關(guān)于中、低混凝土面板堆石壩省去擠壓鋼筋的探討

摘　要: 當(dāng)今國內(nèi)外已建的混凝土面板堆石壩中, 盡管沒有發(fā)生過垂直縫、周邊縫邊緣, 混凝土因受壓產(chǎn)生的破碎與剝落的問題, 但大多數(shù)現(xiàn)代面板壩、在垂直縫、周邊縫邊緣, 均采用2 層細(xì)鋼筋, 以防止混凝土的擠壓破碎與剝落。根據(jù)塞沙那(澳大利亞, 壩高110 m) 、阿里亞(巴西, 壩高160 m) 等幾座面板壩的原型觀測(cè)及1986 年建成的澳大利亞高122 m的利斯壩設(shè)計(jì)中取消了邊緣(擠壓) 鋼筋, 中、低混凝土面板壩省去擠壓鋼筋問題已日益引起人們的關(guān)注與探討。

關(guān)鍵詞: 混凝土面板堆石壩; 擠壓鋼筋; 分析; 探討

中圖分類號(hào): TV641.4 　　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: B 　　　文章編號(hào): 1008-701X ( 2006) 06-0082-03

1 　面板壩的原型觀測(cè)

　　塞沙那壩, 阿里亞壩, 謝羅羅壩應(yīng)變、應(yīng)力等值線圖。

　　(1) 塞沙那壩。1971 年2 月完工, 1971 年4 月蓄滿,到1979 年11 月19 日面板中應(yīng)變及應(yīng)力[1 ]見圖1。面板水平方向壓應(yīng)變?yōu)? 100 ×10 ^{- 6}～ - 400 ×10 ^{- 6} , 壓應(yīng)力- 1～ - 7MPa。

　　從開始蓄水起至1979 年11 月19 日面板中的應(yīng)變及應(yīng)力(a) 斜面方向的應(yīng)變( ×10 ^{- 6}) ; (b) 水平方向的應(yīng)變( ×10 ^{- 6}) ;(c) 斜面方向的應(yīng)力(MPa) ; (d) 水平方向的應(yīng)力(MPa) 。拉張( + ) 。壓縮( - )圖1 　塞沙那壩面板中的應(yīng)力應(yīng)變圖

　　(2) 阿里亞壩。1980 年建成, 1982 年壩坡方向, 水平方向應(yīng)變曲線^{[1 ]} 見圖2。面板水平方向壓應(yīng)變- 100 ×10 ^{- 6}～ - 400 ×10 ^{- 6} 。

　　(3) 謝羅羅壩。壩高125 m , 1983 年底完工, 1984 年11 月16 日面板應(yīng)變、應(yīng)力曲線^{[1 ]} 見圖3。面板水平方向壓應(yīng)變- 50 ×10 ^{- 6}～ - 500 ×10 ^{- 6} , 壓應(yīng)力- 1～ - 10 MPa。

　　根據(jù)國外一些面板壩最大應(yīng)變統(tǒng)計(jì)[3 ] (見表1) 。這些壩面板水平方向壓應(yīng)變介于一50 ×10 ^{- 6} ～一500 ×10 ^{- 6} 范圍, 當(dāng)面板混凝土采用C25 或C30 時(shí), 彈模按20 000～30 000 MPa計(jì)算, 最大壓應(yīng)力為- 10～ - 15 MPa。

2 　利斯壩的實(shí)踐與專家、文獻(xiàn)的論述

[Page] 　　1986 年完工的澳大利亞高122 m 的利斯壩, 設(shè)計(jì)中取消了邊緣(擠壓) 鋼筋。

2.1 　專家論述

　　(1) 混凝土面板堆石壩權(quán)威庫克教授在1985 年10 月美國底特律舉行的美國土木工程師協(xié)會(huì)混凝土面板堆石壩專題討論會(huì)上, 以會(huì)議論文集主編身份與謝拉德教授一起發(fā)表了“混凝土面板堆石壩”設(shè)計(jì)的專題論文, 在論文中混凝土面板“配筋”一節(jié)提出“在周邊縫及垂直施工縫處,大多數(shù)現(xiàn)代面板壩均采用2 層細(xì)鋼筋(防止混凝土剝落的配筋) 。盡管在面板壩上沒有發(fā)生過接縫剝落的問題, 在高壩周邊縫處還希望繼續(xù)用這種邊緣鋼筋。但是只用交錯(cuò)鋼筋也已足夠。⋯⋯所有的經(jīng)驗(yàn)均表明, 中、低壩的周邊縫不可能存在高壓應(yīng)力及剝落, 因?yàn)橹小⒌蛪蔚拿姘逶诙咽钪戤吅蟛艥仓? 因此在水庫蓄水前周邊縫只有很小壓應(yīng)力, 而在庫水荷載下張開?！?/P>

　　(2) 1990 年9 月出版的“混凝土面板堆石壩論文集”上^{[2 ]} , 金誠和(水利部水工程技術(shù)咨詢中心) 趙增凱(能源部、水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)總院) 發(fā)表的“我國混凝土面板堆石壩的發(fā)展”一文中提出“周邊縫及豎向縫兩側(cè)一般均布設(shè)抗壓鋼筋, 對(duì)于高壩都要求設(shè)置, 但據(jù)多年原型觀測(cè)資料, 蓄水后周邊縫趨于張開, 豎向縫受擠壓應(yīng)力不大, 對(duì)于中、低壩擬可取消或減少抗擠壓鋼筋。目前應(yīng)加強(qiáng)該部位的原型觀測(cè), 以便合理改進(jìn)?！?/P>

　　(3) 同一論文集中, 曹克明(能源部大壩安全監(jiān)察中心) 、徐法根(成屏一級(jí)電站工程指揮部) 發(fā)表的“塔斯馬尼亞混凝土面板堆石壩設(shè)計(jì)特點(diǎn)”一文中提出“在受壓區(qū)面板的垂直縫處經(jīng)常設(shè)置有細(xì)鋼筋, 以防止邊緣局部擠壓破壞, 在周邊縫處的面板邊緣在施工期處于受壓也需要配置邊緣鋼筋, 但據(jù)塔局經(jīng)驗(yàn)在利斯壩設(shè)計(jì)中取消了邊緣鋼筋⋯⋯根據(jù)這些經(jīng)驗(yàn)壩高不大時(shí)可以省去邊緣鋼筋, 這對(duì)于提高止水附近混凝土的澆搗質(zhì)量, 節(jié)省造價(jià)均有積極作用, ⋯⋯。”

2.2 　文獻(xiàn)論述

　　(1) 1997 年12 月出版的“混凝土面板壩工程”一書中關(guān)于“面板的配筋”一節(jié)中提出“在受壓區(qū)面板靠近垂直縫邊緣經(jīng)常設(shè)置有細(xì)鋼筋, 以提高板面板邊緣的抗擠壓能力, 防止邊緣局部擠壓破壞, 周邊縫處的面板邊緣在施工期處于受壓狀態(tài), 也需要配置邊緣鋼筋。但在利斯壩設(shè)計(jì)中取消了邊緣鋼筋。根據(jù)這些經(jīng)驗(yàn)壩高不大時(shí)可以省去邊緣鋼筋, 這對(duì)于提高止水附近混凝土的澆搗質(zhì)量, 節(jié)省造價(jià)均有積極作用, 但在高壩的周邊縫及壓性垂直縫兩側(cè)仍需設(shè)置抵抗擠壓的鋼筋?！?/P>

　　(2) 我國1999 年6 月發(fā)布的《混凝土面板堆石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL 228 —98) 21 頁^{[4 ]} “8.4 鋼筋布置”一節(jié)中提出“高壩在鄰近周邊縫的垂直縫兩側(cè)宜適當(dāng)布置抵抗擠壓的構(gòu)造鋼筋, 但不應(yīng)影響止水安裝及其附近混凝土振搗質(zhì)量?！睂?duì)中、低壩未提要求。在規(guī)范58 頁“8.4 鋼筋布置”的條文說明中說“面板的包角鋼筋在利斯壩(122 m) 、塞格雷多壩(145 m) 、及阿瓜密爾巴壩(187 m) 等進(jìn)行了簡(jiǎn)化或相應(yīng)取消。這反映包角面板邊緣的壓碎疑問, 對(duì)于碾壓堆石上的面板己不成為問題, 因?yàn)槊姘遄冃瘟啃∏易冃伪容^均勻?！?/P>

3 　探討與建議

3.1 　探討

　　庫克教授提出“面板壩的發(fā)展過程, 是一個(gè)逐漸進(jìn)化的過程, 而不是一個(gè)革命的過程。在這個(gè)發(fā)展過程中, 工程的進(jìn)步主要來自于謹(jǐn)慎的不斷摸索?！?/P>

　　對(duì)面板壩擠壓鋼筋的采用和可以取消的認(rèn)識(shí), 也經(jīng)歷了一場(chǎng)逐漸進(jìn)化與不斷探索的過程, 開始國內(nèi)外建壩專家認(rèn)為面板是受擠壓的, 當(dāng)壩高、沉降量大, 面板撓曲量大時(shí), 擠壓應(yīng)力一定會(huì)更大, 混凝土面板壓碎、破裂是必然的, 因此, 大多數(shù)面板壩均設(shè)置擠壓鋼筋, 但是一二十年過去了, 面板壩建設(shè)的實(shí)踐證實(shí), 即使100 , 150 m 以上的高壩, 也未見面板出現(xiàn)坡向裂縫及面板壓碎的報(bào)導(dǎo), 相反通過塞沙那等一批高于100 m 面板壩的原型觀測(cè), 發(fā)現(xiàn)面板水平方向壓應(yīng)變、水平方向壓應(yīng)力均在面板混凝土允許承受范圍之內(nèi), 見表2。證明了一個(gè)事實(shí), 面板不會(huì)擠壓破碎。經(jīng)過謹(jǐn)慎研究, 澳大利亞專家, 在高122 m 的利斯壩上省去了垂直縫、周邊縫的擠壓鋼筋, 利斯壩已于1986 年__建成, 運(yùn)行至今未見有面板擠壓破碎的報(bào)導(dǎo), 澳大利亞一批中小型面板壩都省去了擠壓鋼筋, 這一謹(jǐn)慎的探索應(yīng)該講是科學(xué)的。對(duì)面板壩, 特別是中、小面板壩不會(huì)產(chǎn)生大的壓應(yīng)變、壓應(yīng)力, 面板壓碎已不成為一個(gè)問題的觀點(diǎn),已為國內(nèi)外建壩專家接受與采納。

　　注: 逐漸加荷(長(zhǎng)期荷載) 情況下, 混凝土的允許壓應(yīng)變?yōu)? 000 ×10 ^{- 6 [3 ]} , 故表2 中壓應(yīng)變、壓應(yīng)力, 混凝土面板是承受得了的。

[Page]

3.2 　設(shè)想和建議

　　根據(jù)面板壩原型觀測(cè)和工程實(shí)踐, 面板混凝土承受的擠壓應(yīng)力一般為6～8 MPa , 最大不超過15 MPa (按彈模30 000 MPa計(jì)算) , 面板、趾板混凝土是可以承受的。筆者工作中曾質(zhì)監(jiān)過一座高不足50 m 的混凝土面板壩,該壩面板、趾板主筋用量為952 t , 擠壓鋼筋用量為125 t , 是主筋用量的13 %。設(shè)計(jì)單位沿用以往設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn), 對(duì)中型面板壩均采用擠壓鋼筋, 由于浙江近年來面板壩建得較多,故加起來, 擠壓鋼筋用量是很可觀的。為此, 筆者有以下設(shè)想和建議, 與面板壩設(shè)計(jì)、建設(shè)共同商酌。

　　(1) 70 m 以下中、小面板壩, 可以省去面板垂直縫、周邊縫擠壓鋼筋。

　　(2) 70～100 m級(jí)面板壩, 可以減少面板垂直縫、周邊縫擠壓鋼筋, 由目前采用的<14 改為<10 或改用交錯(cuò)鋼筋,約將擠壓鋼筋減少1/ 2 左右。

　　(3) 100 m 以上高壩, 設(shè)置擠壓鋼筋, 目前應(yīng)加強(qiáng)面板、趾板應(yīng)變、應(yīng)力原型觀測(cè), 以積累資料, 進(jìn)一步分析判別節(jié)省擠壓鋼筋的可能性。

參考文獻(xiàn):

　　[1 ] 中國水利水電科學(xué)研究院. 國外混凝土面板堆石壩[M] . 北京: 水利電力出版社, 1988 : 193 - 339.

　　[2 ] 中國水利學(xué)會(huì)施工專業(yè)委員會(huì). 混凝土面板堆石壩會(huì)議論文集[C] . 南京: 河海大學(xué)出版社, 1990.

　　[3 ] 蔣國澄, 傅志安, 鳳家驥. 混凝土面板壩工程[M] . 武漢:湖北科學(xué)技術(shù)出版社, 1997.

　　[4 ] 中華人民共和國水利部. SL 228 —98 混凝土面板堆石壩設(shè)計(jì)規(guī)范[ S] . 北京: 水利水電出版社, 1999.