《混凝土面板堆石坝安盛勋》由会员分享，可在线阅读，更多相关《混凝土面板堆石坝安盛勋（26页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、面板堆石坝面板堆石坝 潜没式混凝土高趾墙设计潜没式混凝土高趾墙设计 安盛勋安盛勋 （中国水电顾问集团西北勘测设计研究院（中国水电顾问集团西北勘测设计研究院 ）混凝土面板堆石坝的设计中，通常采混凝土面板堆石坝的设计中，通常采 用混凝土高趾墙的方式来弥补地形、地质用混凝土高趾墙的方式来弥补地形、地质 条件的缺陷或处理与岸边相邻水工建筑物条件的缺陷或处理与岸边相邻水工建筑物 合理衔接问题。本文根据黄河公伯峡水电合理衔接问题。本文根据黄河公伯峡水电 站、新疆察汗乌苏水电站混凝土面板堆石站、新疆察汗乌苏水电站混凝土面板堆石 坝高趾墙的设计研究，将这种部分墙体位坝高趾墙的设计研究，将这种部分墙体位 于库水
2、位以下的混凝土高趾墙称为潜没式于库水位以下的混凝土高趾墙称为潜没式 高趾墙，同时对潜没式高趾墙的体型设计高趾墙，同时对潜没式高趾墙的体型设计 、稳定应力计算等技术问题进行讨论。、稳定应力计算等技术问题进行讨论。1 1、概述、概述我国自我国自19881988年建成第一座混凝土面板年建成第一座混凝土面板 堆石坝（关门山面板坝）的堆石坝（关门山面板坝）的20a20a以来，目前建以来，目前建 成或在建的混凝土面板堆石坝已超出成或在建的混凝土面板堆石坝已超出150150座。座。 在混凝土面板堆石坝的设计中，采用高趾墙趾在混凝土面板堆石坝的设计中，采用高趾墙趾 板的方式来改造或弥补地形、地质条件的缺陷板的
3、方式来改造或弥补地形、地质条件的缺陷 ，通过高趾墙结构与岸边相邻水工建筑物合理，通过高趾墙结构与岸边相邻水工建筑物合理 衔接，在我国已建、在建的混凝土面板堆石坝衔接，在我国已建、在建的混凝土面板堆石坝 工程中有许多实例，积累了很多工程经验。高工程中有许多实例，积累了很多工程经验。高 趾墙趾板的体型和结构受力条件比较复杂，同趾墙趾板的体型和结构受力条件比较复杂，同 时作为混凝土面板堆石坝趾板防渗体的组成部时作为混凝土面板堆石坝趾板防渗体的组成部 分，其安全稳定对面板堆石坝的正常运行极关分，其安全稳定对面板堆石坝的正常运行极关 重要。重要。混凝土面板堆石坝设计规范混凝土面板堆石坝设计规范（DL/T
4、5016-1999DL/T5016-1999 ）（）（SL228-98SL228-98）中，对趾墙的定义为：）中，对趾墙的定义为：“ “布置在趾板线布置在趾板线 上和面板连接的混凝土挡墙上和面板连接的混凝土挡墙” ”。国内工程混凝土面板堆。国内工程混凝土面板堆 石坝高趾墙的采用较多，黄河公伯峡水电站混凝土面板石坝高趾墙的采用较多，黄河公伯峡水电站混凝土面板 堆石坝左岸坝肩采用重力式高趾墙，最大墙体高度堆石坝左岸坝肩采用重力式高趾墙，最大墙体高度 48.0m48.0m，右坝肩采用潜没式高趾墙，墙体总长，右坝肩采用潜没式高趾墙，墙体总长84.99m84.99m， 最大高度最大高度50m50m，是目
5、前国内已建工程中高度最大的高趾，是目前国内已建工程中高度最大的高趾 墙。新疆开都河察汗乌苏水电站右岸趾板线跨六坎沟，墙。新疆开都河察汗乌苏水电站右岸趾板线跨六坎沟， 采用潜没式高趾墙，墙体总长采用潜没式高趾墙，墙体总长72.7m72.7m，最大高度，最大高度25.0 25.0 mm 。公伯峡水电站、察汗乌苏水电站高趾墙大部分墙体位。公伯峡水电站、察汗乌苏水电站高趾墙大部分墙体位 于水库正常蓄水位以下，受力情况复杂，同时又作为趾于水库正常蓄水位以下，受力情况复杂，同时又作为趾 板，因此对稳定、应力、位移要求严格。本文主要介绍板，因此对稳定、应力、位移要求严格。本文主要介绍 潜没式高趾墙的设计计算
6、和体会，对一些技术问题提出潜没式高趾墙的设计计算和体会，对一些技术问题提出 一些看法和意见。一些看法和意见。2 2、潜没式高趾墙体型设计、潜没式高趾墙体型设计潜没式高趾墙体型设计时，是在坝体及趾板潜没式高趾墙体型设计时，是在坝体及趾板 线布置基本确定的条件下进行的，高趾墙通常线布置基本确定的条件下进行的，高趾墙通常 是大体积重力式结构体，根据其承担的功能，是大体积重力式结构体，根据其承担的功能， 体型设计时需考虑以下因素。体型设计时需考虑以下因素。 （1 1）墙内侧（坝体侧）设计有混周边缝和止水）墙内侧（坝体侧）设计有混周边缝和止水 ，墙顶部的坡度应与大坝混凝土面板布置相协，墙顶部的坡度应与大
7、坝混凝土面板布置相协 调，墙顶宽度应与上、下游相邻趾板的宽度相调，墙顶宽度应与上、下游相邻趾板的宽度相 协调。同时墙体坡度不宜过陡，应满足坝体堆协调。同时墙体坡度不宜过陡，应满足坝体堆 石填筑的要求。石填筑的要求。 （2 2）墙的外侧坡体型通常是与其他相邻水工建）墙的外侧坡体型通常是与其他相邻水工建 筑物或山体开挖边坡相衔接，因此外侧坡的体筑物或山体开挖边坡相衔接，因此外侧坡的体 型通常应由相邻水工建筑物的体型要求确定。型通常应由相邻水工建筑物的体型要求确定。（3 3）按规范要求，大坝趾板地基应为微）按规范要求，大坝趾板地基应为微 风化、弱风化岩体，但高趾墙往往因地形风化、弱风化岩体，但高趾墙
8、往往因地形 、地质条件的缺陷而设置，要满足规范规、地质条件的缺陷而设置，要满足规范规 定的地基条件通常是困难的，确定高趾墙定的地基条件通常是困难的，确定高趾墙 底面宽度和建基面高程时，应结合工程地底面宽度和建基面高程时，应结合工程地 质条件，须采取一定的工程处理来确定。质条件，须采取一定的工程处理来确定。 （4 4）高趾墙体型一般长度较大，基础底）高趾墙体型一般长度较大，基础底 面一般为斜坡式，在墙体施工分缝位置宜面一般为斜坡式，在墙体施工分缝位置宜 保留一定宽度的开挖平台。保留一定宽度的开挖平台。 （5 5）高趾墙内要布置帷幕灌浆排水廊道）高趾墙内要布置帷幕灌浆排水廊道 ，会对高趾墙的断面尺
9、寸的设计提出要求，会对高趾墙的断面尺寸的设计提出要求 。潜没式高趾墙为体型较复杂的大体潜没式高趾墙为体型较复杂的大体 积混凝土重力式结构，体型断面设计时需积混凝土重力式结构，体型断面设计时需 考虑的因素较多，边界条件存在相互制约考虑的因素较多，边界条件存在相互制约 、空间又受到一定的限制，在设计时应仔、空间又受到一定的限制，在设计时应仔 细分析各种条件，并通过墙体稳定应力变细分析各种条件，并通过墙体稳定应力变 形的计算，确定高趾墙体型尺寸。形的计算，确定高趾墙体型尺寸。3 3、潜没式高趾墙作用荷载、潜没式高趾墙作用荷载在在混凝土面板堆石坝设计规范混凝土面板堆石坝设计规范（ DL/T5016-1
10、999DL/T5016-1999）（）（SL228-98SL228-98）中，对趾墙的设）中，对趾墙的设 计原则和规定内容是相同的，即计原则和规定内容是相同的，即“ “趾板厚度大于趾板厚度大于 2m2m或采用高趾墙时，需进行稳定计算和应力分析或采用高趾墙时，需进行稳定计算和应力分析 ” ”，“ “计算中不计趾板锚筋作用及面板和趾板之间计算中不计趾板锚筋作用及面板和趾板之间 的传力的传力” ”，“ “可计入堆石体对趾板的主动土压力或可计入堆石体对趾板的主动土压力或 计入面板随库水压力产生的侧压力计入面板随库水压力产生的侧压力” ”。规范以上。规范以上 规定的内容条文，设计中是必须遵循的。对于潜规
11、定的内容条文，设计中是必须遵循的。对于潜 没式高趾墙的受力条件和作用荷载需认真分析，没式高趾墙的受力条件和作用荷载需认真分析， 并进行一些设计计算假定是必要的。在公伯峡水并进行一些设计计算假定是必要的。在公伯峡水 电站、察汗乌苏水电站混凝土面板堆石坝右岸潜电站、察汗乌苏水电站混凝土面板堆石坝右岸潜 没式高趾墙设计中，并参考国内工程经验，确定没式高趾墙设计中，并参考国内工程经验，确定 高趾墙设计荷载。高趾墙设计荷载。（1 1）高趾墙墙体自重）高趾墙墙体自重 （2 2）水压力）水压力潜没式高趾墙大部分墙体位于库水潜没式高趾墙大部分墙体位于库水 位以下，墙体承受两侧的水压力、顶部和位以下，墙体承受两
12、侧的水压力、顶部和 上、下游方向的水压力作用，这是与其他上、下游方向的水压力作用，这是与其他 型式高趾墙的主要区别。型式高趾墙的主要区别。 （3 3）土压力）土压力墙体于坝体侧堆石体的侧向土压力墙体于坝体侧堆石体的侧向土压力 ，坝体堆石体按主动土压力计算。，坝体堆石体按主动土压力计算。（4 4）基础扬压力）基础扬压力潜没式高趾墙布置帷幕排水廊道，潜没式高趾墙布置帷幕排水廊道， 是坝体防渗帷幕的组成部分，墙体基础扬是坝体防渗帷幕的组成部分，墙体基础扬 压力是一项重要荷载，计算时对扬压力需压力是一项重要荷载，计算时对扬压力需 一些假定。一些假定。 （5 5）地震作用力）地震作用力高趾墙是大坝的一个
13、组成部分，应高趾墙是大坝的一个组成部分，应 按规定进行抗震设计。按规定进行抗震设计。 （6 6）风浪压力、冰压力、泥沙压力忽略不）风浪压力、冰压力、泥沙压力忽略不 计，主要考虑到这些荷载作用影响很小，计，主要考虑到这些荷载作用影响很小， 是从简化计算出发考虑的。是从简化计算出发考虑的。4 4、潜没式高趾墙结构设计、潜没式高趾墙结构设计 4 41 1 计算工况计算工况（1 1）正常蓄水位情况）正常蓄水位情况（2 2）校核洪水位情况）校核洪水位情况（3 3）竣工情况（大坝施工完成，水库未蓄）竣工情况（大坝施工完成，水库未蓄 水）水）（4 4）正常蓄水位）正常蓄水位+ +地震情况。地震情况。4 42
14、 2 结构计算结构计算混凝土面板堆石坝设计规范混凝土面板堆石坝设计规范中均规中均规 定高趾墙稳定计算采用刚体极限平衡法。美定高趾墙稳定计算采用刚体极限平衡法。美 国著名面板坝专家谢拉德对高趾墙设计指出国著名面板坝专家谢拉德对高趾墙设计指出“ “ 由于高趾墙近于重力坝的尺寸，故一瞥之下由于高趾墙近于重力坝的尺寸，故一瞥之下 ，这种设计好象是稳定的。然而，混凝土的，这种设计好象是稳定的。然而，混凝土的 重量与水压力之间的关系对这种高趾墙是与重量与水压力之间的关系对这种高趾墙是与 重力坝完全不同的。因此，必须设置大体积重力坝完全不同的。因此，必须设置大体积 混凝土块体，使作用在高趾墙上的水压力直混凝
15、土块体，使作用在高趾墙上的水压力直 接通过基岩，不使堆石体提供任何维持稳定接通过基岩，不使堆石体提供任何维持稳定 的力。的力。” ”根据上述观点，参考国内外一些工程根据上述观点，参考国内外一些工程 高趾墙的体型和计算分析经验，潜没式高趾高趾墙的体型和计算分析经验，潜没式高趾 墙是混凝土面板堆石坝的重要组成部分，其墙是混凝土面板堆石坝的重要组成部分，其 稳定性直接关系到大坝的安全运行，要求潜稳定性直接关系到大坝的安全运行，要求潜 没式高趾墙结构体在荷载作用下不允许产生没式高趾墙结构体在荷载作用下不允许产生 较大的变形，以保证混凝土面板周边缝止水较大的变形，以保证混凝土面板周边缝止水 结构的安全运
16、行，潜没式高趾墙是一个三向结构的安全运行，潜没式高趾墙是一个三向 受力的结构体，通常采用材料力学法和有限受力的结构体，通常采用材料力学法和有限 元法对高趾墙的稳定和应力应变进行计算分元法对高趾墙的稳定和应力应变进行计算分 析。析。4 42 21 1 平面单宽材料力学法计算平面单宽材料力学法计算采用平面单宽材料力学法计算潜没式高趾墙的采用平面单宽材料力学法计算潜没式高趾墙的 稳定和应力，和混凝土重力坝设计的方法基本是一稳定和应力，和混凝土重力坝设计的方法基本是一 致的，是常用的计算方法，可以计算出潜没式高趾致的，是常用的计算方法，可以计算出潜没式高趾 墙设计断面的抗滑稳定安全度和两侧面的应力，计墙设计断面的抗滑稳定安全度和两侧面的应力，计 算成果可以初步确定潜没式高趾墙的体型。计算结算成果可以初步确定潜没式高趾墙的体型。计算结 果给出了一个重要结论，潜没式高趾墙的最大断面果给出了一个重要结论，潜没式高趾墙的最大断面 并不是最危险断面，而是最大断面控制基础应力，并不是最危险断面，而是最大断面控制基础应力
