jié)果剩余面板是不穩(wěn)定的，同樣可以算出面板的整體穩(wěn)定性也是不夠的。故筆者認(rèn)為面板抬升的主要原因是面板失穩(wěn)后錯(cuò)動(dòng)所致。分析xx水電站的面板抬升破壞過(guò)程為：施工期面板處于極限平衡狀態(tài)，遭遇施工期超標(biāo)準(zhǔn)洪水后，面板浸泡在水中，面板與墊層間的摩擦系數(shù)降低，導(dǎo)致面板失穩(wěn)滑動(dòng)，同時(shí)由于墊層面不平整，面板抬升后局部架空，造成面板裂縫或斷裂破壞。3結(jié)語(yǔ)xx水電站面板修復(fù)工程中遇到了一個(gè)新的問(wèn)題－－面板的自身穩(wěn)定問(wèn)題，根據(jù)計(jì)算當(dāng)上游壩坡為1：1.3時(shí)，面板自身是不穩(wěn)定的，需要下部趾板的支撐，這不符合獨(dú)立的建筑物自身應(yīng)保持穩(wěn)定的原則，同時(shí)在岸坡段趾板也無(wú)法提供足夠的支撐，且規(guī)范規(guī)定趾板穩(wěn)定分析采用剛體極限平衡法，在進(jìn)行趾板穩(wěn)定計(jì)算中不計(jì)趾板錨筋作用及面板與趾板之間的傳力，即趾板支撐面板是不允許的，這個(gè)問(wèn)題應(yīng)引起設(shè)計(jì)和研究人員足夠的重視。筆者認(rèn)為面板必須自身保持穩(wěn)定，這一點(diǎn)在《混凝土面板堆石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL228-98）無(wú)相應(yīng)規(guī)定，規(guī)范僅對(duì)壩體穩(wěn)定及滲透穩(wěn)定有所要求，特別是要求壩體臨時(shí)斷面擋水度汛時(shí)，應(yīng)滿(mǎn)足抗滑穩(wěn)定和滲透穩(wěn)定要求。《混凝土面板堆石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》建議壩體上下游坡度為1：1.3～1：1.4，反算保持面板穩(wěn)定則墊層與混凝土間的摩擦系數(shù)必須達(dá)到0.8以上，這就要求面板墊層設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮墊層與混凝土間的摩擦系數(shù)問(wèn)題，而一般干燥情況下混凝土與砂礫石間的摩擦系數(shù)在0.6左右，壩坡為1：1.3～1