碾压砼坝的渗控分析研究

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  [摘 要]碾压砼坝在建筑设计上比常规的砼坝要复杂,这主要是因为其水平施工缝的存在,加大了施工方面在渗控技术和施工对策方面的难度。在使用三维建模的有限元技术建立数学模型后,可以用节点虚流量法来专门计算碾压砼坝的渗流特性。节点虚流量法主要是使用固定网格,对自由面渗流问题进行计算的一种方法。通过对廊道洞室内的渗控行为、整体坝身缝隙的透水性等等进行数学模拟,并总结多个实际情况,本文进行了相关分析讨论,并给出了具体的建议。
  [关键词]碾压砼坝;渗流控制;排水孔;廊道;洞室
  中图分类号:TU316 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2015)14-0045-01
  碾压砼坝,是一种最近几年新近出现、经济实用、兼顾硷坝和堆石坝优点的大坝建设技术,英文名Roller-compacted concrete dam,以下称RCC坝。目前国内外的RCC坝建设运行情况都比较良好。但是,RCC坝也有普遍存在的缺点,那就是坝体渗漏问题。坝体渗漏是RCC坝的严重缺陷,对于有严重漏水现象的坝体,进行加固处理的耗费是巨大的。
  想要对碾压砼坝进行改良分析,就要在有限元技术的帮助下建立三维立体的数学模型。以往的模型设计,都是在排水管内预先设定水位,这样不能实际的反应排水孔的排水能力。而如果使用Loius的“立方定律”,就可以直接以层面缝隙流等效薄层单元模拟渗流特性,使得分析数据更加可信。
  4 RCC坝的渗透控制研究总结
  (1) 在对多个案例数据进行代入分析后,可发现如果防渗面板表面完整、没有裂缝的时候对渗透的阻止能力是很明显的,在整个大坝下方基本没有水流渗透下来,这样也就大大降低了坝身孔隙压力。但是,如果只是单纯的增加厚度,而不在砼面板上增加而如果仅仅用上游部分层面进行防渗,对降压的影响并不很大。
  (2)而RCC坝如果在上游面的防渗面板有贯穿性拉力缝,那么这道裂缝对整个坝体的影响都是极大的。因此,防渗的砼面板要在防裂方面有极为严格的要求,尤其在温度变化较大的地区,更应注意温差变化对裂缝产生的影响。一旦上部区域出现贯穿裂缝,砼面板几乎可以说是完全失效了。
  (3)只要在施工过程中,碾压砼层面与面板之间有连通性接触缝,或由于砼干缩变形导致裂缝,那么即使砼面板厚度达到三米,其渗控作用基本上也已经丧失殆尽。因此,应当在板后的碾压砼层面进行防渗处理,在竖直方向增强隔水性,就能在很大程度上解决竖向接触缝的问题。
  综上所述,只要能使得上游部分在防渗方面有完整的功能设施,那么处于防渗区后方的碾压砼层面可以发挥比较优良的排水作用。
  5 RCC坝渗控设计评估
  事实上,RCC坝渗流状态模式是一个影响因素多、参数敏感性强、难以总体估纳评价的模型,因此当对RCC坝的整体渗控进行评估时,必须要结合具体事例具体过程、施工情况、基本设计等等各类参数进行讨论,才能得出令人信服的结论。根据前文的计算研究,笔者对目前RCC坝的渗控状态设计和具体施工时应注意的几个方面提出以下建议。
  (1)目前而言,RCC坝的渗流特性、渗控状态整体研究的量化资料过少,而只见几篇感性上、笼统上总结结论的研究论文,关于碾压砼这个方面的渗流状态分析更是鲜见发表。
  (2)由上面研究分析可以知道,部分施工质量良好的大坝在运行一段时间后也会出现的问题,主要是因为没有对上游面进行防渗的设计,同时也没有对层面进行防渗处理,一旦在不同的碾压砼层面中出现新的层面裂缝,一旦水库进行大量蓄水,会很容易出现严重漏水现象,降低大坝使用寿命。而这个问题与施工过程中的质量问题几乎无关,完全在于是否重视碾压砼层面的防渗设计。
  (3)由此可知,RCC坝上进行完整的、永久性的防渗砼面板设计的最佳地点是整个大坝的上游面,如此进行设计的话,整个坝体的阻渗作用是最强的。但是,整个面板的坚固度、可靠度值得商榷,一旦出现大型的贯穿性裂缝,后果不堪设想。由此问题,作者建议一方要要重视和提高此面板的施工质量,在施工过程中严格杜绝夹层面出现;另一方面,要整体提高坝体在大温差、气候恶劣区域的适应能力,防止温度差异造成的拉力缝的出现。适当增厚面板的确可以起到一定的防渗作用,但但最关键的是要保持整体面板的完整、降低面板的渗透性,如此一来才能使得面板的渗控能力始终处于一个良好的状态上。
  结语:
  目前来说,如果在坝体内部设置廊道洞室和排水孔就能在减少维护成本的基础上达到比较理想的渗透控制效果。排水孔对渗透有着截停疏导的作用,而廊道是辅助排水孔发挥功能、保证其畅通性的设计。但是,仍然要注意在建设过程中,重视碾压砼层面、尤其是上游区部分的防渗工作。
  参考文献
  [1] 朱岳明.裂隙岩体渗流研究述评 . 河海科技进展, 1 991 , (2)
  [2] 速宝玉、朱岳明,固定网格确定渗流自由面的节点虚流量法,河海大学学报,1991,19(5)
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