堆石坝面板配筋方式的作用分析

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堆石坝面板配筋方式在保证大坝结构安全和稳定方面起着至关重要的作用。面板作为堆石坝防渗体系的核心组成部分，其配筋设计直接影响到面板的抗裂性能、承载能力和耐久性。以下从几个方面分析面板配筋方式的作用：

1.抗裂性能提升：堆石坝面板在温度变化、基础沉降及水压力等多重荷载作用下，容易产生裂缝。合理布置钢筋可以有效控制裂缝的产生和发展，提高面板的整体抗裂能力。通过设置纵向和横向钢筋网，能够限制面板的拉伸变形，减少因温度应力或地基不均匀沉降引起的开裂。

2.增强承载能力：面板钢筋主要承担拉力，与混凝土共同工作以抵抗外部荷载（如水压力、地震力）。通过优化配筋率和钢筋布置形式，可显著提高面板的承载能力5_-8_楼地面砖技术交底，确保其在各种工况下的安全性。

3.改善耐久性：裂缝是影响面板耐久性的关键因素之一。合理的配筋可以降低裂缝宽度，减少渗漏风险，从而延缓混凝土碳化、冻融破坏以及钢筋锈蚀等问题的发生，延长面板使用寿命。

4.适应变形需求：堆石坝的基础材料通常为透水性强的堆石体，在运行过程中可能存在较大的变形。面板配筋需要考虑这种变形特性，采用适当的钢筋间距和构造措施，使面板能够适应基础的变形而不发生过大损伤。

综上所述，堆石坝面板的配筋方式不仅关系到结构的安全性，还对工程经济性和长期稳定性有着深远影响。科学合理的配筋设计应综合考虑地质条件、施工工艺及运营环境等因素，以实现最佳的技术经济效益。

目前在我国的堆石坝面板防渗设计中，都要配置一定量 的钢筋，其主要目的是为了控制温度裂缝和水泥硬化初期的 干缩裂缝将可能发生的裂缝分散为条数多而宽度小的裂缝 防止大宽度集中裂缝的出现。工程界普遍的做法是将钢筋布 置在面板中部，并单层配筋这样做的理由是，可以增加面板 柔性在坝体出现不均匀沉降时面板不产生高弯曲应力并提 供两面相等的抗弯刚度，同时认为双层配筋增加了面板刚度 因而在我国堆石坝的混凝土面板设计中均没有采用双层配筋 方式。堆石坝面板单层和双层配筋方式中到底哪种方式对防 止面板裂缝和控制裂缝扩展更有利，工程设计人员还没有一 个清晰的认识。笔者利用非线性断裂力学理论对此问题进行 了深入分析分析结果表明，传统的面板配筋方式并不是最好 的。在此笔者又从破坏力学的角度对面板单层和双层配筋方 式的优劣进行了分析分析结果再次表明在配筋量不变即在 工程造价相同的情况下，双层配筋方式明显优于单层配筋方 式能更有效的减少混凝土面板的破坏。

众所周知在堆石坝填筑的施工阶段受坝体沉降变形的 影响，面板一般是鼓向上游面的，而在蓄水阶段坝体受水压力 作用产生压缩，面板将鼓向下游。然而面板的不同部位最终鼓 向哪里，很难准确判断这与坝基形态、坝体填筑质量和坝体 所受荷载密切相关。为了模拟面板在施工期和蓄水期的弯曲 变形本文分析了三种情况，前两种分析面板施工期的变形 考虑不同的钢筋与边界的距离以及板的横截面；第三种情况 通过施加非均匀荷载模拟面板在水压力作用下的弯曲变形 分析影响面板挠度的重要因素。

在有限元分析中，钢筋、混凝土和坝体的力学特性见表 钢筋破坏采用完全弹塑性模型屈服准则为VonMises 厦

服面混凝土采用低抗拉模型极限拉应力为2.24MPa，产生 拉裂缝后的软化模量为2500MPa拉裂缝产生闭合后的残余 剪切模量为0.4MPa极限压应变为0.004，而坝体在分析过程 中始终为弹性，不考虑破坏。

（1）工况1。面板几何尺寸为100mmx500mmx750mm其 有限元计算网格的横截面如图1所示，其一端的最下一排节 点完全固定而其他节点则不发生沿长度方向的位移。另一端 的最上一排节点赋予给定的垂直位移增量，使面板产生弯曲 利用有限元数值计算方法得到给定位移端的中间节点反力。 对于单层配筋，存在3种布置方法，即钢筋轴心距离上边界 30mm、钢筋位于正中间、钢筋轴心距离下边界30mm，钢筋 直径均为14mm，分别表示为单R14（上）单R14（中）单 R14下），见图1中a、b、c。而对于双层配筋两层钢筋与边界 的距离相等都是30mm，钢筋直径均为10mm（双R10），见 图1d。

（2）工况2。面板几何尺寸为400mmx400mmx2000mm 其有限元计算网格的横截面见图2，有限元计算的边界条件 同工况1。对于单层配筋钢筋直径为14mm分3种布置方 式即钢筋轴心距离上边界100mm、钢筋位于正中间、钢筋轴 心距离下边界100mm，钢筋直径均为14mm分别表示为单 R14（上）单R14（中）单R14（下），见图2a、b、c。而对于双层 配筋，两层钢筋与边界的距离相等都是10mm，而钢筋直径 均为10mm（双R10）两种见图2d。

图2横截面有限元计算网格

（3）工况3。面板几何尺寸和配筋情况同工况2，将其放 置在坝体上坝体几何尺寸为2mx2mx2m如图3所示。面 板上表面的左端320mm长度范围内施加10MPa的压力其 余部分施加1MPa的压力。图中坝体两个竖直面为对称面图 3所示为整个分析模型的四分之二。

杨松林等堆石坝面板配筋方式的作用分析

图3坝基与面板的模型

有限元分析结果表明，在弹性变形阶段，面板未发生破 坏随位移增加节点荷载呈现出线性增加的趋势（见图4、5） 由图4、5可以看出，当面板产生破坏时，荷载产生跌落这时 钢筋开始发挥作用，阻止混凝土继续破坏，节点荷载逐渐回 升；另外对于单层和双层配筋在面板未发生破坏之前面板 的刚度是相同的不同的只是在破坏之后的面板力学行为还 表明如果面板未破坏在单层和双层配筋两种情况下面板的 刚度也是一样的。因此对于工程界所普遍接受的配筋率越高 面板刚度越大的观点是不完全正确的。

对于工况1在单层配筋的3种方式中（见图4）面板发 生破坏后单R14（上）的后续荷载最高，单R14（中）次之，单 R14下最小。这表明将单层钢筋布置在弯曲受拉侧将有助 于控制面板破坏的继续发展减少面板的破坏程度。双层配筋 双R14优于单层配筋单R14(上X见图5a），但同时配筋率比 单层配筋提高了一倍导致工程造价增加。而在配筋率不变的 情况下双层配筋下的节点荷载低于单R14上）但高于单层 配筋的其他两种情况。这说明在配筋率不变的情况下双层配

图5双层配筋的位移荷载

筋方式优于传统的将单层配筋布置于面板中部的做法。3种 情况下面板等效破坏应变的等值线见图6从图6可以看出 双R10的破坏等效应变等值线只有7条，而其他两种情况均 有8条所以双R10的破坏程度要小一些。

图6等效破坏应变等值线（工况1

对于工况2，单层配筋分析结果类似于工况1，不同的只 是在面板发生破坏时荷载跌落的幅度比工况1大，这是由于 钢筋距离边界为100mm远大于工况1的30mm，在面板发 生破坏时钢筋发挥作用的时间相对较晚，导致节点荷载大幅 度下降随后荷载才开始逐渐回升。单层配筋（单R14(上)优于 双层配筋（双R14），双层配筋（双R14）又优于双层配筋（双 R10），但3者的差别非常小（见图5b）这再次说明盲目增加 配筋率的措施不一定可取。单R14中）双R14和双R103种 情况下面板等效破坏应变的等值线见图73种情况的破坏程 度和范围基本相同。

图7 等效破环应变等直线

对于工况3，计算了在坝体弹模分别为100、300、500MP 时在同一不均匀分布荷载下面板的挠度（见表3）由表2可

知随着坝体弹模的提高面板挠度迅速减小，由此说明要 从根本上减少面板变形裂缝就必须确保坝体填筑质量。天生 桥一级大坝面板之所以出现大面积严重裂缝，最本质的原因 就是坝体填筑质量没有达到设计要求。不同配筋方式下的面 板挠度见表3[北京]医院扩建工程坡道顶板模板支撑施工方案，表3数据说明双层配筋能有效地减少面板挠 度。面板的等效破坏应变等值线见图8由图8可知R14（中） 的破坏应变明显较小，但是其破坏宽度要大于其他两种情况 三者的破坏深度比较相近。

不同配筋方式下的面板挠！

图8等效破坏应变等直线（工况3）

综合在不同工况下单R14（中）双R14和双R10三种配 筋方式的分析结果来看，在实际工程中推荐采用配筋率不变 情况下的双层配筋。一方面没有增加工程造价，而另一面其承 载能力和面板挠度优于传统的单层中间配筋方式。虽然将钢 筋布置在面板受拉侧能充分发挥钢筋的受拉作用，然而由于 面板不同部位受力的复杂性，在施工期和蓄水期往往难以准 确判断不同部位面板鼓向上游或者下游在这种情况下在配 筋率不变的前提下将单层中间配筋方式改为双层配筋方式不 失为一种好方法。但是在双层配筋方式中同时将配筋率增加 一倍的做法是不可取的，其对面板后期承载能力虽有增加但 相当有限，且使工程造价也增加了。同时需要指出的是配筋只 是在面板混凝土发生破坏之后才开始发挥作用，因此认为配 筋率增加面板刚度也增加的看法是错误的。

机身内侧必须紧贴线绳、机身水平，并保证其出料口高度为 40cm③在边墙连续挤压施工过程中始终用水平尺前、后控 制及调整升降螺栓来确保机身处于水平状态，以免因机身侧 斜导致边墙的坍塌挤压机依照线绳方向行进由专人操作控 制杆控制④对挤压过程中层间出现的错台、鼓包等高速公路沥青混合料下面层专项施工方案，在边墙 尚未凝固前入工以铁进行二次拍打挤压对成型边墙终凝 后依然存在的错台、间缝，以人工抹砂浆填塞确保边墙上游 侧面的平整度以减少对面板混凝土的约束5及时采用人工 立模分层浇筑的方法对靠近趾板两端头的间隙处进行处理 保证整个墙体的连续性6垫层料碾压前在距上游边20cm 处洒白灰线做标记碾压时以灰线为界预留的20cm范围以 外由自行碾碾压，灰线范围以内以夯板按照试验参数人工夯 实，以免自行碾碾压时对挤压边墙造成损坏。

确定边墙混凝土施工配合比时考虑了以下因素：①满足 在设备挤压力和激振力作用下的混凝土梯形体一次成型② 挤压边墙混凝土渗透系数应与垫层料的渗透系数大体一致 ③边墙混凝土必须在成型2h后能满足垫层料摊铺、整平、碾 压施工的要求确保施工进度。 综合上述因素关参考公伯峡水电站的工程经验，确定了 本工程的挤压式边墙混凝土施工配合比（见表2）