第四节　结论

在分析国内外高混凝土面板堆石坝垫层区裂缝、面板脱空、面板裂缝、面板垂直缝两侧混凝土挤压破坏、严重渗漏甚至溃坝等严重工程问题的产生原因和机理，指出几十年来国内外沿用经验设计的概念和方法是不完全的，摒弃经验设计中的错误概念，提出了高混凝土面板堆石坝安全设计新理念，包括稳定安全设计、渗流安全设计和变形安全设计。

高混凝土面板堆石坝安全设计新理念的核心是变形安全设计，变形安全设计包括：坝体分区设计应遵循4条原则：料源决定原则、水力过渡原则、开挖料利用原则和变形协调原则。

变形协调理论包括变形协调准则的建立、变形协调判别标准的建立和变形协调理论计算方法三部分。

坝体变形协调准则包括坝体沉降协调准则、坝体上下游方向位移协调准则和坝体坝轴向位移协调准则、面板法线方向坝体变形和面板变形同步协调准则和面板坝轴向坝体变形和面板变形同步协调准则。

建立符合高混凝土面板堆石坝工作状态的堆石料本构模型以及正确描述混凝土面板与堆石坝体接触面的应力变形关系是实现混凝土面板变形与坝体变形协调设计的基础。

变形协调设计包括：上下游堆石区的变形协调、坝肩堆石区与河谷中央堆石区的变形协调、各堆石区变形的同步协调以及混凝土面板变形和堆石坝体变形的同步协调。

实现高混凝土面板堆石坝变形协调的对策包括：

（1）针对不同地形地质条件采用新的坝体分区设计。

（2）适当提高下游堆石区的填筑标准，即使下游堆石料或建筑物开挖料的岩性、风化程度和颗粒级配较差，提高其填筑标准，使坝体各区的变形模量相近，达到坝体变形协调。

（3）合理确定在纵剖面和横剖面上坝体填筑形象进度，合理组织筑坝材料开挖、储存和填筑，尽量做到坝体填筑全断面均衡上升。

（4）合理确定面板分期浇筑时间以及面板浇筑时已填筑坝体顶面与该期面板顶面之间的高差。

（5）减小堆石坝体在坝轴线方向的位移，减小面板与垫层之间的约束。

世界第二高坝巴贡（Bakun）坝是采用变形协调新理念的安全设计理论指导设计的典型工程，巴贡坝的坝体和面板应力变形性状良好，坝体变形协调，坝体变形与面板变形同步协调，没有产生垫层裂缝、面板裂缝和挤压破坏等问题，2008年蓄水后至今运行正常。表明采用变形协调新理念的结构设计来代替以往的经验设计是必要的。

变形协调设计新理念正在推广应用于即将建设的我国最高混凝土面板堆石坝——马吉坝工程（坝高270m）和猴子岩工程（坝高223.5m）。

变形协调设计新理念应用于宜兴抽水蓄能电站上库面板堆石混合坝和公伯峡水电站面板堆石坝等工程，这些工程坝体和面板应力变形性状良好，坝体变形协调，坝体变形与面板变形同步协调，没有产生垫层裂缝、面板裂缝和挤压破坏等问题，多年运行正常。巴贡和公伯峡坝的安全监测结果与天生桥一级坝安全监测结果对比如表1-22所示。

从表1-22可以看出采用变形协调设计新理念的高混凝土面板堆石坝的应力变形性状要显著地优于经验设计的面板堆石坝。经验设计的天生桥一级坝坝体沉降达354cm，沉降特征值Cs达1.12×10-4，主堆石区与下游堆石区变形模量相差较大，坝轴线处坝体垂直压缩模量Ev为50.9MPa，但是下游堆石区的垂直压缩模量Ev仅为22.9MPa，因此蓄水后坝体向下游水平位移达116.6cm，水平位移特征值CDd为65.5×10-4，面板挠度也较大，达到81.0cm，挠度特征值Cdf为1.4×10-2。但是变形协调新理念指导下设计和施工的巴贡坝和公伯峡坝的应力变形性状良好，沉降特征值Cs仅为（0.42～0.65）×10-4，约为天生桥一级坝的1/2。坝体各区变形协调最大沉降就发生在坝轴线附近，坝体垂直压缩模量Ev为87～117MPa，约为天生桥一级坝的1倍，因此面板挠度和接缝位移都较小，面板挠度仅为9.4～35.0cm，也只有天生桥一级坝的1/2，面板挠度特征值Cdf仅为（0.03～0.16）×10-2，比天生桥一级坝要小一个数量级以上，说明变形协调新理念指导下设计和施工的巴贡坝和公伯峡坝的面板变形与坝体变形同步协调，大坝的工作性状良好，大坝的变形安全保证了大坝的渗流安全和稳定安全，提高了高混凝土面板堆石坝的安全性。

表1-22　变形协调设计与经验设计的高面板堆石坝性状实测结果