面板堆石坝坝体分区教材.docx

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面板堆石坝坝体分区教材

坝体分区

1.建筑材料资料整理分析

坝体中应有畅通的排水通道且坝料之间应满足水力过渡的要求，各区坝料的透水性宜按水力过渡要求从上游向下游增加，下游堆石区下游水位以上的坝料不受此限制；坝轴线上游侧坝料应具有较大的变形模量且从上游到下游坝料变形模量可递减，以保证蓄水后坝体变形协调，尽可能减小对面板变形的影响，从而减小面板和止水系统遭到破坏的可能性；充分合理利用枢纽的开挖料，以达到经济的目的。

各料场概况一览表

料场编号

料场位置

料场面积

无用层

有用层

厚度（m）

体积（万m³）

厚度（m）

储量（万m³）

土料场

T1

距上坝址距离0.7~1km

4.5

0.5

2.25

7

30

T2

距上坝址距离1~1.2km

5.0

0.5

2.5

>10

50

T3

距上坝址距离5km

5.0

0.5

2.5

>10

50

砂砾料场

C1

距上坝址距离7~9km

40

3.5

140

15

600

石料厂

P1

距上坝址距离1~1.5km

2-5

30

>50

800

P2

距上坝址距离0.8~1.3km

2-5

23

600

砼用粗骨料（砾石）实验之便与质量要求对比表

项目

C1

技术要求

表观密度（g/cm3）

2.67

>2.6

堆积密度（g/cm3）

1.60

>1.6

孔隙率（%）

<45

吸水率（%）

1.02

<2.5

针片状颗粒含量（%）

7.5

<15

软弱颗粒含量（%）

4.3

<5

含泥量（%）

0.3

<1

So3（%）

<0.5

有机质含量（%）

浅于标准色

浅于标准色

粒度模数

7.13

宜采用6.25~8.30

轻物质含量（%）

不允许存在

砼用细骨料（砂）实验之便与质量要求对比表

项目

C1

技术要求

表观密度（g/cm3）

2.69

>2.55

堆积密度（g/cm3）

1.59

>1.50

孔隙率（%）

<40

云母含量

0

<2

含泥量

15.8

<3

碱活性骨料含量

硫酸盐及硫化物含量

0.09

<1

有机质含量

浅于标准色

浅于标准色

轻物质含量

0.25

≤1

细度

细度模量

2.94

2.5~3.5为宜

平均粒径（mm）

0.38

0.36~0.5为宜

2．坝体分区和料场规划基本原则

根据分区原则，坝体从上游向下游依次分为：

混凝土面板（F）、垫层区（2A）、过渡区（3A）、主堆石区（3B）、下游次堆石区（3C）及下游护坡（3D）。

1坝体分区原则

1.1　坝体应根据料源及对坝料强度、渗透性、压缩性、施工方便和经济合理等要求进行分区，并相应确定填筑标准。

从上游向下游宜分为垫层区、过渡区、主堆石区、下游堆石区；在周边缝下游侧设置特殊垫层区；100m以上高坝，宜在面板上游面低部位设置上游铺盖区及盖重区。

各区坝料的渗透性宜从上游向下游增大，并应满足水力过渡要求。

下游堆石区下游水位以上的坝料不受此限制。

堆石坝体上游部分应具有低压缩性。

下游围堰和坝体结合时，可在下游坝趾部位设硬岩抛石体。

1.2　用硬岩堆石料填筑的坝体分区，设计中可结合枢纽建筑物开挖石料和近坝区可用料源，增加坝体其他分区。

1.3　用砂砾石填筑的坝体分区，根据需要增减分区。

1.4　对渗透性不满足自由排水要求的砂砾石、软岩坝体，应在坝体上游区内设置竖向排水区，并与坝底水平排水区连接，将可能的渗水排至坝外，保持下游区坝体的干燥。

必要时可设置下游坝趾大块石棱体，起到反滤排水作用。

1.5　坝基为砂砾石层，或岩基中有可冲蚀的夹层，且与坝体材料的层间关系不满足反滤要求时，应在地基表面设置水平反滤过渡层。

以防止地基材料的冲蚀。

1.6　坝体材料分区可通过工程类比确定。

100m以上高坝，应在坝料试验的基础上，通过技术经济比较确定。

1.7　垫层区的水平宽度应由坝高、地形、施工工艺和经济比较确定。

当采用汽车直接卸料、推土机平料的机械化施工时，垫层水平宽度以不小于3m为宜。

如采用反铲、装载机等及配合人工铺料时，其水平宽度可适当减小，并相应增大过渡区宽度。

垫层区可采用上下等宽布置；垫层区宜沿基岩接触面向下游适当扩大，延伸长度视岸坡地形、地质条件及坝高确定。

应对垫层区的上游坡面提出平整度要求。

在周边缝下游侧应设置薄层碾压的特殊垫层区，见图3.2.7。

3.2.8　对于砂砾石坝，当设计的垫层区和主堆石（砂砾石）区之间满足水力过渡要求时，也可不设专门过渡区。

2料场规划基本原则

2.1料场可开采量（自然方）与坝体填筑量的比值：

堆石料为1.1～1.4；砂砾石料，水上为1.5～2.0，水下为2.0～2.5；

2.2不占或少占耕地，少毁林木；

　2.3爆破工作面规划应与料场道路规划结合进行，并应满足不同施工时段填筑强度需要；

　2.4主堆石坝料的开采，宜选择运距较短、储量较大和便于高强度开采的料场，以保证坝体填筑的高峰用量；

2.5对于垫层等有特殊级配要求的坝料，必要时可分别设置专用料场；

　2.6充分利用枢纽建筑物的开挖料。

开挖时宜采用控制爆破方法，以获得满足设计级配要求的坝料，并做到“计划开挖、分类堆存”。

三、坝体分区设计

根据分区原则，坝体从上游向下游依次分为：

混凝土面板（F）、垫层区（2A）、过渡区（3A）、主堆石区（3B）、下游次堆石区（3C）及排水棱体（3D）。

1、垫层区材料（2A）：

垫层区材料来源C1料场，岩性为砂砾石。

2、过渡层区（3A）：

过渡层区材料来源于P1料场，岩性为凝灰角砾岩。

3、主堆石区（3B）：

主堆石区材料来源于P1料场，岩性为凝灰角砾岩。

4、次堆石区（3C）：

次堆石区材料来源于P2料场，岩性为凝灰岩。

5、排水棱体区（3D）：

排水棱体区材料来源于P1，P2料场的超径石块。

四、坝体填料设计

根据《株树桥混凝土面板堆石坝》、《新疆山口工程》、《贵州洪家渡工程》进行对照，可以得出以下坝体填料。

1.垫层区

垫层区是混凝土面板的支承层。

要求上游表面均匀平整，有足够的抗剪强度，而且应是半透水的。

即使面板有裂缝或接缝止水有缺陷，形成漏水通道半透水层也可以防止大量漏水。

施工时期在未做面板前也可以临时挡水，但必须防止侵水坍塌。

垫层区的材料是经过加工的，含有足够数量的砂砾和粉粒的小石，水平宽度一般不小于3m。

设计中采用C1砂砾石料场，最大粒径为80mm，小于5mm的颗粒含量约占30.2%，且级配连续，压实后应具有低压缩性和高抗剪强度，不均匀系数Cu=52.27，曲率系数Cc=8.0，水平宽度4m，等宽布置。

2.过渡区

过渡区位于垫层区和主堆石区之间，起保护垫层和过渡作用，材料的粒径级配和密实度要求位于两者之间，对低透水的垫层料起渗流保护和排水作用。

要求过渡区材料具有较高的密实度和较大的变形模量，同时还应具有防止垫层内细颗粒流失的反滤作用，并保持自身抗渗稳定性，水平宽度不应小于3m。

设计中采用P1石料场，最大粒径不得超过300mm，水平宽度4m，等宽布置。

3.主堆石区

主堆石区是大坝主体和主要承载结构，位于坝轴线上游部位，对坝体稳定具有重要意义，应满足抗剪强度高，压缩性低和透水性强的要求，堆石级配最大粒径不得超过600mm，小于5mm颗粒含量不宜大于20%,小于0.075mm的颗粒含量小于5%。

主堆石区为大坝主要支撑体的一部分，兼作坝体排水体，根据以上要求，故选用P1石料场。

4.下游堆石区

下游堆石区承受荷载很小，其压缩性对面板变形影响较小，因此可采用强度较低的石料如软岩填筑，选用P2石料场

5.棱体排水

棱体排水可降低坝体浸润线，防止坝坡土的渗流破坏和冻胀。

当下游有水时，可防护下游坡脚不受下游水流及波浪的淘刷。

当堆石体较大时，可作为坝坡的支撑，有利于坝坡的稳定。

顶部高程超出下游最高水位的高度，1、2级坝应不小于1m，并应超过波浪沿坝坡的爬高。

堆石内坡为1:

1~1:

1.5，外坡为1:

1.5~1:

2.0，顶宽根据施工条件及检查观测需要确定，一般不小于1.0m,棱体顶部高程为869m。

5、坝体分区材料总汇表

大坝

分区

母岩

类别

填料来源

级配要求

干密度（g/cm3）

最大压

实层厚

（mm）

渗透系数

（cm/s）

最大料径（mm）

≤5mm

（%）

＜0.075mm

（%）

垫层区

沙砾石

C1料场。

加工

80

35~50

4~7

400

过渡区

凝灰角砾岩

P1石料场

300

35~50

4~7

400

1×10-2~5×10-4

主堆石区

凝灰角砾岩

P1石料场

600

≤5

2.20

400

5×100~1×10-1

次堆石区

凝灰岩

P2石料场

800

2.18

800

自由排水

排水棱体

凝灰角砾岩与凝灰岩

P1·P@石料场超径石

＞800

2.15

800

自由排水

趾板设计

采用平趾板（趾板面等高线垂直于趾板基准线）进行布置。

据《SL228-2013混凝土面板堆石坝设计规范》确定出趾板尺寸为：

宽为5m，厚度为0.5m，趾板下游面垂直于面板底面的高度为1m，滑模息止长度为1m。

由于本设计中面板堆石坝为中坝，故趾板建基面开挖至弱风化线，据规范知岩石地基容许水力梯度取10。

（超挖1m以上的趾板地基岩上趾板钢筋的各项含钢率可按平板段设计厚度的0.3%采用，钢筋应采用单层双向，保护层厚度应为10~15cm。

趾板应用砂浆锚杆与岩基连接在一起，锚杆直径一般采用25~35mm，间距1.2~1.5m，长3~4.6m。

本次设计采用锚杆直径30mm，间距1.3m，长4m。

混凝土面板设计

面板顶部厚度为0.3m，底部厚度为0.55,在混凝土面板中间处设一层钢筋网，双向布置，其竖向、水平向配筋率为0.3%，垂直缝间距为12m，其主要技术指标见表1

表1混凝土面板的主要技术指标

项目

混凝土标号

级配

抗渗标号

抗冻标号

W/C

坍落度（cm）

指标

C25

二级配

W10

F300

≤0.45

4——7

1、面板的分缝分块

面板分缝的目的是为了适应坝体的变形，据《SL228-2013混凝土面板堆石坝设计规范》知垂直缝的间距为8~16m，取12m。

2、面板厚度

面板厚度的确定应满足下列要求：

1、应能便于在其内布置钢筋和止水，其相应最小厚度一般采用0.3m。

2、控制渗透水力梯度不超过200。

3、在达到上述要求的前提下，应选用较薄的面板厚度，以提高面板柔性和节约材料、降低造价。

面板的顶部厚度宜取0.3m，并向底部逐渐增加，在相应高度处可按该公式确定：

t=0.3+bH

式中t——面板厚度，m；

H——计算断面至面板顶部的垂直距离，m；

b——据《SL228-2013混凝土面板堆石坝设计规范》

规定b为0.002~0.0035，多采用0.003。

由于坝高85m，坝顶高程为945.3m，故经计算得：

面板顶部厚度为0.3m，面板底部厚度为0.55m。

3、面板混凝土

根据《SL228-2013混凝土面板堆石坝设计规范》知，面板混凝土应具有优良的和易性、抗裂性、抗渗性和耐久性。

所以本大坝面板混凝土强度等级为C25；面板混凝土的抗渗等级应为W10。

面板混凝土宜采用#525硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，宜掺用粉煤灰或其他优质掺合料同时粉煤灰的质量等级不宜低于Ⅱ级，粉煤灰掺量宜为15％～30％。

面板混凝土应掺用引气剂，并同时掺用高效减水利或普通减水剂。

面板混凝土应采用二级配骨料，石料最大粒径应不大于40mm。

面板混凝土的水灰比，寒冷地区应小于0.45。

溜槽输送混凝土时，溜槽入口坍落度宜控制在3~7mm。

混凝土含气量宜控制在4%~6%。

4、钢筋布置

面板应采用单层双向钢筋，钢筋宜置于面板截面中部，每向配筋率为0.3%~0.4%，取0.3%，保护层厚度应为10~15cm，取为10cm。

5、面板防裂措施

（1）面板建基面应平整，不应存在过大起伏差、局部深坑或尖角，侧模应平直。

（2）面板混凝土配合比中应采用优质外加剂和掺合料，降低水泥用量和用水量，减少水化热温升和收缩变形。

（3）面板混凝土宜在低温季节浇筑，混凝土人仓温度应加以控制，并加强混凝土面板表面的保湿和保温养护，直到蓄水为止，或至少90d。

（4）面板混凝土浇筑至坝顶后，宜至少间隔28d再浇筑防浪墙混凝土。

（5）当面板裂缝宽度大于0.2mm或判定为贯穿性裂缝时，应采取专门措施进行处理。

接缝止水设计

一、接缝止水设置

1、周边缝

周边缝设置止水，由于该坝为中坝，故设置底、顶部两道止水。

底部应选止水铜片为最基本的防渗线，顶部止水系统一般由柔性填料、粉细砂（或粉煤灰）等材料构成。

2、垂直缝

中坝的张性、压性垂直缝均应采用硬平缝结构，都只需采用一道底部止水。

缝的一侧缝面应涂沥青乳液等防粘剂。

止水铜片下应设置PVC垫片并粘合在水泥砂浆垫座上。

止水铜片两侧底角应设置沥青止浆条。

3、面板水平施工缝需用钢筋穿过，应不设止水。

4、趾板伸缩缝可采用铜片、PVC或橡胶片止水，并应与周边缝止水构成封闭系统。

5、防浪墙与面板的水平接缝，宜设置底、顶部两道止水。

6、其他接缝

中间与顶部止水应与相接缝的底部止水连接形成封闭结构：

周边缝PVC止水带宜用夹具与垂直缝处的底止水连接；周边缝柔性止水可用柔性填料与垂直缝的底部止水连接。

止水面膜宜粘结或压结，固定在面板上。

混凝土防渗墙与连接板之间的接缝止水，应按周边缝止水设计。

2、接缝止水材料

1、铜片底部止水宜符合下列要求：

1　采用退火纯铜卷材，其延伸率应大于20%；

2　厚度0.8~1.0mm；

3　立腿高度60~80mm，鼻高50~80mm，鼻宽12mm，平段宽度不小于165mm。

4　F型不带立腿侧的平段宽度不小于150mm。

5　铜片宜在现场加工压制成型，异形接头宜在工厂加工压制成型。

2、柔性止水材料在运行环境条件下应高温不流淌、低温不硬化，在水压力作用下易压入缝内，应粘结在混凝土界面上。

3、粉细砂或粉煤灰渗透系数应比特殊垫层区至少低一个数量级，最大粒径应小于1mm。

4、PVC止水带，其拉伸强度、断裂延伸率、邵氏硬度及脆性温度等性能，应满足设计要求。

5、橡胶止水带性能应符合化学行业标准HG2288—92《橡胶止水带》的有关规定。

周边缝应采用沥青浸渍木板嵌缝，其厚度宜为12mm。

坝基处理

1、坝基及岸坡开挖

1．趾板地基开挖面应力求平顺，避免陡坎和反坡，必要时可进行削坡和回填混凝土找平处理。

2．趾板建基面宜为坚硬、不冲蚀和可灌浆的基岩。

对于中坝可建基于强风化层下部，本设计开挖至弱风化线。

3．坝体岩石基础的开挖标准按位置不同而异，堆石坝体可置于风化岩石上，变形模量适应。

4．本设计中坝体地基砂砾石覆盖层挖去，坝体地基建基面开挖至强风化线。

5．趾板上方岩质岸坡，应按稳定边坡或经加固处理后的稳定边坡开挖，以确保运行期安全。

6．堆石体地基在趾板下游0.3~0.5倍坝高范围内的岸坡，宜开挖成1:

0.5坡度。

其余须将妨碍堆石压实的陡坎、倒悬体清除。

2、坝基处理

1．坝基处理应做到减小地基变形，提高抗剪强度，防止渗漏和地基材料的冲蚀，改善地基表面的平整度，使之符合大坝正常和安全运行的要求。

2．趾板的岩石地基应进行固结和帷幕灌浆处理。

3．固结灌浆应采用铺盖式，宜布置2~4排，深度应不小于5m。

4．帷幕灌浆应布置在趾板中部，并可与固结灌浆相结合。

帷幕深度宜深入相对不透水层5m。

5．灌浆压力的升幅、浆液配比、吸浆量等参数，应通过试验确定。

灌浆设计中应制定提高灌浆帷幕耐久性和表层基岩灌浆压力的措施。