堆石混凝土重力坝分缝设计的思考与实践

堆石混凝土重力坝分缝设计的思考与实
践
摘要：堆石混凝土技术是水利水电部发明并获得国家发明专利授权的大体积
混凝土施工新技术。

其施工工艺为直接堆码，粒径大于300mm的石材填料形成天
然孔隙。

填石孔隙采用自密实高性能混凝土（CSSC）填充，无需自重振捣，形成
全密实混凝土，具有低碳、高强、水化热低、密度高、稳定性好、层间抗剪强度
高及施工速度快等特点。

关键词：水库；堆石混凝土重力坝；分缝设计；
根据已建成的正常蓄水运行的堆石混凝土重力坝整体上升结构型式的设计经验，不考虑纵缝和横缝，将其应用于水库堆石坝的设计。

工程完工后经全面检查
未发现裂缝等异常情况。

1.
堆石混凝土技术的简介
2003年，中国清华大学金峰和安雪晖教授发明了堆石混凝土（Rockfilled Concrete，简称RFC），形成了一种全新模式的大体积混凝土筑坝施工技术。

堆
石混凝土突破传统施工工艺的限制，充分利用自密实混凝土的高流动性、抗离析、穿透能力强等优势，依靠其自重完全充填块石空隙而形成的完整、密实、低水化
热的大体积混凝土，材料组成见图1。

此技术既有自密实混凝土无需振捣即可自
密实的优良性能，又通过堆石的加入降低了水泥水化热，增大了坝体容重，极大
降低了浇筑纯自密实材料的施工成本。

具有低碳环保、低水化热、工艺简便、造
价低廉、施工速度快、易于现场质量控制等特点。

图1 堆石混凝土材料组成
堆石混凝土技术从提出至今，已经过十余年的发展，在堆石混凝土充填密实度、堆石混凝土综合性能、工艺改进及配套技术研发等方面展开了一系列专项的
室内试验研究和工程实践验证，取得了一系列的研究成果，形成比较成熟的技术
体系。

堆石混凝土技术自提出以来，已经在中小型水利工程建设中积累了大量的工
程经验，施工工艺得到不断优化，如对各种堆石入仓方式的总结和分析，基于通
仓浇筑的快速施工组织设计。

堆石混凝土综合性能研究结果表明堆石混凝土各项
力学性能均能满足设计要求，特别是在抗压、抗剪强度方面有足够的安全富余系数；在抑制收缩、抵抗开裂方面具有优异的性能；C20堆石混凝土绝热温升实测
值为14.2℃，明显低于普通混凝土，可以满足一般水利工程中大坝混凝土要求。

二、堆石混凝土重力坝分缝设计原因与种类
1.堆石坝是大型水利工程建设的重要组成部分，具有良好的防水等基本功能。

自密实堆石混凝土重力坝的设计具有良好的安全性和耐久性，能够适应更复杂的
水利工程建设。

它是重力坝施工的主要形式。

自密实堆石坝为保证大坝施工质量，选用自密实混凝土和堆石填筑。

2.分缝设计的主要原因和类型。

在应用自密实堆石混凝土重力坝后，会受到
外部因素的影响，导致局部裂缝。

首先，自密实混凝土重力坝投入运行很长时间后，会导致坝体出现裂缝，从而影响坝体的稳定性和安全性。

其次，自密实堆石
混凝土重力坝投入使用后，坝体也会受到温度变化的影响。

大坝实际温度变化过
程中，混凝土内部结构会发生一定程度的变化，导致大坝裂缝。

三是自密实堆石
投入使用后，也会出现沉降问题，也会在一定程度上加剧自密实堆石混凝土重力
坝裂缝现象。

但是，在重力坝实际施工中，为了有效避免重力坝施工和使用后出
现裂缝，在重力坝施工中进行了裂缝连接设计。

目前，重力坝施工连接设计主要
包括三种类型:水平连接设计、纵向连接设计和水平施工连接设计。

(1)横向接缝
是具有垂直母线轴线的构造接缝设计，防止母线本体受到温度和流速变化的影响。

(2)纵向接缝是平行于坝体轴线方向的设计接缝，可适应混凝土坝体的温度变化
性能，从而防止坝体出现裂缝。

(3)水平施工接缝是坝体水平接缝表面的施工接缝。

三、堆石混凝土重力坝施工设计及接缝设计要点
1.自密实混凝土的材料选择和比例设计。

在自密实堆石混凝土坝体施工设计中，材料选择和坝设计都是非常重要的内容。

首先，本项目材料选择设计主要包
括以下几个方面:(1) P.O42.5用于混凝土和水泥材料选择。

(2)选用混凝土砂砾
集料，设计使用精细化模量为2.5，粗集料为16.4%，最大粒径为≥20mm。

(3)二
级粉煤灰应选用混凝土助剂。

(4)混凝土外加剂选择使用自密实混凝泥土专用外
加剂。

(5)施工中使用的固结材料为山区砂石，直接用于施工。

其次，混凝土配
合比的设计也很关键，配合比设计在设计对于自密实混凝土使用量而言有非常重
要的作用，并且在实际的配合比设计中，首先进行了理论值设计并通过理论值设计，完成了最终配合比控制。

配合设计中应用水泥、砂、石子、水、粉煤灰、专
用外加剂等材料，其配合比设计比例为1.000、6.288、3.097、1.132、1.632、0.037。

而通过试验对比最终确定自密实混凝土配合比方案为176.7kg、1111.1kg、547.3kg、200kg、288.4kg、6.5kg。

通过合理配比设计，保证混凝土施工质量。

2.自密实堆石混凝土分缝设计要点。

为了保证自密实堆石混凝土坝体的施工
质量，在施工过程中进行了连接设计。

以下是大坝主体联合设计要点综述。

(1)
在母线设计中，应设计母线的结构形式。

在设计过程中，混凝土接缝的形状应根
据具体施工条件和工程地质条件进行设计，合理设计接缝形状可保证较合理的接
缝施工。

在这一联合设计中，对大坝材料、大坝的最大高度、坝顶长度、坝底厚度、平均空气温度和其他相关因素进行了的研究。

其中，坝料采用双层C9015自
密实混凝土设计，坝高46.5米，坝顶厚5米，坝顶长220米，坝底最大厚度
46.5米，实际平均空气温度达到18.14米，根据具体的工程地质条件，得出设计
中有三个水平接缝在分割接头的设计中，它们是在坝基岩性发生变化的位置设计的。

坝体分为左岸非溢流坝段、溢流坝段和底孔坝段，右岸非溢流坝段。

(2)在
大坝节点设计过程中，选择节点位置非常重要。

综上所述，建议在改变大坝基础
岩性时考虑到大坝主体的共同立场。

根据不同的功能，坝体分为左岸非溢流坝段、溢流坝段和底孔坝段、右岸非溢流坝段三个块，以确保接缝设计更加合理。

四、堆石混凝土重力坝接缝设计实践。

某县大古台水库工程大坝为C9015堆石坝，坝顶高程799.00m，最大坝高
41.0m，坝顶宽6.0m，最大坝底宽33.94m，坝顶长198.0m。

从坝基河床到左岸774.00米，右岸777.00米断面为下三叠统夜郎组Yulongshan段中厚石灰岩，左
岸744.00米，右岸岸坡777.00米，与薄泥灰岩、页岩、页岩互层。

项目现场的
年平均温度为14.9℃。

鉴于气候条件和坝型，与上述混凝土砌石重力坝相近，配
合比为每立方米自密实混凝土水泥167kg，粉煤灰322kg。

按每立方米堆石混凝
土45%自密实混凝土折算，每立方米堆石混凝土75kg水泥，其掺量远低于上述混
凝土砌石重力坝。

在大坝结构设计中，为减少仓面堆石、浇筑造成的施工干扰，
加快施工进度，采用全断面无纵横缝整体上升结构型式。

由于坝基岩性不均匀，
在坝基岩性变化（CHON坝O＋30.54、坝O＋164.54）处设置了两个横缝，最大间
距为134.0m。

大坝防渗面板在桩号坝0+030.54、坝O+058.54、坝O+086.54、坝
O+112.54、坝0+138.54和坝0+164.54处分别设置6个横向接缝，最大接缝间距
为28.0m。

上游坝面0.2m范围内采用铜片止水，采用聚乙烯闭孔泡沫板缝合。

五、坝体堆石混凝土的温升监测
为了解坝体堆石混凝土在施工和运行过程中的变化情况，在水库工程最长坝
段(长134.0米)中段(桩号坝0+097.54)标高769.00米处布设3个温度计(T1、T2、T3)，于2017年10月10日埋设，温度23℃。

两个温度计(T4和T5)布置在海拔779.00米处，于2017年11月24日埋设，埋设时温度为12℃。

在海拔789.00
米处布置温度计(T6)，2018年3月8日埋设，埋设时温度为11℃。

坝体堆石混
凝土温度监测结果。

结果表明，由于浇筑后两周内水化温升的影响，坝内堆石混
凝土温度达到最高值，然后开始缓慢下降。

在769.00米高的温度计上，T2的最
高测量温度是32.3℃、温升7.3℃；79.00 m高程温度计测得T5温度为20.7℃，
温度上升9.2℃。

温度计T6在海拔789.00米处测得的最高温度为19.8℃，温升
为8.3℃。

总之，在水库堆石混凝土重力坝的接缝设计中，借鉴了混凝土浆砌石重力坝
全断面无纵、横缝上升结构的成功经验，突破了现行堆石混凝土重力坝设计导则
的接缝要求。

通过埋设仪器监测坝体堆石混凝土的温升。

结果表明，坝体堆石混
凝土浇筑后两周内，受水化温升影响，其温度达到最高值，随后开始缓慢下降，
最高温度上升9.2℃，工程完工后经全面检查未发现裂缝等异常情况，结构安全，水库已下闸蓄水，运行正常。

参考文献：
[1]赵才.堆石混凝土热学性能试验与温度应力研究.2019.
[2]刘晓玲.关于堆石混凝土重力坝分缝设计的思考与实践.2020.。