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4 6 王鹏 挤压边墙在竣工期和蓄水期对混凝土面板砂砾石坝的影响分析 文章编 号 ： 1 0 0 6 -2 6 1 0 ( 2 0 1 5 ) 0 1 0 4 6 _ _ 0 3 挤 压 ： h l i - 在 竣 工 期 和 蓄 水 期 对 混 凝 土 面 板 砂 砾 石 坝 的 影 响 分 析 王 鹏 ( 新疆水利水电勘测设计研 究院， 乌鲁木 齐8 3 0 0 0 0 ) 摘要： 结合新疆某一采用挤压边墙施工技术的混凝土面板砂砾石坝工程， 对蓄水期工况下有挤压边墙和无挤压 边墙的混凝土面板坝进行三维非线性有限元分析， 得出挤压边墙改善了混凝土面板坝的应力应变状态， 对混凝土 面板和坝体都是有利的。 关键词： 挤压边墙； 面板砂砾石坝 ； 有限单元法； 应力 ； 变形 中图分类号 ： T V 6 4 1 4 3 文献标识码 ： A D O I ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 6 2 6 1 0 2 0 1 5 O 1 0 1 2 An a l y s i s o n I mpa c t s o n Co n c r e t e Fac e Sa n dy Gr a v e l Da m by Ex t r u de d S i d e W a l l i n Co m p l e t i o n a nd I m p o un dme n t Pe r i o ds WANG Pe n g ( X i n j i a n g Wa t e r R e s o u r c e s a n d H y d r o p o w e r I n v e s t i g a t i o n D e s i g n a n d R e s e a r c h I n s t i t u t e ， U r u m q i 8 3 0 0 0 0 ， C h i n a ) A b s t r a c t ： O n e c o n c r e t e f a c e s a n d y g r a v e l d a m i n X i n j i a n g a p p l i e s t h e c o n s t r u c t i o n t e c h n o l o g y o f t h e e x t r u d e d s i d e w a l 1 T h e c o n c r e t e f a c e r o e k fi l l d am i n t h e i mp o u n d me n t p e r i o d， wi t l l a n d wi t h o u t t h e e x t rud e d s i d e w a ll ，i s a n a l y z e d b y 3 D n o n l i n e a r fi n i t e e l e me n t m e t h o d， wh i c h p r e s e n t s t h a t t h e e x t rud e d s i d e w a l l i mp r o v e s t h e C F RD s t r e s s a n d s t r a i n Th e a p p l i c a t i o n o f t h e e x t rud e d s i d e w a l l i s b e n e fi t f o r b o t h t h e c o n c r e t e f a c e a n d t h e d a m Ke y wo r d s ： e x t rud e d s i d e w all ；c o n c r e t e f a c e s a n d y gra v e l d a m ； fi n i t e e l e me n t m e t h o d；s t r e s s ；d e f o r ma t i o n 0 前言 面板堆石坝上游坡面传统的施工方法是先进行 水平分层碾压 ， 待垫层料铺填至一定高度后 ， 反复进 行斜坡碾压和机械及人工削坡直至符合设计坡面要 求 ， 之后根据面板分期情况分次对坡面采用碾压砂 浆和沥青喷涂防护。传统的施工方法客观上存在垫 层 区斜坡面密实度难以保证 、 上游坡面施工工序复 杂、 坡面长期无防护 、 面板混凝土施工期的选择受制 约等不利因素 ， 这些因素又直接影响着工程进度、 质 量和工程经济性。而挤压式边墙技术改善 了这些不 利因素 ， 它借鉴道路 园林工程中道沿机 的挤压滑模 收稿 日期 ： 2 0 1 4 0 8 1 2 作者简介： 王鹏( 1 9 8 7 一) ， 男， 新疆乌鲁木齐市人， 硕士研究生 从事水利水电工程设计 工作 原理 ， 创 出这种面板坝垫层料坡面施工新方法 ， 即在 每一层坝料( 垫层料) 填筑 以前在上游坝坡 面， 应用 挤压机形成一道混凝土小墙 ， 然后再在其 内回填垫 层料 、 过渡料并整平 ， 一般在边墙成型 2 h后 即可进 行垫层料碾压 。对 于挤压边墙在施 工方面 的优 点是明显的， 但对其是否会因增加约束而使 面板混 凝土更易于裂缝 ， 目前 尚无明确定论 J 。 1 工程概况 本枢纽工程由右岸溢洪道、 泄洪 洞、 拦河 坝、 发 电引水系统以及 电站厂房等几个主要建筑物组成 。 拦河坝为混凝土面板砂砾石坝 ， 最大坝高 1 2 9 4 m， 坝顶 长 4 7 5 i n 。混凝 土 面板 采 用 C 3 0 F 3 0 0 W1 2 。趾 板型式采用水平趾 板。大坝典 型横剖面如 图 1所 示。其中 A为垫层料 ， B为砂砾石料 J 。 西北 水 电 2 0 1 5年 第 1 期 4 7 图 1 大 坝典 型横 剖面图 2 计算模型及参数 3 计算结果对比 模型 的单元形式均为三维八节点六面体单元 ， 无挤压边墙三维有限元模型和有挤压边墙三维有限 元模型分别划分 了 1 6 4 3 2个节点 、 1 4 6 9 4个单元和 1 9 8 4 5个节点 、 1 6 3 5 0个单元 ， 坝基均视为不变形刚 体 。坝体堆石材料 的计算采用的是 D u n c a n E B模 型 ， 其各个参数值如表 1所示。混凝土面板按线弹 性材料考 虑 ， 密 度 2 5 0 0 k g n l ， 弹性模 量 2 0 0 0 0 MP a ， 泊松 比为 0 2 。挤压边墙也按线 弹性 材料考 虑 ， 密度为 2 4 0 0 k g m ， 弹性模量为 6 6 0 0 MP a ， 泊 松比为 0 2 7 。接触面模型的材料参数为 ： 弹性模量 为 4 8 0 0 MP a ， 弹 性模 量 指 数 为 0 5 6， 破 坏 比为 0 7 4， 摩擦角为 3 6 。 。 表 1 邓肯一 张模型计算参数表 由于挤压边墙结构尺寸很小 ， 且边界形状不规 则 ， 在进行有 限元 网格划分时 比较复杂 ， 故对挤压边 墙的形状进行简化 ， 其实际结构形式如 图 2所示 ， 简 化后 的结构形式如图 3所示。从许多已建工程可以 看出 ， 挤压边墙属 于干硬性混凝 土 ， 一般 按照低 强 度 、 低弹性模量 ， 渗透系数 1 1 0 1 1 0 c m s 控 图 2 挤压边墙结构 图 通过 模 拟分 析 ， 可 以 得出坝体在竣工期时坝体 某断 面最 大水平 位移 、 竖 直位移 、 最 大断面 大主应 力和混凝 土面板 的挠度 、 图 3 挤压边墙计算图 轴 向应力和顺坡 向应 力值。同样对 蓄水期进行模 拟 ， 可以得出在竣工期和蓄水期 有无挤压边墙坝体 和混凝土面板相关应力应变的特性 ， 详见表 2、 3 。 表 2 坝体应 力变形最大值对 比表 工况 坝体水平位移 坝体垂直 坝体大主应力 m 位移 m MP a 向上游 向下游向上向下拉应力 压应力 竣 工 无挤压边墙0 2 2 9 0 1 7 3 0 1 1 3 6 0 2 8 7 期有挤压边墙0 2 1 8 0 1 6 9 0 1 1 3 4 0 2 7 9 蓄水 无挤压边墙0 2 3 1 0 1 7 9 0 1 1 5 1 0 3 0 2 期有挤压 边墙0 2 2 3 0 1 7 1 0 1 1 4 8 0 2 9 8 表 3 混凝土面板应力变形最大值对 比表 混凝 土面板 混凝土面板轴混凝土面板顺 工况 挠度 m 向应力 MP a 坡向应力 MP a 向坝 内 向坝外 拉应力 压应力 拉应力 压应力 竣工 无挤压边墙0 0 2 6 0 6 2 5 5 3 5 2 6 1 3 2 1 期有挤压边墙 0 0 1 9 0 4 0 8 4 1 7 2 0 2 1 9 2 蓄水 无挤压边墙0 1 4 9 0 7 5 2 6 4 2 5 9 7 6 0 8 期有挤压边墙0 0 8 7 0 5 9 9 5 0 1 4 1 1 3 7 9 制 ， 但 是其 材料 性质 与 +料相 县存存 女善4 结 语 土料相比 还是存在较大差 圭 口 口 别 ， 所 以挤 压边墙 的模 型 ( 1 )挤压边墙对坝体 的影响 依 然视作混凝 土材 料 ， 按 通过对 比分析可以看出： 坝体在有挤压边墙和 线弹性材料考虑。 无挤压边墙 2种情况下 ，挤压边墙 总体上减小了坝 体 的变 形 尤其 是在 蓄水期 效 果更加 明 显 ， 也减 小 了 4 8 王鹏 挤 压边墙 在竣 工期和蓄水期对混凝土 面板砂砾 石坝的影响分析 坝体内的应力分布， 这说 明了挤压边墙对坝体 的变 形有抑制作用， 但是坝体应力和变形的变化非常小， 这种作用不够明显。所以， 通过以上分析可 以得 出： 挤压边墙对坝体的应力和变形总体影响不大。 ( 2 )挤压边墙对混凝土面板的影响 同样通过对 比可以看 出： 混凝 土面板在有挤压 边墙和无挤压边墙 2种情况下 ， 在竣工期 ， 挤压边墙 的存在使得混凝土面板 的轴线应力 、 挠度以及顺坡 向应力都有所降低 ， 面板的应力 、 变形状态得到改善 和抑制 ， 在蓄水期的时候 ， 这种改善效果更加 明显 ， 特别是有挤压边墙时面板 的压应力水 平减小得很 多。通过以上分析可以得 出： 挤压边墙的存在 对混 凝土面板和坝体都是有利的， 特别对混凝土面板 的 作用尤为显著 ， 这也说 明了挤压边墙不仅没有对混 凝土面板造成不利影响 ， 反而能够改善 了混凝土面 板的应力应变状态 ， 而且这种改善效果在蓄水期尤 为明 显。 参考文献： 1 刘超 压式边墙对混凝土面板影响的三维有限元分析 D 西 安 ： 西安理工 大学 ， 2 0 0 5 2 华东水利学 院土力学教 研室 土工原理 与计 算 M ， 北 京： 水 利 出版社 ， 1 9 8 0： 2 9 0 2 9 2 3 代凌辉 二塘沟水 库深厚覆 盖层上沥 青混凝 土心墙 坝应力 与 变形计算分析 D 乌鲁木齐 ： 新疆农业 大学 ， 2 0 1 0 4 罗先启 ， 吴 晓铭 ， 童富果 ， 李 昌彩 基于挤压 边墙技术水 布垭面 板堆石坝应力一 应变研究 J 岩石力学与工程学报， 2 0 0 5 ， 2 4 ( 1 3 ) ： 2 3 4 2 2 3 4 9 5 张奇 岩石爆破基础 M 重庆 ： 重庆大学出版社 ， 1 9 9 3 6 董坤明 ， 沈振 中， 荆玉翔 ， 吴凌丞 挤压 边墙 对面板堆 石坝结构 性态的影响分析 J 水 电能源科学 ， 2 0 1 2 ， 3 0 ( 7 ) ： 7 3 7 5 7 李斌 挤压式边墙对公伯 峡面板堆 石坝应力 和变形 的影 响分 析 D 西安 ： 西安 理工大学 ， 2 0 0 6 8 刘思远 挤压边墙对混凝 土面板砂砾石坝 的影响分析 D 乌 鲁木齐 ： 新疆农业大学 ， 2 0 1 0 9 蒋 国澄 中国混凝土面板 坝 2 O年 M 北京 ： 中国水利水 电出 版社 ， 2 0 0 5： 1 6 1 7 ( 上接第4 5页) 浇 筑过程 中稳 定安 全 。 ( 4 )模板安装完成后 ， 对模板安装精度进行双 向校正， 保证模板垂直度、 平整度， 确保外观体型尺 寸 。 4 3实施效 果 向家坝水电站泄水坝段 2 0 1 2年 5月所有坝块 达到或超过高程 3 4 0 0 0 m， 满足汛期坝体拦截 1 0 0 年一遇的洪水条件。2 0 1 2年 1 0月底 坝体全线达 到 高程 3 6 8 0 0 m， 满足右岸地下电站首台机组蓄水发 电条件。 泄水坝段混凝 土浇筑外 观验收合格率 1 0 0 ， 优良率 9 1 4 ； 模板施工优良率 9 1 6 ； 过流面不 平整度检、钡 4 最大值不超过 8 mm， 符合率 9 3 3 ； 坡 比检测均符合设计要求。 2 0 1 2年 l 2月至 2 0 1 3年 6月对 中表孔进行了检 修 ， 泄水坝段溢流表孔过流面未见明显表面裂缝 ， 整 体情况 良好。 功应用了可连续安装或拆卸的长 陡过流面模板 ， 解 决 了长陡过流面大面积混凝土快速 、 高质量施工 中 的各项技术问题 ， 实现 了过流底面与墩墙混凝 土整 体连续浇筑 ， 提高 了长陡过流面混凝土模板施 工水 平 ； 保证 了施工效率 ， 节约 了施工成本 ， 为类似工程 提供了成功技术经验 ， 值得推广应用。 参考文献 ： 1 唐伟杰 ， 郑祥 ， 韩金涛 溪 洛渡水 电站泄洪 洞龙落 尾掺气 坎过 2 3 4 5 5 结语 向家坝水 电站泄水坝段溢流表孔底板施工 ， 成 流面散装钢模 板一次成型浇 筑施工技术 J N J i f 水力 发 电， 2 0 1 3， 3 2 ( 5 ) ： 2 4 2 6 邹龙生 小湾双 曲拱坝 2号导流底 孔底板过 流面施 工 J 水 力发 电， 2 0 0 9， 2 5 ( 2 ) ： 5 5 5 9 张开广 ， 商永红 ， 盛信平 ， 等 可连续 安装或拆卸 的斜坡混凝 土 模板 中国， C N 2 0 1 1 2 0 5 6 2 2 4 5 5 P 2 0 1 2 S L 1 9 1 2 0 0 8 ， 水工混凝土结构设 计规范 s 北京 ： 中国水利水 电出版社 ， 2 0 0 8 建筑施工手册编委会 建筑施 工手册 s 5版 北京 ： 中国建 筑工业 出版社 ， 2 0 1 2 G B 5 0 2 1 4 2 0 0 1 ， 组合钢模板技 术规 范 S 北 京 ： 中国计 划出 版社 ， 2 0 0 1