探讨堆石混凝土重力坝设计创新与应用实践

符那一，田茂海

（贵州海河建设工程有限公司，贵州贵阳 550000）

堆石混凝土属于一种新型的大坝基础材料，在具体的施工过程中，由于受到相关施工条件、施工规范要求以及设计方式等方面因素的影响，堆石混凝土材料并没有充分发挥出应有的施工特点。经过长时间的工程施工之后，积累了大量的工程施工经验，并且对堆石混凝土重力坝的设计工作进行一系列创新和研究，有效提高混凝土重力坝设计工作质量。堆石混凝土技术在具体的运用过程中，可以实现自动充填堆实内部的空隙，形成一种非常完整以及密实程度较高的混凝土结构。该施工技术具有低碳环保、水化热较低、密实程度较高以及施工稳定性良好等多方面施工优势，在我国堆石混凝土坝的施工当中应用非常广泛，并且取得非常明显的施工效果。该项技术已经得到相关业内工作人士的高度认可，并且正在不断进行进一步升级和优化。

1 堆石混凝土重力坝设计工作存在的问题

在堆石混凝土重力坝的结构设计工作中，相关设计工作人员主要依照胶结颗粒料主把技术工作标准以及堆石混凝土坝技术导则作为参考依据。在具体的设计工作中，由于堆石坝的相关设计规范要求，和混凝土重力坝的设计标准之间存在一定的出入，经常会出现设计理念存在分歧等现象。在我国国内已经建成以及正在建设的堆石混凝土重力坝的相关设计工作当中，大部分的工程设计存在比较多的横向裂缝，并且整个施工仓面较小，受外部环境的干扰较大，堆石入仓的难度较大，同时降低大体的堆石率，无法充分体现出堆石混凝土坝施工消耗水泥材料较少、水化热现象较低以及施工速率较快、温度控制比较简单等多方面工作优势，因此必须要对堆石混凝土重力坝的设计工作，进行一系列的创新和升级，解决传统设计工作中存在的诸多弊端问题[1]。

2 重力坝坝体分缝设计分析

考虑到混凝土重力坝体的分缝工作，其主要工作目标是控制温度应力大小，预防坝体结构产生不良裂缝问题。在一些大体积混凝土结构施工过程中，由于结构断面的尺寸相对较大，混凝土浇筑施工完成之后，因为混凝土结构内部的水泥水化热现象比较明显，内部的温度会不断上涨，此时混凝土构件内部的弹性模量会不断降低，进而在受到温度影响条件下的应力变化并不是非常明显。在后续温度不断降低的条件下，混凝土构件内部的弹性模量比会不断上涨，应力变化不断降低，在特定的约束条件下，混凝土构件内部的拉应力不断上升。混凝土构件在完全凝固成型之后属于一种脆性材料，在抗拉强度上只有抗压强度的1/10左右，混凝土的拉伸形变能力相对较小，因此温度应力是造成混凝土出现裂缝问题的重要影响因素。在具体的施工过程中，堆石混凝土重力坝内部温度应力变化，主要是受到水泥材料的水化热问题所造成，和单方坝体材料以及水泥材料的使用量关系相对较大。混凝土砌石和堆石混凝土材料，在具体的施工过程中，表现出的材料复合性非常明显，同时在施工的特性和性质上相近，重点区别于施工工艺和施工方式的不同。对此相关设计工作人员借鉴成功的混凝土砌石重力坝的相关设计工作经验，对混凝土重力坝的部分重缝横缝以及全断面的设计工作方法进行总结，有效运用在堆石混凝土重力坝的结构设计工作中，通过这种创新性的设计工作方法，有效提高对水混凝土重力坝的设计工作效果[2]。

3 堆石混凝土重力坝坝体分缝设计创新案例分析

针对我国贵州省余庆县达古台水库大坝工程展开分析，该水库大坝工程采用的是C9015堆石混凝土重力坝结构，坝顶高程为800.00m，最大坝体高度为42.0m，坝体顶部宽度为6.2m，坝体的底部最大宽度为32.95m，坝体的顶部总长度为196.0m。该混凝土重力坝在设计工作中，采用部分中缝和横缝全断面的整体设计工作方式，在设计工作中充分考虑坝体结构两边的基础岩性变化条件，从中设置出两条横向伸缩缝，最大的伸缩缝距离为132.0m。除此之外，在重力坝的上游区域防渗面板结构当中，总共设置出6条短缝。

在实际工作中为了充分了解坝体堆石混凝土的施工周期，以及运行过程中的温度变化状况，针对该水库大坝工程的施工温度进行一系列监测，打鼓台水库大坝工程坝体的最长段距离132.0m，在全距离结构当中总共设置出一个温度监测剖面，同时在坝体的769.00m高层结构位置，设置了三个温度监测点，设定为T1、T2、T3。在779.00m高程位置总共设置温度计两支，即T4和T5，789.00m高程位置出一只温度计为T6[3]。

通过相关设计工作人员的计算分析，可以得出打鼓台水库大坝的堆石混凝土绝热温度大小为11.88℃。在理论计算上，最大的温度提升值和仪器设备的实测最大温度值之间存在明显差异，造成温度差异的影响因素可能分为以下几个方面：①建立理论主要在绝热的工作状况下，200cm范围之内的堆石坝对温度的提升值大小，不存在非常明显的影响。在本次工程混凝土重力坝的施工设计过程中，工程所使用的对置混凝土材料直径大小范围在30～80cm之间，设计工作人员在对常规温度问题分析过程中，没有对堆石坝早期的温度差变化问题以及温度的非均匀性分布问题的影响加以考虑，将对此混凝土材料设定成一种温度变化均匀的材料，而均化堆石混凝土材料的热学性质在具体的施工过程中，表现出的变化现象非常明显，堆石材料的性质需要依照材料的质量加权平均计算之后，可以得到具体的参数数值。由于本次工程建设所在地区的气温相对较低，为堆石混凝土浇筑施工，向外界环境散热提供了非常有利的工作条件。堆石和致密式混凝土在施工过程中，存在的温度差相对较大，因此对于实施细则所产生的影响也需要加以有效的控制；②仪器监测点位设置的不同，在整个散热条件上也各有不同，仪器的监测点和堆石率和整个坝体的对视率之间存在较大的差异材料的比热数值，根据室内实验数值大小来进行参考，在具体的施工现场对材料的使用情况可能和实际的实验室实验数据之间存在一定的差异。打鼓台水库工程在2018年4月正式开始下闸蓄水，现阶段在使用过程中蓄水量已经超过794.00m，距离正常的蓄水位高度还差3.0m。经过一年时间的使用和检验，在处于不同外部环境温度条件下，堆石混凝土重力坝没有出现非常明显的裂缝问题坝体结构一切正常[4]。

4 堆石混凝土重力坝坝体分区设计

在针对堆石混凝土重力坝的分区设计工作中，大坝的基础垫层和防渗面板选用的是常态混凝土材料。在具体的施工过程中，首先需要对大坝基础表面的混凝土垫层进行施工和处理，然后再进行后续的凿毛处理。完成该项施工之后，需要在表面浇筑堆石混凝土材料，堆石混凝土坝浇筑施工完成之后，需要在上游区域使用常态混凝土来对防渗面板进行施工。

在重力坝坝体分区设计过程中，必须要满足工程建设施工的相关规范要求，但是通常情况下，因为坝体的分区设计结构相对比较复杂，在具体的施工过程中增加模板支力、模板拆除以及后续的凿毛施工流程，在施工中受到外部因素的影响相对较大，很容易造成常态混凝土和堆石混凝土面之间，结合形成一种比较薄的软弱结构面，影响到整个工程的施工质量和稳定性。因此，在针对水库大坝的坝体分区结构设计工作中，必须要对混凝土所具有的流动性以及防渗性能特点来进行综合分析，在施工过程中不选用常态混凝土材料，并且对坝体的分区结构进行优化设计，取消两岸边坡垫层混凝土施工环节，达到大坝分区同步浇筑施工的效果，有效降低外部施工条件所产生的影响，提高工程整体的施工质量和效率。工程建设完成之后，通过两岸的边坡钻孔取样分析，可以看出自密实混凝土的施工效果非常明显和基岩的胶结性良好。施工完成之后的水库工程已经正式投入使用，在坝体的防渗面板上，防渗漏效果非常明显，整体的施工使用效果良好。

5 结束语

通过对我国贵州省的水库工程案例分析可以看出，在堆石混凝土重力坝的设计工作中，需要对重力坝的设计工作进行创新，并且在实践工作过程中，对每一个施工环节的施工质量进行有效的把控，要充分依照实验过程中得出的正确施工参数数据，对堆石混凝土重力坝的结构设计进行创新，不断提高坝体结构的稳定性。