堆石混凝土堆坝技术在尾矿库拦水坝设计中的应用研究

摘  要在尾矿库拦水坝施工中，堆石混凝土堆坝技术因能够保证施工质量，延长使用期限因此得到广泛应用。本文首先对堆石混凝土技术进行介绍，其次结合某尾矿库工程案例，采用反应谱法、材料力学法对堆石混凝土拦水坝的稳定性进行分析计算，结果表明堆石混凝土拦水坝的稳定性满足规范要求，可将堆石混凝土用于拦水坝的设计、建设中，为工程应用提供参考。

关键词：堆石混凝土;尾矿库;拦水坝;稳定性计算

中图分类号：   文献标识码：A    文章编号：2096-6903（2019）05-0000-00

0 引言

近年来，堆石混凝土凭借绿色环保、用水量少、体积稳定、抗剪能力强、成本低等优势，开始用于尾矿库拦水坝的设计中，为了增强拦水坝的稳定性，本文运用有限元法、材料力学法，得出最优施工方法，并对堆石混凝土堆坝技术的具体应用进行简要探讨，为工程设计和施工提供参考。。

1 堆石混凝土概述

自密实混凝土，是指在浇筑时不进行振捣，只依靠混凝土自身的重量，就能完全填充到钢筋间隙、模板中的混凝土。在坍落度试验中，自密实混凝土能达到600mm以上的拓展度，260mm以上的坍落度且不会出现泌水、离析等现象。

堆石混凝土是从自密实混凝土技术中产生的一种新型混凝土施工技术。是指将大粒径块石入仓，形成有间隙的堆石体，从上部注入专用的混凝土，利用其特殊的抗分离性、高流动性，依靠自身重量填充间隙，形成密实、强度高的大体积混凝土。简单来讲，就是用自密实性较高的混凝土，来填充堆石体形成的混凝土，其主要由带有小骨料、大块的堆石组成。堆石混凝土技术施工简单，水化温升低，方便现场控制质量。加之其工期短，施工效率高，绿色环保，被广泛用于水运、桥梁、道路等领域。现阶段，由于堆石混凝土引领了成本低、质量高、污染小、进度快的混凝土施工革命，为施工方带来了巨大的经济利益，因此备受相关单位的关注。

2 工程案例

某尾矿库位于云南省沟谷，沟底平均坡降3%，包括截渗坝、拦水坝等。其截面形式呈V字型、坡度陡。谷底无植被，坝肩植被为杂草。该拦水坝工作面小、底部狭窄，因此无法开展大规模施工。此外当地温度高，温控要求严格。考虑到上述因素，采用堆石混凝土堆坝技术施工。其中坝高45m，顶宽5m，标高1377-1385m。由于坝体材料的不同，将其分为5个区，仓面边长大于5m，每层浇筑1.5-2.0m，层数不少于2层（见下表1）。在筑坝之前，现场检验施工工艺的有效性，并进行力学性能、密实度等方面的检测。

3 稳定性分析

3.1计算参数

选取拦水坝的最高处作为典型的计算剖面，在地震、蓄水位正常情况下分别用有限元静力法、材料力学法进行稳定性分析。分析时拦水坝混凝土的强度标准值，参照相关规范要求，对于坝基物理力学参数、地基岩动参数的取值，在坝基物理力学参数上，当岩土为中密卵砾石时，重力密度为24.2γ/Kn/m，压缩模量为7.3Es/MPa，承载力特征值为360f_dk/kPa;当岩土为中密角砾和碎石时，重力密度为21.8γ/Kn/m，压缩模量为6.2 Es/MPa，承载力特征值为195f/kPa;当岩土为强风化玄武岩时，重力密度为27.4γ/Kn/m，承载力特征值为730f/kPa;当岩土为弱风化玄武岩时，重力密度为27.9γ/Kn/m，承载力特征值为5400f/kPa。

3.2材料力学法计算分析

在三种工况下，运用材料力学法对坝体的应力值进行计算。计算结果表明：建基面应力值最大为危险截面。此外选取建基面对坝体强度分别进行正常使用极限、承载能力极限状态下的校核、稳定性验算及坝体抗滑稳定性验算等，计算结果见下表2。

由表2可知：在不同工况下，拦水坝截面上游面的抗拉和下游面的抗压承载力均符合设计要求，且上、下游面的拉应力极限也符合设计需求。抗滑稳定性计算结果表明：坝段在不同工况下的混凝土层面、坝基面抗滑稳定性，均符合规范要求。

3.3有限元法计算分析

参照坝段的结构形式，构建能够反应坝段结构特性的大壩、坝基模型。在有限元中，对大坝材料、坝底地质进行分区模拟。模拟范围包括大坝的上游侧、下游侧、建基面下方。有限元网格采用四面体网格，为了能够获得坝体精确结果对部分网格进行加密处理，模型共设有1397个节点、1320个单元，其中坝基单位512个，坝体单元808个。利用有限元模型，采用反应谱法对位移响应极值、应力响应极值和反应谱法抗滑稳定性进行计算，数值模拟结果如下：

第一，位移响应极值。在水平方向下，位移最大值出现在坝顶为4.35mm;在竖直方向下，位移最大值同样出现在坝顶为-0.54mm。

第二，应力响应极值。在水平方向下，应力最小值出现在坝踵为-608.293kPa。应力最大值出现在坝上游面下部为150.720 kPa;在竖直方向下，应力最小值出现在下游面折坡处为-332.180 kPa。应力最大值出现在坝体底部为496.952 kPa;第一主应力最小值为-18.654 kPa，位于上游面折坡处。最大值为1570kPa，位于坝趾;第三主应力最小值为-1700 kPa，位于坝趾。最大值为89.500 kPa，位于坝体中下部。

第三，反应谱法抗滑稳定性计算。建基面的反算结构系数为2.28，作用效应为9775.7kN，抗力效应为22285.91kN，允许结构系数为0.65，因此满足规范要求;1355m截面的反算结构系数为3.08，作用效应为3315.52kN，抗力效应为10220.90kN，允许结构系数为0.65，同样满足规范要求;1377m截面的反算结构系数为3.75，作用效应为593.44kN，抗力效应为2224.41kN，允许结构系数为0.65，满足规范要求。通过用材料力学法分析拦水坝的静力稳定性及用反应谱法分析动力稳定性，结果表明：在不同工况下，拦水坝的结构稳定性均满足规范要求。

4 結语

本文结合某尾矿库的工程特征成功将堆石混凝土堆坝技术应用于拦水坝的设计中充分发挥了堆石混凝土的优势。通过反应谱法、材料力学法对堆石混凝土拦水坝的稳定性进行计算，结果表明堆石混凝土拦水坝的稳定性满足规范要求，因此可将堆石混凝土用于拦水坝的设计、建设中。

参考文献

[1]庞宇哲.堆石混凝土坝的方案比选及施工方法[J].建筑技术开发，2017，44（1）：6-8.

[2]王新岩.堆石混凝土堆坝技术在某尾矿库拦水坝设计中的应用[J].中国矿业，2018，27（z1）：400-403.

收稿日期：2019-05-15

作者简介：朱景萌（1978—），女，汉族，吉林长春人，本科，中级工程师，研究方向：尾矿。

Study on Application of Rockfill Concrete Dam Technology in Dam Design of Tailings Reservoir

ZHU Jing-meng

（Changchun Gold Design Institute Engineering Construction Management Co.， LTD.， Changchun  Jilin  130012）

Abstract： In the construction of tailings dam， rockfill concrete dam technology is widely used because it can guarantee the construction quality and extend the service life. This paper introduces the technology of pile of concrete， the second with a tailings project cases， the response spectrum method and material mechanics method is adopted to analyze the stability of the dam concrete calculation， the results show that the stability of the dam concrete meet the specification requirements， can be used in the design of the dam， concrete construction， provide a reference for engineering application.

Key words： rockfill concrete; Tailings; Dam; Stability calculation