高碾压混凝土重力坝的层面抗滑稳定分析

(1)概述。国内外工程实践经验表明,施工质量合格的RCC 层面抗剪断强度可达f′=1.0,c′=1.0MPa。建基面由f′和c′产生的总抗力与坝高(水头h)为近似线性关系,而大坝受到的总的水推力H 与h 2 成正比。显然,坝越高,安全系数K 越小。设RCC重度为23k N/m3,对一典型的三角形重力坝进行各层面抗滑稳定简化计算,按f′=1.0,c′=1.0MPa求得h 与K 的关系见表8-2。

表8-2　不同层面位置(h)的抗滑安全系数K

由表8-2可见,当坝高不超过82m,层面抗滑稳定安全系数K≥3.00,满足规范要求。实际重力坝比三角形坝多一部分坝顶混凝土,故可近似认为,RCC重力坝坝高超过100m 时,层面抗滑稳定可能成为设计控制因素。

(2)层面抗滑增稳措施。表8-2显示,当坝高大于100m 时,必须核算层面抗滑稳定。若不满足规范要求,要采取相应增稳措施。可能的选择有:

1)常规混凝土底座　在RCC重力坝的底部,当层面抗滑稳定不能满足要求时,用常规混凝土垫底。如果垫层太厚,不能采用大仓面施工。通常垫层常规混凝土厚度不宜超过2～3m,对高RCC 重力坝难以解决沿层面抗滑稳定问题。

2)加大断面　国外一些高坝采用过加大断面的增稳措施,这使RCC 坝工程量显著增大,RCC坝将失去固有的优势,实不可取。但在坝下部适当改变上游面坡比尚不失为可选对策。

3)提高RCC层面抗剪强度　优化配比及改进施工工艺可提高RCC层面的c′值。当坝高达200m时,要满足K=3时,c′应为2.5MPa。我国在RCC配比及施工方法上的研究成果表明,RCC胶凝材料用量大于180kg/m3,对层面采取适当处理,其抗剪强度可达到这一要求。对大面积施工的RCC,达到c′≥2.5MPa的难度相当大。(www.xing528.com)

4)减小层面上的扬压力　减小层面上的扬压力相当于加大坝体自重,对增大层面抗滑稳定性是一项重要的、简易可行的措施。龙滩水电站RCC重力坝在一定高程以下,上下游面附近各做一排排水孔幕,对减少层面的扬压力有显著效果。

(3)上游面防渗措施:

1)“金包银”结构。在RCC重力坝上下游表面设一层厚度为2～3m 的常规混凝土,以加大层面综合抗剪强度,减少渗水量,减小层面扬压力。这种早期常用的结构型式因施工麻烦,面层混凝土很难避免裂缝,难以起到预期作用。

2)沥青砂浆防渗层。在气候温暖的南方,如福建的坑口采用上游面沥青砂浆防渗层。经运行比较,沥青砂浆施工必须十分谨慎,如出现冷缝则会引起渗水。

3)钢筋混凝土面板。龙门滩RCC坝采用补偿膨胀性水泥钢筋混凝土面板,效果不佳,出现了不少裂缝。

4)上游面采用二级配富胶凝材料。采用二级配富胶凝材料混凝土,并在层面加铺厚1～1.5cm水泥粉煤灰浆,可以保证层面结合良好。二级配混凝土的范围可采用水头的1/15～1/20。二级配混凝土防渗层在普定、大朝山工程运用效果很好。但对于200m 级高RCC 坝应用二级配混凝土防渗层尚待论证。

5)钢板防渗。据了解,国外RCC坝有采用上游面加钢板防渗层的案例,钢板锈蚀问题如何解决尚未见到有关报道。