影响坝体变形的几种主要因素

影响坝体变形的几种主要因素

【摘要】：预防并减小坝体变形是砼面板堆石坝的防渗关键，文章结合喀浪古尔水库大坝施工过程等诸多方面剖析了影响坝体变形的几种主要因素，为同类型坝体施工积累了一些经验。

【关键词】：变形; 渗漏; 填筑速率; 脱空; 位移; 时间间隔; 盈亏

1. 工程概况

喀浪古尔水库枢纽工程位于塔城市东北方向43Km处的喀浪古尔河干流上，枢纽工程由拦河坝、左岸导流引水泄洪洞、左岸发电洞、右岸开敞式溢洪道四部分组成，是以灌溉为主，兼有发电、防洪、养鱼等综合利用的中型水利枢纽工程。

2. 施工进度

喀浪古尔水库大坝于2000年8月6日开工，2001年5月31日截流，2001年10月28日完成坝体填筑，2002年7月28日完成趾板砼浇筑，2002年8月11日完成面板砼浇筑，2002年9月5日完成坝顶防浪墙砼浇筑，2002年11月10日通过了蓄水前阶段验收，2002年12月22日下闸蓄水，2003年9月20日完成尾留工程项目施工。

3. 坝体渗流和变形监测分析

3.1 坝体渗流监测分析

通过对埋设在最大断面0+265坝基础面上的7支渗压计（P3~P9）和垫层料中的2支渗压计（P1、P2）以及埋设在周边缝不同高程的6支渗压计（P10~P15）进行坝体渗流观测统计分析，除P12测头外，其余14支测点水头（渗透水压力）均呈有规律地随着库水位的变化而变化的特点，一开始随着库水位的升高而升高，达到某一最大值之后，受库水位升高影响较小，测值逐渐趋于稳定，甚至有的测点值还略有减小，最后随着库水位的回落而减小。

3.2 坝体渗流量监测分析

根据面板均匀渗漏假定Q=KLH2/(6tmsinθ)，其中K为均匀渗漏系数，L为坝顶长度，H为坝高，tm为面板平均厚度，θ为面板倾角，结合国内外有关同类型工程发生严重渗漏并对大坝进行修补的实际情况，将面板［K］=5×10-6cm/s 作为判断工程是否需要进行修补的临界值，据此得出工程允许渗漏量［Q］。当Z=［Q］/Q＜1.0时，说明工程渗漏量偏大，应进行渗漏处理。

3.3 坝体变形监测分析

3.3.1 坝体内部位移和表面位移监测分析

从坝体施工期及蓄水后内部位移以及表面位移变形观测来看：

①坝体变形符合面板坝变形规律，即在最大断面处附近位移量最大，较小断面处依次变小，至两坝肩处最小；

②坝轴线坝体内部水平位移又呈以坝轴线测点为界，上游区坝体测点向上游移动，下游区坝体测点向下游移动，坝轴线处测点位移最小，亦即施工期流变表现在坝顶有向心的水平位移即上下游填筑边坡线都向坝轴线位移；

③下游坝坡比上游坝坡位移明显亦即变形轴线下游大于上游；

④有的最大值并非发生在最大断面处，但是一定是在最大断面附近。

3.3.2 周边缝和板间缝监测分析

周边缝是趾板和面板见的接缝，由于面板与趾板分别位于碾压堆石体和基岩之上，在水荷载作用下，其变形性质也不相同，使得面板与趾板之间产生明显的相对位移。

从监测结果来看，本工程面板周边缝、板间缝变形符合面板坝变形规律，即在受拉区缝口张开、在受压区缝口闭合，开合度一般随库水位的上升而增大，面板沉降和剪切变形受库水位影响较小，但基本也呈伴随库水位的升高而增大的趋势。

4. 影响坝体渗流和变形探因分析

4.1 与坝体填筑强度高、速率快有关

4.2 与坝体填筑材料特性有关

本工程先后有两次较大的设计变更，第一次将过渡料区置于主、次堆石区之间，主堆石区为≤600mm的砂砾料，过渡区为≤300mm的开采安山岩爆破石料，次堆石料为≤1000mm的开采爆破石料。第二次是将过渡区置于垫层料区和主堆石料区之间，过渡区为≤300mm的开采凝灰岩爆破石料，主堆石区为≤600mm的开采凝灰岩爆破石料，次堆石区为安山岩、凝灰岩和部分弱风化爆破石料。由于坝料绝大部分（占填筑总量的70%）采用了软化系数和压缩模量较小的凝灰岩爆破石料（本工程凝灰岩爆破料软化系数略大于0.6），造成坝体沉降变形较大，在国内同类型坝中处于中等偏上位置，另由于坝轴线下游料相对上游料较风化，软化系数小，差异较大，造成轴线下游位移明显偏大于轴线上游。

4.3 与坝体的压实程度有关

本工程各种坝料的压实参数、取样组数均达到设计标准，碾压质量不存在问题，可排除碾压质量不过关问题。经分析，私以为，是由于未充分洒水碾压所至，填筑时加水的目的在于使坝料浸湿，软化细粒并降低粗粒的抗压强度，以提高压实度和效率，减少竣工后的后期沉降。在填筑前，我部通过作碾压试验证实洒水碾压对坝料的干密度影响不大，因此施工过程中虽进行了洒水，但洒水的程度不够，由此造成竣工后的后期沉降量偏大，尤其是蓄水后由于湿陷引起的沉降量偏大。另外，由于所作的碾压试验仅对设计指标进行了复核和验证，未能全面反映出坝料的碾压指标，造成实际控制指标略偏低，亦即压实程度不充分。

4.4 与垫层坡面、面板砼和防浪墙砼施工有关

只要是面板堆石坝，面板脱空的现象就不可避免。面板脱空的原因主要是由于垫层料随着其后的堆石体发生较大的变形，而具有较大刚度的面板与垫层料变形不协调，宜造成两者界面脱离。

4.5 与坝基防渗处理效果有关

本工程大坝基础开挖依照设计图纸、设计变更、监理通知（指令）进行，开挖清理完毕并自检合格后，进行重要隐蔽工程联合验收，签字验收合格后，方可进入下道工序。对于在验收中发现的问题如断层、渗水、泉眼等，在坝体填筑之前，均作了施工处理，在处理过程中，均通过了监理工程师检查验收并留下了详细的施工记录。

对于趾板，采用C25F250W8高性能钢筋砼，掺加了Ⅱ级矿渣微粉，趾板基础布设锚筋，并进行基础灌浆处理；对于趾板基础及趾板下游垫层料区内基础岩面上主要出露的F1、F6、F10、F20及部分软弱夹层等，均采取了增设锚杆、加强布筋并开挖回填砼塞处理。有渗水、泉眼处，相应位置除回填砼塞封堵外，还加强灌浆处理；对于大坝基础上主要出露的F6、F7、F3、F1、F10断层及软弱夹层，采取人工撬挖断层至设计地质要求后，再回填反滤料覆盖。

通过坝体渗流和量水堰渗漏观测分析可知，由于未将P12测点位置所在的断层进行加密灌浆处理，导致蓄水后该断层处渗透水压力偏高，而按设计地质要求进行处理的其它坝基部位布设的渗压计测值变化不大，说明坝基础防渗处理是否到位，也是影响大坝变形的一个主要因素。

5. 结论

综上所述，影响坝体变形的主要因素有：

①与坝体填筑速率有关；

②与坝体填筑材料有关；