浅谈水利工程塑性混凝土防渗墙设计.doc

浅谈水利工程塑性混凝土防渗墙设计 ?浅谈水利工程塑性混凝土防渗墙设计 随着我国经济和科学技术的快速发展，有效解决水利工程的防渗加固问题成为当务之急。塑性混凝土防渗墙较混凝土防渗墙具有弹性模量低,适应变形能力强的优点,是土质坝基垂直防渗的首选形式。还出于它具有良好的和易性和比刚性混凝土有较长的终凝时间，因而易于水下混凝土浇注。同时由于其强度低，便于防渗墙槽接头施工和保证接头质量。 某水电工程是一项中型跨流域调水发电工程，其水库枢纽利用天然地形条件，封堵暗河以山体作坝建库。副坝基础古河道防渗与暗河拱堵头、山体防渗灌浆帷幕共同组成枢纽挡水建筑物。该工程为Ⅲ等中型工程，挡水建筑物为3级。 副坝位于暗河右侧的古河道，利用古河道的原状冲洪积层和两岸的崩坡积体作为坝体材料，经开挖和局部回填形成副坝，副坝坝顶高程1185m，坝顶长度210m，坝顶宽13m，最大坝高7m。古河道底基岩呈开敞“u”型。最低基岩面高程1137m。副坝防渗体采用塑性混凝土防渗墙，墙顶高程1181.5m，墙长193.2m。墙厚0.8m，墙底最低高程1135.8m，平均墙深31.1m，最大墙深达45.7m。 2.1防渗体的型式及布置 防渗体采用塑性混凝土防渗墙，墙顶高程按水库设计洪水位l180.68m加安全超高确定为1181.5m。墙底要求嵌入两岸及河床基岩内1.0m，墙底最低高程1135.8m。 2.2有限元计算 2.2.1基本数据 1)水库特征水位 校核洪水位：1185.2m(P=0.2%) 设计洪水位：1180.68m(P=2%) 正常蓄水位：1180m 汛限水位：1177m 死水位：1140m 2)塑性混凝土物理力学指标 容重：2.0～2.3t/m3 浮容量：1.0～1.3t/m3 抗压强度：2～3MPa 弹性模量：500～800MPa 水力梯度：60 抗渗：W6 安全系数：K=6 塑性混凝土非线弹性指标见表1。 表1防渗墙塑性混凝±非线性弹性参数 2.2.2计算工况及荷栽组合 计算工况为水库正常蓄水情况，并考虑坝体开挖施工过程。计算选用副坝0+118.5m桩号断面。 荷载组合为：施工过程荷载+墙体自重力+正常蓄水后的水作用力。 2.2.3应力、应变分析 1)塑性混凝土的力学模型 计算选用邓肯一张模型进行静力作用下的强度分析：强度准则采用莫尔一库仑强度标准。 2)数值分析 计算采用大型岩土工程数值分析软件系统FINAL源程序，容纳了非线性弹性，弹塑性，粘弹塑性、损伤断裂等岩土材料的多种本构模型.对岩土工程的施工方法和施工步骤可进行跟踪模拟分析。 ①有限元模型及边界条件 在墙上游取100m，下游取45m，整个分成953个三角形6节点高精度等参元。89个高精度节理元，节点总数4120。 ②节理单元参数 实际计算中节理单元参数如表2所示。 表2节理单元参数 ③计算结果 考虑基岩为全风化情况，墙体弹模分别选500、800、1200MPa几种类型，依据前述参数及理论，计算正常蓄水时防渗墙的应力和变形。 由些可见，在墙体弹模为500MPa、墙体最大压应力σmax为2.778MPa，其值小于抗压强度指标3MPa;当墙体弹模为800MPa，σmax为3.399MPa，比抗压强度标准高13.3%：当墙体弹模为1200MPa时，σmax比抗压强度指标高32.3%;整个墙体均受压，不出现拉应力。墙体位移：弹模愈小，变形愈大，且最大水平位移为216.4mm，出现在淤泥层处。 2.3墙体材料设计 防渗墙深夹于古河道覆盖层中，其后有延伸达3km的深厚覆盖层作支承，下部为岩石基础，不存在整体破坏问题。为适应坝体和坝基不均匀沉陷引起的变形，并避免因强度不够发生局部开裂而影响防渗效果，参考国内外已成工程经验，确定墙体材料采用低弹、高强的塑性混凝土。 2.3.1塑性混凝土的设计指标 1)设计强度指标：抗压强度R90=4.0～5.0MPa抗折强度T1.5MPa 2)初始切线弹模：E=800～1000MPa 3)抗渗标号：W6 4)强度保证率：P=90% 5)强度离差系数：Cv=0.15 6)浇筑地点坍落度：18～22cm(塌落度保持16cm以上的时间应大于1h)。 7)扩散度：34～40cm 8)凝结时间：初凝6h，终凝 9)混凝土密度：2.1t/m3 2.3.2配比试验采用的原材料