探討堆石混凝土重力壩設計創新與應用實踐

符那一，田茂海

（貴州海河建設工程有限公司，貴州貴陽 550000）

堆石混凝土屬于一種新型的大壩基礎材料，在具體的施工過程中，由于受到相關施工條件、施工規范要求以及設計方式等方面因素的影響，堆石混凝土材料并沒有充分發揮出應有的施工特點。經過長時間的工程施工之后，積累了大量的工程施工經驗，并且對堆石混凝土重力壩的設計工作進行一系列創新和研究，有效提高混凝土重力壩設計工作質量。堆石混凝土技術在具體的運用過程中，可以實現自動充填堆實內部的空隙，形成一種非常完整以及密實程度較高的混凝土結構。該施工技術具有低碳環保、水化熱較低、密實程度較高以及施工穩定性良好等多方面施工優勢，在我國堆石混凝土壩的施工當中應用非常廣泛，并且取得非常明顯的施工效果。該項技術已經得到相關業內工作人士的高度認可，并且正在不斷進行進一步升級和優化。

1 堆石混凝土重力壩設計工作存在的問題

在堆石混凝土重力壩的結構設計工作中，相關設計工作人員主要依照膠結顆粒料主把技術工作標準以及堆石混凝土壩技術導則作為參考依據。在具體的設計工作中，由于堆石壩的相關設計規范要求，和混凝土重力壩的設計標準之間存在一定的出入，經常會出現設計理念存在分歧等現象。在我國國內已經建成以及正在建設的堆石混凝土重力壩的相關設計工作當中，大部分的工程設計存在比較多的橫向裂縫，并且整個施工倉面較小，受外部環境的干擾較大，堆石入倉的難度較大，同時降低大體的堆石率，無法充分體現出堆石混凝土壩施工消耗水泥材料較少、水化熱現象較低以及施工速率較快、溫度控制比較簡單等多方面工作優勢，因此必須要對堆石混凝土重力壩的設計工作，進行一系列的創新和升級，解決傳統設計工作中存在的諸多弊端問題[1]。

2 重力壩壩體分縫設計分析

考慮到混凝土重力壩體的分縫工作，其主要工作目標是控制溫度應力大小，預防壩體結構產生不良裂縫問題。在一些大體積混凝土結構施工過程中，由于結構斷面的尺寸相對較大，混凝土澆筑施工完成之后，因為混凝土結構內部的水泥水化熱現象比較明顯，內部的溫度會不斷上漲，此時混凝土構件內部的彈性模量會不斷降低，進而在受到溫度影響條件下的應力變化并不是非常明顯。在后續溫度不斷降低的條件下，混凝土構件內部的彈性模量比會不斷上漲，應力變化不斷降低，在特定的約束條件下，混凝土構件內部的拉應力不斷上升。混凝土構件在完全凝固成型之后屬于一種脆性材料，在抗拉強度上只有抗壓強度的1/10左右，混凝土的拉伸形變能力相對較小，因此溫度應力是造成混凝土出現裂縫問題的重要影響因素。在具體的施工過程中，堆石混凝土重力壩內部溫度應力變化，主要是受到水泥材料的水化熱問題所造成，和單方壩體材料以及水泥材料的使用量關系相對較大。混凝土砌石和堆石混凝土材料，在具體的施工過程中，表現出的材料復合性非常明顯，同時在施工的特性和性質上相近，重點區別于施工工藝和施工方式的不同。對此相關設計工作人員借鑒成功的混凝土砌石重力壩的相關設計工作經驗，對混凝土重力壩的部分重縫橫縫以及全斷面的設計工作方法進行總結，有效運用在堆石混凝土重力壩的結構設計工作中，通過這種創新性的設計工作方法，有效提高對水混凝土重力壩的設計工作效果[2]。

3 堆石混凝土重力壩壩體分縫設計創新案例分析

針對我國貴州省余慶縣達古臺水庫大壩工程展開分析，該水庫大壩工程采用的是C9015堆石混凝土重力壩結構，壩頂高程為800.00m，最大壩體高度為42.0m，壩體頂部寬度為6.2m，壩體的底部最大寬度為32.95m，壩體的頂部總長度為196.0m。該混凝土重力壩在設計工作中，采用部分中縫和橫縫全斷面的整體設計工作方式，在設計工作中充分考慮壩體結構兩邊的基礎巖性變化條件，從中設置出兩條橫向伸縮縫，最大的伸縮縫距離為132.0m。除此之外，在重力壩的上游區域防滲面板結構當中，總共設置出6條短縫。

在實際工作中為了充分了解壩體堆石混凝土的施工周期，以及運行過程中的溫度變化狀況，針對該水庫大壩工程的施工溫度進行一系列監測，打鼓臺水庫大壩工程壩體的最長段距離132.0m，在全距離結構當中總共設置出一個溫度監測剖面，同時在壩體的769.00m高層結構位置，設置了三個溫度監測點，設定為T1、T2、T3。在779.00m高程位置總共設置溫度計兩支，即T4和T5，789.00m高程位置出一只溫度計為T6[3]。

通過相關設計工作人員的計算分析，可以得出打鼓臺水庫大壩的堆石混凝土絕熱溫度大小為11.88℃。在理論計算上，最大的溫度提升值和儀器設備的實測最大溫度值之間存在明顯差異，造成溫度差異的影響因素可能分為以下幾個方面：①建立理論主要在絕熱的工作狀況下，200cm范圍之內的堆石壩對溫度的提升值大小，不存在非常明顯的影響。在本次工程混凝土重力壩的施工設計過程中，工程所使用的對置混凝土材料直徑大小范圍在30～80cm之間，設計工作人員在對常規溫度問題分析過程中，沒有對堆石壩早期的溫度差變化問題以及溫度的非均勻性分布問題的影響加以考慮，將對此混凝土材料設定成一種溫度變化均勻的材料，而均化堆石混凝土材料的熱學性質在具體的施工過程中，表現出的變化現象非常明顯，堆石材料的性質需要依照材料的質量加權平均計算之后，可以得到具體的參數數值。由于本次工程建設所在地區的氣溫相對較低，為堆石混凝土澆筑施工，向外界環境散熱提供了非常有利的工作條件。堆石和致密式混凝土在施工過程中，存在的溫度差相對較大，因此對于實施細則所產生的影響也需要加以有效的控制；②儀器監測點位設置的不同，在整個散熱條件上也各有不同，儀器的監測點和堆石率和整個壩體的對視率之間存在較大的差異材料的比熱數值，根據室內實驗數值大小來進行參考，在具體的施工現場對材料的使用情況可能和實際的實驗室實驗數據之間存在一定的差異。打鼓臺水庫工程在2018年4月正式開始下閘蓄水，現階段在使用過程中蓄水量已經超過794.00m，距離正常的蓄水位高度還差3.0m。經過一年時間的使用和檢驗，在處于不同外部環境溫度條件下，堆石混凝土重力壩沒有出現非常明顯的裂縫問題壩體結構一切正常[4]。

4 堆石混凝土重力壩壩體分區設計

在針對堆石混凝土重力壩的分區設計工作中，大壩的基礎墊層和防滲面板選用的是常態混凝土材料。在具體的施工過程中，首先需要對大壩基礎表面的混凝土墊層進行施工和處理，然后再進行后續的鑿毛處理。完成該項施工之后，需要在表面澆筑堆石混凝土材料，堆石混凝土壩澆筑施工完成之后，需要在上游區域使用常態混凝土來對防滲面板進行施工。

在重力壩壩體分區設計過程中，必須要滿足工程建設施工的相關規范要求，但是通常情況下，因為壩體的分區設計結構相對比較復雜，在具體的施工過程中增加模板支力、模板拆除以及后續的鑿毛施工流程，在施工中受到外部因素的影響相對較大，很容易造成常態混凝土和堆石混凝土面之間，結合形成一種比較薄的軟弱結構面，影響到整個工程的施工質量和穩定性。因此，在針對水庫大壩的壩體分區結構設計工作中，必須要對混凝土所具有的流動性以及防滲性能特點來進行綜合分析，在施工過程中不選用常態混凝土材料，并且對壩體的分區結構進行優化設計，取消兩岸邊坡墊層混凝土施工環節，達到大壩分區同步澆筑施工的效果，有效降低外部施工條件所產生的影響，提高工程整體的施工質量和效率。工程建設完成之后，通過兩岸的邊坡鉆孔取樣分析，可以看出自密實混凝土的施工效果非常明顯和基巖的膠結性良好。施工完成之后的水庫工程已經正式投入使用，在壩體的防滲面板上，防滲漏效果非常明顯，整體的施工使用效果良好。

5 結束語

通過對我國貴州省的水庫工程案例分析可以看出，在堆石混凝土重力壩的設計工作中，需要對重力壩的設計工作進行創新，并且在實踐工作過程中，對每一個施工環節的施工質量進行有效的把控，要充分依照實驗過程中得出的正確施工參數數據，對堆石混凝土重力壩的結構設計進行創新，不斷提高壩體結構的穩定性。