水庫(kù)結(jié)冰對(duì)混凝土面板堆石壩影響的研究

黃小斌

摘 要：在北方的高寒地區(qū)，水庫(kù)結(jié)冰會(huì)對(duì)堆石壩造成一定程度的影響。文章將對(duì)該內(nèi)容進(jìn)行分析，以供參考。

關(guān)鍵詞：水庫(kù)結(jié)冰；計(jì)算方法；影響分析

水庫(kù)結(jié)冰對(duì)混凝土面板堆石壩的影響較大。在現(xiàn)階段抗冰凍分析過(guò)程中，大多數(shù)采用規(guī)范中給出的靜冰壓力標(biāo)準(zhǔn)值與依據(jù)模擬實(shí)驗(yàn)的方法，分析時(shí)較為便利，計(jì)算結(jié)果較為保守，僅需要依據(jù)冰層厚度來(lái)選取靜冰壓力值，但在實(shí)際情況中，影響冰作用的因素很多，采用模擬實(shí)驗(yàn)分析時(shí)，所得結(jié)論缺乏一般性，還需要根據(jù)實(shí)際情況修正模型，分析過(guò)程較為復(fù)雜。

1 對(duì)比兩種計(jì)算方法

1.1 應(yīng)用荷載設(shè)計(jì)規(guī)范計(jì)算

根據(jù)混凝土面板堆石壩構(gòu)造，分別建立了面板、墊層、過(guò)渡層、堆石以及巖基模型。以壩踵位置為原點(diǎn)，X軸負(fù)向?yàn)樯嫌畏较颍琘軸為高程方向。壩面坡度為1：2，巖基厚度向下取130m，上游坡腳向上游方向取50m，下游坡腳向下游方向取30m。壩高30m，面板在水平方向取0.2m，墊層水平方向取3m，過(guò)渡層水平方向取3m。選擇單元類型為PLANE82，由于本研究的對(duì)象為混凝土面板，所以模型對(duì)瀝青混凝土面板、墊層、過(guò)渡層的網(wǎng)格進(jìn)行了加密，而堆石以及巖基的網(wǎng)格則較為稀疏，這樣既提高計(jì)算精度，同時(shí)又節(jié)省了計(jì)算時(shí)間。

1.2 應(yīng)用冰層位移計(jì)算

首先，在原有的模型基礎(chǔ)上，添加冰層模型，冰層初始厚度為0.4m，長(zhǎng)為100m。在冰層與面板接觸的位置設(shè)置接觸單元，這樣，接觸單元便覆蓋在了分析模型接觸面上了，并且形成了接觸對(duì)。文章使用CONTA172和TARGE169單元來(lái)定義2-D接觸對(duì)，將冰層接觸面定義為接觸單元的接觸面，將面板接觸面定義為接觸單元的目標(biāo)面。在完成接觸單元設(shè)置后，文章根據(jù)需要設(shè)置了2個(gè)實(shí)常數(shù)，分別是法向接觸剛度因子FKN和允許最大穿透容差FTOLN，數(shù)值均為0.1。

另外，根據(jù)機(jī)械聯(lián)結(jié)理論，當(dāng)膠粘劑滲入到被粘物表面粗糙不平、遍布溝壑和微孔等部位時(shí)，許多微小“銷釘”會(huì)在物體之間形成并將兩物體聯(lián)結(jié)起來(lái)，因此在冰層與面板的粗糙表面之間產(chǎn)生較高粘結(jié)強(qiáng)度，所以，文章選擇KEYOPT（12）=6即綁定接觸模式。施加約束及位移。施加約束與應(yīng)用荷載設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行計(jì)算時(shí)一樣，不同的是，不再直接施加靜冰荷載，而是在冰層上游方向末端施加X(jué)正方向的位移和Y向的約束。然后進(jìn)行求解。先試算一個(gè)較小的位移0.020m，然后按0.005m的位移增量進(jìn)行計(jì)算，得到這一冰層厚度下不同位移作用下的面板應(yīng)力，再調(diào)整冰層厚度，重新進(jìn)行計(jì)算，直到得到各個(gè)冰厚不同位移作用下面板的應(yīng)力。

1.3 分析計(jì)算結(jié)果

1.3.1 結(jié)果對(duì)比

同一冰層厚度下，位移越大，面板的最大主應(yīng)力值也隨之增大。在同一位移作用下，冰層越厚，面板的最大主應(yīng)力值也越大。例如，當(dāng)冰層厚度為1.2m時(shí)，應(yīng)用荷載設(shè)計(jì)規(guī)范計(jì)算的結(jié)果是1.68MPa，則在應(yīng)用冰層位移進(jìn)行計(jì)算時(shí)，當(dāng)冰層位移達(dá)到0.046m時(shí)，面板的最大主應(yīng)力值接近1.68MPa。由此可知，可以將應(yīng)用規(guī)范計(jì)算的結(jié)果與應(yīng)用位移計(jì)算的結(jié)果一一對(duì)應(yīng)起來(lái)，得到一組與之對(duì)應(yīng)位移。當(dāng)位移分別為0.0230m、0.0452m、0.0420m、0.0430m和0.0451m時(shí)，其計(jì)算結(jié)果與應(yīng)用規(guī)范計(jì)算的結(jié)果基本一致。

1.3.2 接觸計(jì)算結(jié)果

整理了冰層厚度為0.6m時(shí)，不同冰層位移下的接觸應(yīng)力計(jì)算結(jié)果。接觸摩擦應(yīng)力隨冰層位移增加而增大。而且由于存在摩擦力，面板在接觸冰層位置出現(xiàn)拉應(yīng)力，而這些拉應(yīng)力有助于說(shuō)明為什么有不少水庫(kù)大壩護(hù)坡被推移或隆起，有裂紋在接觸表面形成，并逐漸擴(kuò)展。

2 混凝土面板堆石壩的關(guān)鍵施工技術(shù)

2.1 大壩填筑施工

在裝載和卸載巖石填充物時(shí)，應(yīng)避免分離，不允許從高斜坡卸載。在車間材料中，應(yīng)避免出現(xiàn)原料濃縮問(wèn)題，努力匹配粗顆粒。在岸邊位置附近，用精細(xì)的鋪路材料，以避免架空的現(xiàn)象。主要技術(shù)要點(diǎn)：（1）壩體填筑面施工，卸料，鋪料，灑水和壓實(shí)等作業(yè)，采用實(shí)施方式。壓實(shí)基面后，需要徹底清洗，第一大尺寸內(nèi)20厘米內(nèi)的細(xì)石層，并且層厚度應(yīng)控制在30厘米以內(nèi)，并對(duì)其進(jìn)行振動(dòng)壓實(shí)。（2）轉(zhuǎn)角位置采用蛙式夯機(jī)壓實(shí)。經(jīng)過(guò)第一輪軋制后，按照正常施工過(guò)程進(jìn)行施工作業(yè)。每層布厚度為80厘米，用自卸車的建筑材料運(yùn)到倉(cāng)庫(kù)的施工，然后用來(lái)保管商店材料的法律。（3）店鋪隨行。在鋪設(shè)材料的過(guò)程中，靠近岸邊位置選擇細(xì)石填充，以避免開(kāi)銷的問(wèn)題；在壩面前滾動(dòng)采用分級(jí)供水管網(wǎng)，確保灑水；在振動(dòng)磨削中，平行于壩軸線的錯(cuò)誤軋制，并且磨削著陸控制在30厘米左右，沿岸位置沿岸軋。

2.2 面板混凝土施工與止水安裝

在面板施工前混凝土，應(yīng)先將網(wǎng)格放在床墊網(wǎng)格上，然后檢測(cè)平整度，及時(shí)敷料。在測(cè)量過(guò)程中，該點(diǎn)的施工，并用Φ22規(guī)格1米長(zhǎng)的鋼材，砸入斜坡，暴露約40厘米作為面板框架鋼筋，并用面板加固，搭接焊接。銅封口機(jī)在凸模腔內(nèi)，建議插入適量的泡沫條，以免混凝土澆注，將部分漿料注入模腔。在銅水封到位后，應(yīng)與橡膠墊圈保持一定間隙，然后做封閉處理。在銅膠鼻結(jié)構(gòu)接頭中，隔離板要進(jìn)行刨削和防腐處理。在混凝土澆注過(guò)程中，為了能夠有效避免變形，變形的發(fā)生，需要加強(qiáng)側(cè)面的處理，還要對(duì)面板觀察設(shè)備進(jìn)行有效的保護(hù)。在澆注混凝土施工過(guò)程中，采用跳躍式澆筑，并使用滑動(dòng)模具滑槽將其運(yùn)入倉(cāng)庫(kù)；在此過(guò)程中，倉(cāng)庫(kù)應(yīng)統(tǒng)一織物，并將每層織物的厚度保持在25至30厘米，間距不超過(guò)40厘米。水密圍繞混凝土，注意振動(dòng)密度。在建筑面板澆筑混凝土后，需要對(duì)建筑施工的水密填料，填料和混凝土的接觸面，應(yīng)保持干燥，光滑，致密和清潔。包裝面用PVC覆蓋層起保護(hù)作用，PVC覆蓋層施工安裝，混凝土表面刷涂一層膠，確保覆蓋層與混凝土表面之間的密封；，需要按適當(dāng)數(shù)量的角度，然后使用膨脹螺栓固定。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)分析我們對(duì)堆石壩的影響有了一定了解，通過(guò)計(jì)算得到了面板最大主應(yīng)力，對(duì)于實(shí)際操作具有一定指導(dǎo)意義。

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