本發明涉及一種面板壩壩體和面板變形控制與適應的方法，屬于水利水電工程技術領域。
背景技術：
面板堆石壩因其良好的經濟性、適應性和安全性以及和環境的協調性在水利水電工程中被廣泛采用，是壩工專家青睞的壩型之一。隨著該壩型建設高度的增加，很多工程在后期的運行中因為壩體變形導致了面板破損，進而產生很大的滲漏量、影響了工程的安全性和經濟性，如國外的阿瓜米爾帕、坎波斯諾沃斯、辛戈面板堆石壩等，國內的天生橋一級、株樹橋等面板堆石壩。為此，國內外學者和專家針對壩體變形這類問題從提高堆石體孔隙率、控制上下游分區的變形模量差、控制壩體填筑分期間的高差、嚴格面板澆筑時機選擇等方面對壩體變形進行了針對性控制，但從采用了這些控制技術建設后的水布埡、三板溪等高面板堆石壩運行來看，這些工程在運行期還是因為壩體變形產生了面板的破損。為解決面板的擠壓破損問題，我國專利（zl201410763722.2）提出了一種混凝土面板堆石壩中預防面板間相互擠壓的分縫方法是指在混凝土面板受壓區部位分縫時預留相應的縫寬，技術方案是采用預留縫間的寬度來適性大壩的縱向位移，使所有縫間寬度之和大于大壩縱向位移，這樣面板縫間不會發生擠壓，從而達到預防面板間擠壓破壞的發生。
但是，目前對于面板堆石壩壩體變形控制的成套技術還不夠系統，尚不能解決因為壩體變形導致的面板破損問題，特別是很多工程在設計和施工中往往重視壩體總體沉降變形的控制，但是忽視了壩體在建設期和運行期不同階段變形控制，所以導致運行期的壩體變形大。同時也有很多工程片面的關心壩體變形的控制，卻忽視了面板作為一種薄壁結構對壩體變形的適應性調整。
技術實現要素：
本發明的目的在于，提供一種面板壩壩體和面板變形控制與適應的方法，以解決高面板堆石壩中的變形引起的面板破損的問題，從而克服現有技術的不足。
本發明的技術方案是這樣實現的：
本發明的一種面板壩壩體和面板變形控制與適應的方法為，該方法通過控制建設形成期沉降量sj和運行期沉降量sy實現控制壩體全壽命周期沉降量s的目的；建設形成期沉降量sj按照全壽命周期沉降量s的0.8～0.9倍控制；運行期沉降量sy包括面板結構適應的縱向變形sz，在構筑面板壩時，在相鄰擠壓面板之間設置寬度為8～20mm的分縫；面板結構適應的縱向變形sz取最大壩高h的0.05%～0.15%控制；壩體全壽命周期沉降量s根據填筑壩體的材料確定，當填筑壩體的母巖為飽和抗壓強度＜30mpa的軟巖時，全壽命周期沉降量s控制在壩高h的0.8%～1.3%；當填筑壩體的母巖為飽和抗壓強度≥30mpa的硬巖時，全壽命周期沉降量s控制在壩高h的0.7%～1.2%；當填筑壩體采用砂礫石筑壩時，全壽命周期沉降量s控制在壩高h的0.4%～0.7%。
前述方法中，所述建設形成期沉降量sj的控制包括壩體材料級配等級的控制和施工工藝的控制；壩體材料的最大粒徑控制在60～80cm之間，并通過實驗室和現場碾壓試驗滿足設計要求后方可實施；施工工藝的控制應在第一個汛期前填筑斷面上下游高差不大于50米，后續填筑采用全斷面分層平行上升的方式；每層的攤鋪厚度為0.6～1米，每層應碾壓6～10遍，碾壓過程中灑水量為每層攤鋪材料體積的15%～20%；碾壓設備采用28噸以上大功率振動碾或沖碾進行碾壓，碾壓后就檢查壩體的孔隙率n＝18～19.5%。
前述方法中，所述壩體的面板下部鋪設有墊層，墊層的沉降速率在5～10mm之間，填筑壩體時應高出設計高度5～15mm留有沉降空間，壩體預沉降時間為3～6個月；或通過蓄水對壩體進行預加載。
本發明與現有技術相比，本發明提出的方法從壩體變形和面板適應性方面提出了完整的一套控制技術，控制目標、措施和指標明確，適應于設計、施工和現場管理等各個環節，同時可以作為大壩全壽命周期的一個評價依據。本發明可以更加合理的控制壩體變形和面板結構設計，避免了施工期因為考慮不周全而臨時增加控制措施引起的工期、投資增加，甚至影響工程度汛安全和下閘蓄水等節點，從而降低工程的經濟性。而在運行期則是有效降低了因壩體變形控制不當和面板結構設計不合理引起的面板破損、壩體滲漏量增加的風險，避免出現了某些工程在運行期降低庫水位，進行面板修補情況的發生，對工程的后期的安全評價和發電、防洪效益有明顯的改善。
附圖說明
圖1是填筑體全壽命周期過程和沉降變形關系圖；
圖2是面板堆石壩壩體和面板變形控制與適應的方法流程圖。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的詳細說明，但不作為對本發明的任何限制。
本發明的一種面板壩壩體和面板變形控制與適應的方法為，該方法通過控制建設形成期沉降量sj和運行期沉降量sy實現控制壩體全壽命周期沉降量s的目的；建設形成期沉降量sj按照全壽命周期沉降量s的0.8～0.9倍控制；運行期沉降量sy包括面板結構適應的縱向變形sz，在構筑面板壩時，在相鄰擠壓面板之間設置寬度為8～20mm的分縫；面板結構適應的縱向變形sz取最大壩高h的0.05%～0.15%控制；壩體全壽命周期沉降量s根據填筑壩體的材料確定，當填筑壩體的母巖為飽和抗壓強度＜30mpa的軟巖時，全壽命周期沉降量s控制在壩高h的0.8%～1.3%；當填筑壩體的母巖為飽和抗壓強度≥30mpa的硬巖時，全壽命周期沉降量s控制在壩高h的0.7%～1.2%；當填筑壩體采用砂礫石筑壩時，全壽命周期沉降量s控制在壩高h的0.4%～0.7%。
所述建設形成期沉降量sj的控制包括壩體材料級配等級的控制和施工工藝的控制；壩體材料的最大粒徑控制在60～80cm之間，并通過實驗室和現場碾壓試驗滿足設計要求后方可實施；施工工藝的控制應在第一個汛期前填筑斷面上下游高差不大于50米，后續填筑采用全斷面分層平行上升的方式；每層的攤鋪厚度為0.6～1米，每層應碾壓6～10遍，碾壓過程中灑水量為每層攤鋪材料體積的15%～20%；碾壓設備采用28噸以上大功率振動碾或沖碾進行碾壓，碾壓后就檢查壩體的孔隙率n＝18～19.5%。
所述壩體的面板下部鋪設有墊層，墊層的沉降速率在5～10mm之間，填筑壩體時應高出設計高度5～15mm留有沉降空間，壩體預沉降時間為3～6個月；在壩體預沉降時間內也可以通過蓄水對壩體進行預加載。
實施例
本例結合已建工程和土工試驗可知，在既定的筑壩材料、既定的施工工藝和既定的荷載條件下，可以認為，填筑體全壽命周期的沉降量是確定值。但加載的快慢和加載方式對壩體施工到運行過程中（建設形成期）的任意時刻的變形影響是不同的，也即與固結時間密切相關。基于該原理，通過一定的措施可以實現填筑體全壽命周期中對防滲面板安全影響大的填筑體建設形成期沉降盡量提前完成，避免因運行期沉降過大造成面板的破損。
為實現上述目的，在本發明中采取的技術手段包括面板堆石壩和面板變形控制與適應的方法，該方法包含以下層次：
首先，要求在工程筑壩材料確定的情況下盡量控制填筑體全壽命周期的沉降量s，以此作為大壩變形控制的第一目標，并從碾壓參數、碾壓工藝、壩料級配等方面提出了控制措施和相應的控制指標。
其次，結合國內外眾多工程在運行期出現填筑變形過大的現象，綜合分析已建工程經驗教訓的基礎上，要求將填筑體的沉降按照建設形成期和運行期兩個階段，提出了將填筑體建設形成期沉降sj作為變形控制的第二個目標，并從壩體填筑分期、大功率碾壓設備、面板澆筑時機和預加載等方面提出了工程措施和相應的控制指標。
最后，為了能夠在運行期讓混凝土面板作為一種薄壁結構更好適應大壩的變形，結合目前高面板堆石壩工程中普遍存在的擠壓破壞現象，從面板結構應適應縱向變形sz的第三個目標，并從相鄰面板間的分縫和嵌縫方面提出了控制指標。
其中填筑體全壽命周期的沉降量s用于控制和評價壩體的總體變形情況，可以預測大壩全壽命周期的變形情況；建設形成期沉降sj可以量化和評價大壩的安全性狀，同時指導大壩施工期面板澆筑的時機選擇、優選控制沉降的工程措施；面板結構則是評價面板在運行期適應壩體變形和增加面板抗擠壓破壞的能力，作為防擠壓破壞的一種安全儲備。
本發明中的“填筑體全壽命周期沉降s”指的是面板堆石壩全壽命周期中的壩體變形，既包括建設期的沉降sj、也包括壩體運行后因荷載、填筑體流變、濕化、等引起的運行期沉降sy。
填筑體全壽命周期沉降s一般按照最大壩高h的系數控制，按填筑體母巖分為：
軟巖（巖體飽和抗壓強度＜30mpa）筑壩時，s=（0.8～1.3）h；
硬巖（（巖體飽和抗壓強度≥30mpa）筑壩時，s=（0.7～1.2）h；
砂礫石筑壩時，s=（0.4～0.7）h。
本發明中所說的“建設形成期沉降”sj指對防滲面板的安全產生影響的變形，反之為“運行期沉降”sy。如圖1所示。
建設形成期沉降sj一般按照總沉降變形的0.8～0.9倍控制，即sj=（0.8～0.9）s。
本發明中所述的面板結構適應的縱向變形sz指的是沿壩軸線方向由兩岸向河谷中心的位移，一般取最大壩高的0.05～0.15h倍控制，即sz=（0.05%～0.1%）h。
適應縱向變形的面板結構要求相鄰擠壓面板之間的分縫寬度取8～20mm，并在縫內嵌填具有一定強度的頭緒材料。
本發明技術既要求明確控制壩體變形，又要求設計出適應縱向變形的面板結構。
具體實施時，首先是在設計階段，根據具體工程的筑壩材料和壩高確定其填筑體全壽命沉降s的目標值，壩高100m以下的工程建議取下限，200m級的壩高取上限控制；根據確定的目標值在壩料填筑和壩料級配中進行指標優選，考慮到全壽命沉降s的影響性，建議在經濟和工期的綜合因素下，從嚴控制壩料填筑指標和壩料級配。同時對兩項指標值建議開展現場碾壓試驗最終確定指標值。
其次，在建設階段為了控制填筑體盡可能在該時段內完成其全壽命周期內的大部分沉降，也就是本發明提出的建設形成期沉降sj，使該時段內的沉降占到全壽命周期的80%～90%，所以還需要在建設期內在常規施工方法的基礎上，選用更加合理的填筑分期、采用28t以上振動碾或者沖擊碾加快該時段的沉降，并在確保工期和安全的前提下使得填筑體在面板澆筑前的沉降時間為3～6個月，澆筑混凝土面板前確保其填筑體沉降速率5～10mm/月，在有條件時還應通過上游蓄水預壓等預加載的措施促使填筑體在建設期的沉降。
最后，在做好以上控制的基礎上，還需控制填筑體縱向變形的目標值在壩高的0.055～0.1%h之間，即sz=（0.05%～0.1）h，同時應針對混凝土面板薄壁結構適應沿縱向變形的能力，使得受壓面板間分縫總和不得小于sz，且同時滿足單個分縫寬度不得大于8～20mm，縫內需嵌填有一定強度的彈性材料。