堆石混凝土堆壩技術在尾礦庫攔水壩設計中的應用研究

摘 ?要在尾礦庫攔水壩施工中，堆石混凝土堆壩技術因能夠保證施工質量，延長使用期限因此得到廣泛應用。本文首先對堆石混凝土技術進行介紹，其次結合某尾礦庫工程案例，采用反應譜法、材料力學法對堆石混凝土攔水壩的穩定性進行分析計算，結果表明堆石混凝土攔水壩的穩定性滿足規范要求，可將堆石混凝土用于攔水壩的設計、建設中，為工程應用提供參考。

關鍵詞：堆石混凝土;尾礦庫;攔水壩;穩定性計算

中圖分類號： ??文獻標識碼：A ???文章編號：2096-6903（2019）05-0000-00

0 引言

近年來，堆石混凝土憑借綠色環保、用水量少、體積穩定、抗剪能力強、成本低等優勢，開始用于尾礦庫攔水壩的設計中，為了增強攔水壩的穩定性，本文運用有限元法、材料力學法，得出最優施工方法，并對堆石混凝土堆壩技術的具體應用進行簡要探討，為工程設計和施工提供參考。。

1 堆石混凝土概述

自密實混凝土，是指在澆筑時不進行振搗，只依靠混凝土自身的重量，就能完全填充到鋼筋間隙、模板中的混凝土。在坍落度試驗中，自密實混凝土能達到600mm以上的拓展度，260mm以上的坍落度且不會出現泌水、離析等現象。

堆石混凝土是從自密實混凝土技術中產生的一種新型混凝土施工技術。是指將大粒徑塊石入倉，形成有間隙的堆石體，從上部注入專用的混凝土，利用其特殊的抗分離性、高流動性，依靠自身重量填充間隙，形成密實、強度高的大體積混凝土。簡單來講，就是用自密實性較高的混凝土，來填充堆石體形成的混凝土，其主要由帶有小骨料、大塊的堆石組成。堆石混凝土技術施工簡單，水化溫升低，方便現場控制質量。加之其工期短，施工效率高，綠色環保，被廣泛用于水運、橋梁、道路等領域。現階段，由于堆石混凝土引領了成本低、質量高、污染小、進度快的混凝土施工革命，為施工方帶來了巨大的經濟利益，因此備受相關單位的關注。

2 工程案例

某尾礦庫位于云南省溝谷，溝底平均坡降3%，包括截滲壩、攔水壩等。其截面形式呈V字型、坡度陡。谷底無植被，壩肩植被為雜草。該攔水壩工作面小、底部狹窄，因此無法開展大規模施工。此外當地溫度高，溫控要求嚴格。考慮到上述因素，采用堆石混凝土堆壩技術施工。其中壩高45m，頂寬5m，標高1377-1385m。由于壩體材料的不同，將其分為5個區，倉面邊長大于5m，每層澆筑1.5-2.0m，層數不少于2層（見下表1）。在筑壩之前，現場檢驗施工工藝的有效性，并進行力學性能、密實度等方面的檢測。

3 穩定性分析

3.1計算參數

選取攔水壩的最高處作為典型的計算剖面，在地震、蓄水位正常情況下分別用有限元靜力法、材料力學法進行穩定性分析。分析時攔水壩混凝土的強度標準值，參照相關規范要求，對于壩基物理力學參數、地基巖動參數的取值，在壩基物理力學參數上，當巖土為中密卵礫石時，重力密度為24.2γ/Kn/m，壓縮模量為7.3Es/MPa，承載力特征值為360f_dk/kPa;當巖土為中密角礫和碎石時，重力密度為21.8γ/Kn/m，壓縮模量為6.2 Es/MPa，承載力特征值為195f/kPa;當巖土為強風化玄武巖時，重力密度為27.4γ/Kn/m，承載力特征值為730f/kPa;當巖土為弱風化玄武巖時，重力密度為27.9γ/Kn/m，承載力特征值為5400f/kPa。

3.2材料力學法計算分析

在三種工況下，運用材料力學法對壩體的應力值進行計算。計算結果表明：建基面應力值最大為危險截面。此外選取建基面對壩體強度分別進行正常使用極限、承載能力極限狀態下的校核、穩定性驗算及壩體抗滑穩定性驗算等，計算結果見下表2。

由表2可知：在不同工況下，攔水壩截面上游面的抗拉和下游面的抗壓承載力均符合設計要求，且上、下游面的拉應力極限也符合設計需求。抗滑穩定性計算結果表明：壩段在不同工況下的混凝土層面、壩基面抗滑穩定性，均符合規范要求。

3.3有限元法計算分析

參照壩段的結構形式，構建能夠反應壩段結構特性的大壩、壩基模型。在有限元中，對大壩材料、壩底地質進行分區模擬。模擬范圍包括大壩的上游側、下游側、建基面下方。有限元網格采用四面體網格，為了能夠獲得壩體精確結果對部分網格進行加密處理，模型共設有1397個節點、1320個單元，其中壩基單位512個，壩體單元808個。利用有限元模型，采用反應譜法對位移響應極值、應力響應極值和反應譜法抗滑穩定性進行計算，數值模擬結果如下：

第一，位移響應極值。在水平方向下，位移最大值出現在壩頂為4.35mm;在豎直方向下，位移最大值同樣出現在壩頂為-0.54mm。

第二，應力響應極值。在水平方向下，應力最小值出現在壩踵為-608.293kPa。應力最大值出現在壩上游面下部為150.720 kPa;在豎直方向下，應力最小值出現在下游面折坡處為-332.180 kPa。應力最大值出現在壩體底部為496.952 kPa;第一主應力最小值為-18.654 kPa，位于上游面折坡處。最大值為1570kPa，位于壩趾;第三主應力最小值為-1700 kPa，位于壩趾。最大值為89.500 kPa，位于壩體中下部。

第三，反應譜法抗滑穩定性計算。建基面的反算結構系數為2.28，作用效應為9775.7kN，抗力效應為22285.91kN，允許結構系數為0.65，因此滿足規范要求;1355m截面的反算結構系數為3.08，作用效應為3315.52kN，抗力效應為10220.90kN，允許結構系數為0.65，同樣滿足規范要求;1377m截面的反算結構系數為3.75，作用效應為593.44kN，抗力效應為2224.41kN，允許結構系數為0.65，滿足規范要求。通過用材料力學法分析攔水壩的靜力穩定性及用反應譜法分析動力穩定性，結果表明：在不同工況下，攔水壩的結構穩定性均滿足規范要求。

4 結語

本文結合某尾礦庫的工程特征成功將堆石混凝土堆壩技術應用于攔水壩的設計中充分發揮了堆石混凝土的優勢。通過反應譜法、材料力學法對堆石混凝土攔水壩的穩定性進行計算，結果表明堆石混凝土攔水壩的穩定性滿足規范要求，因此可將堆石混凝土用于攔水壩的設計、建設中。

參考文獻

[1]龐宇哲.堆石混凝土壩的方案比選及施工方法[J].建筑技術開發，2017，44（1）：6-8.

[2]王新巖.堆石混凝土堆壩技術在某尾礦庫攔水壩設計中的應用[J].中國礦業，2018，27（z1）：400-403.

收稿日期：2019-05-15

作者簡介：朱景萌（1978—），女，漢族，吉林長春人，本科，中級工程師，研究方向：尾礦。

Study on Application of Rockfill Concrete Dam Technology in Dam Design of Tailings Reservoir

ZHU?Jing-meng

（Changchun Gold Design Institute Engineering Construction Management Co.， LTD.， Changchun??Jilin??130012）

Abstract：?In the construction of tailings dam， rockfill concrete dam technology is widely used because it can guarantee the construction quality and extend the service life. This paper introduces the technology of pile of concrete， the second with a tailings project cases， the response spectrum method and material mechanics method is adopted to analyze the stability of the dam concrete calculation， the results show that the stability of the dam concrete meet the specification requirements， can be used in the design of the dam， concrete construction， provide a reference for engineering application.

Key words：?rockfill concrete; Tailings; Dam; Stability calculation