堆石坝简介

2、面板厚度和面板分缝
面板的厚度应实使面板承受的水力梯度不超过200。高坝面板顶部厚 度宜取0.3m，并向底部逐渐增加，可按下式计算：
t 0.3 ( 0.002 ~0.0035 )H
中低坝可采用0.3m~0.4m厚的等厚面板 应 根 据 坝 体变 形 及 施 工条 件 进 行 面板 分 缝 ， 垂直 缝 的 间 距可 为 12m~18m。
4、趾板混凝土及其配筋
趾板混凝土的要求及防裂措施和面板混凝土相同。
趾板宜采用单层双向钢筋，每向配筋率为0.3%~0.4%。岩基上趾板钢
筋的保护层厚度为10cm~15cm，非岩基上的趾板，钢筋宜置于趾板截 面中部。 趾板宜采用锚筋与基岩相连。
3、按坝体是否过水分：
不过水堆石坝：绝大多数堆石坝不过水。 溢流堆石坝：在坝顶和下游面采用钢筋混凝土或浆砌石护面，只能用于中、低坝。
三、堆石坝的构造：
1、堆石（支承）体：
边坡一般为1：1.25~1：1.4；根据坝坡稳定验算确定。
2、过渡垫层：
布置于防渗体和堆石体之间。 为防渗体提供平整的垫层，使其在库水作用下能均匀传递水压力；对土防渗体起到排 水反滤的作用，保护其渗透稳定性。
分区：
垫层区； 过渡区；
主堆石区；
下游堆石区
用硬岩堆石料填筑时，可按下图分区：
F 2A 3A 1B 1A 3B 2B
岩基上硬岩堆石坝体分区示意图
P 3C
3E
1A—上游铺盖区； 1B—盖重区； 2A—垫层区； 2B—特殊垫层区； 3A—过渡区； 3B—主堆石区； 3C—下游堆石区； 3E—抛石区； P—块石堆砌； F—面板
3、防渗体：
有土防渗体、沥青混凝土防渗体和钢筋混凝土面板。
§9.2
混凝土面板堆石坝
塞沙那---第一座现代面板坝面板坝
§9.2
混凝土面板堆石坝
阿里亚---面板坝发展的一个里程碑
§9.2
混凝土面板堆石坝
天生桥---中国的高面板坝
§9.2
混凝土面板堆石坝
§9.2
混凝土面板堆石坝
混凝土面板堆石坝是在堆石体上游坡设置混凝土薄板作为防渗体的堆 石坝（面板坝）。
垫层材料选择 垫层尺寸和碾压要求
（2）过渡区
作用
过渡区位于垫层区的下游测,其作用是保护垫层区的渗流稳定,即使面板一旦开裂漏水, 也不应高压水流作用将垫层料物带走。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ料选用
新鲜、坚硬、级配良好的石渣，其粒径级配应满足垫层区与主堆石区的过渡要求，符 合反滤原则。
尺寸
过渡区的宽度一般与垫层区等宽，高度在100米以下的面板坝，可作成3~4米等宽，高 度大于100米的，可做成变宽，但顶部最小宽度应不小于3米。
Cooke和Sherard的建议分区与命名
墨西哥AGUAMILPA 面板堆石坝
坝高187m，1993 -2005的最高面板坝
坝顶高程
230.00m 正常蓄水位 220.00m
1993年开始蓄水，水位达218.90m 1998年达最高水位223.46m 1997年发现高程198～202m有水平或斜裂缝 1998年发现高程180.00m处有水平裂缝，宽15mm，位于17～27号 面板，后延到14～16号

二、堆石体设计
1、堆石体变形-应力特性
2、堆石体变形的影响因素
3、堆石体的强度特性参数
4、筑坝石料
5、坝体分区
1、堆石体应力变形特性
面板堆石坝中除面板外由振动碾压密的 堆石体在坝体填筑上升过程中以及建成 挡水运行后都会有沉陷变形发生，其原 因如下： （1）堆石体填筑上升过程中下部堆石 承受上部堆石的重量不断增加，下部堆 石体内块石相互接触压应力也持续加大， 于是部分块石的棱角回折断，较弱块石 也会压碎，导致堆石体施工期的沉陷变 形。右图示：
根据已建面板堆石坝的沉陷变形观测资料可统计分析的堆石体沉陷变形量S与坝高H的下列 粗略关系: 其中
为经验系数
S H 3 / 2
3、堆石体的强度特性参数
铅直向变形模量，水平向变形模量，堆石体的内摩擦系数
1——碾压堆石体下限；2——碾压堆石体上限； 3——抛填堆石体下限；4——抛填堆石体上限。
4、筑坝石料
应选用新鲜、坚硬、软化系数小、抗侵蚀和抗风化能力强的岩石； 在能满足变形模量、抗剪强度、耐久性和渗透系数等要求的前提下，堆石体 石料尽可能采用从坝基、溢洪道和水工地下洞室开挖所得的石料。
5、坝体分区
为了充分利用石场的开挖料，根据坝体各区的应力状况、变形情况以及其上 游钢筋混凝土面板的相对位置和相互关系，各区分别提出对石料性质、粒径 级配、碾压后密实度和变形模量、透水性以及施工工艺的要求。
（f）滑模息止长度：满足面板的无轨滑模起始面要求，应≥0.6m，可取0.8~1.2m。
3、趾板稳定分析
主要包括两方面内容：
一是在水压力、
堆石侧压力、灌 浆压力及面板推 力下的稳定安全 程度； 二是根据不同基 岩情况，确定安 全允许渗径，亦 即合理确定趾板 的宽度问题。 趾板受力情况如图示：

IWHR, CHINA
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2013/9/11
坝体断面及分区
Palmi建议的高坝分区方案
Palmi认为，下游侧堆石可以占据更多位置，但较大坝高处不宜采用次堆石。他认为 大量面板坝发生的水平向裂缝与次堆石区过高造成的坝顶向下游侧“后仰”有关 Palmi建议的分区方案次堆石区界面平行于Cooke等建议的“死区”前沿，但向下游 有一定平移。
（2）堆石体材料具有不同程度的蠕变特性，堆石体施工完成后，在堆石自重作用下将 产生历时长的蠕变沉陷变形。 （3）由于石料具有一定程度的浸水软化特性，施工期高压水对石料的冲射和运行期石 料在水中长期浸泡，都将使石料有所软化而产生变形。 （4）堆石体挡水运行后，库水压力将使靠上游约1/3的堆石体内法向压应力有较大增 加，从而产生变形。 上述各种原因产生的变形中一部分在堆石体施工期发生，另一部分在水库蓄水后逐渐持 续发生。考虑到面板一般在堆石体施工完成后才浇筑，因而面板浇筑前已完成的变形 不影响面板运行；而蓄水后产生的变形则要影响面板的运行。故对后一种变形应特别 注意。
一、面板坝的特点
1、缺点：

刚性面板对不均匀沉陷较敏感，要加强地基处理及堆石体和垫层的碾压； 面板受漂浮物冲击及环境水侵蚀以及严寒冰冻的作用，耐久性要保证；刚性 面板抗震性能稍差，但抗震稳定性比其他土石坝高。
2、优点：
面板设于坝体的上游面，整个坝体都是受力结构，水压力在上游坝 面分力有助于坝的稳定，坝体工程量在土石坝中是同等条件下最小 的； 振动碾压使堆石体密实度高，变形小，面板抗裂防漏有了保证，坝 的运行安全度很高，即使面板有少许漏水，也不会危及坝的安全； 面板在上游面，便于检查维修，兼起防浪护坡的作用，经济合理； 坝体填筑没有粘性土填方，施工干扰小，气候影响也小，基本上可 以全年施工。
(e) (d)
(f )
(c )
0.9m；
趾板基岩面
(a)
（d）直板段宽度； （e）n：=（1/10~1/20）H，H为水头；（弱风 化岩石的容许水力梯度为10~20）
(b)
X (g)
（g）趾板宽度：：按容许水力梯度（见SL22898第7.0.3）决定，并按不同高程分段采用不同宽 度，为满足施工要求（灌浆作业需要），应≥3m。
渗流量突增至最大260L/s，随水位而增减
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裂缝图示
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巴西
Campos Novos面板堆石坝 坝高202m，巴西最高面板堆石坝
Campos Novos 水电站装机880MW 2001年开工，2006年竣工 坝顶高程666.00m，最大坝高202m 上游坝坡坡比1:1.3，下游平均坡比1:1.4 6 3 堆石材料为玄武岩，总方量1.21×10 m
第九节
§9.1 概况
堆石坝
堆石坝是以石料为填筑材料的挡水建筑物。坝体由堆石体、防渗体和过渡层组成， 与前述土石坝比较具有剖面小、造价低、施工速度快、抗震性好等优点，因此在坝中
占有较重要的位置。
一、堆石坝的发展：
1、1850~1940年：抛填式堆石坝，建成许多高度30m以上的堆石坝。
2、1940~1965年：抛填式堆石坝到碾压式堆石坝过渡时期，防渗体大多从混凝土面板
尺寸：
一般采用0.8~1.0米，最大粒径可为层厚的0.7~0.8倍。
（4）下游堆石区
位于主堆石体的下游测，一方面赖以支持主堆石体的稳定，另一方面 是保持下游坝坡的稳定。
（5）坝上游坡脚粘土覆盖
三、面板设计
对面板混凝土材料特性要求 面板厚度和面板分缝 面板混凝土的设计及配筋
1、对面板混凝土材料特性要求
特殊情况下，如垫层粒径较粗，主堆石区石料偏细时，只要层间满足反滤要求，也可
将该区取消。
（3）主堆石区
作用：
其是大坝主体，承受自身重力，蓄水后的水压力
材料要求：
石料新鲜、坚硬、级配良好，具有较强的抗风化能力。特殊情况下允许 有少量的风化料存在，例如将其挤入块石空隙，而不影响主堆石体的抗 剪强度及压缩模量。
面板混凝土长期与大气及水接触，受温度变化、冻融剥蚀以及水压力、 冰压力和浪压力的作用，因此其本身具有抗冻、抗侵蚀能力；

面板在垫层坡面上随堆石体变形而产生挠曲，相应在面板内部产生弯
曲应力。故对其应有一定的强度要求；

温度应力和混凝土干缩是面板产生裂缝的主要原因，故对面板混凝土 的配合比设计要注意控制水泥用量和水灰比，并应有施工温控措施。 通常水灰比应小于0.55。
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§9.2
混凝土面板堆石坝
（1）垫层区
垫层的作用：
防渗面板提供柔性支承，使库水压力较均匀地传递给下游过渡区和堆石区； 缓和下游堆石体变形对面板的影响，改善面板应力状态。
设计要求：
由于挡汛期洪水，垫层肩负临时面板作用，所以应具有低透水性； 以缓和周边缝两侧相对位移量，在其两侧一定范围内垫层厚度应适当加大，并尽 可能提高这部分垫层的碾压密实度； 考虑万一面板破坏漏水时，垫层应能承受水库最大水头所形成的水力梯度，以保 证大坝安全。
3、面板混凝土的设计及配筋
面板混凝土应具有较高的耐久性、抗渗性、抗裂性和施工和易性。面 板混凝土强度等级不应低于C25，抗渗等级不应低于W8，抗冻等级
应按照抗冻规范确定。
面板宜采用单层双向钢筋。钢筋宜置于面板截面中部，每向配筋率为 0.3%~0.4%。在高坝周边缝及临近周边缝的垂直缝两侧宜配置抵抗挤
２、堆石体变形的影响因素
堆石体变形量的大小主要与下列因素有关：
（1） 材料的物理力学性质和粒径级配
堆石体材料如石质坚硬、软化系数小、承受较大的由堆石体自重产生的压应力，就可减小 坝体的沉陷变形； 堆石体材料粒径级配好坏对碾压所能得到的密实度影响很大。
（2）填筑碾压方法及其碾压密实度(下页图示)
（3）坝高
转为采用土心墙和土斜墙；20世纪50年代振动碾问世，堆石坝施工逐渐从抛填法过渡 到碾压法。 3、1965年以后：碾压式堆石坝推广，碾压式土质心墙堆石坝和钢筋混凝土面板堆石坝 得到了迅速发展和推广应用。
二、堆石坝的类型：
1、按防渗体材料和位置分
⑴土心墙堆石坝 ⑵土斜墙堆石坝 ⑶土斜心墙堆石坝 ⑷钢筋混凝土面板堆石坝 ⑸沥青混凝土面板堆石坝 ⑹沥青混凝土心墙堆石坝 ⑺混凝土重力墙堆石坝
压的构造钢筋。
四、混凝土趾板的结构设计
1、趾板的作用及布置
趾板是连接面板与地基的关键结构。宜置于坚硬、不冲蚀和可灌浆的弱风化至新鲜基岩 上。岩石地基上的趾板布置应依据地形和地质条件选定，宜采取平趾板的布置型式。
2、趾板尺寸
（a）直板段厚度：最小设计厚度应不小于0.3m， 高坝底部趾板厚度应不小于0.5m； （b）超挖高度：超挖1m以上的趾板地基，在浇 筑趾板前，宜先用混凝土填平； （c）趾板下游面面板以下的高度：应不小于
. 1:1
5
2 1 2
1:1
.75
1:2
3
1:0.3
3
1:2
3
.25
泥山土心墙堆石坝（美国） 1——心墙；2——反滤层；3——堆石
2、按堆石施工方法分
抛填式堆石坝： 定向爆破堆石坝： 一般建在河谷陡峻、交通不便、地质条件较简单的地区。 碾压式堆石坝： 先将块石级配料薄层铺填，然后用振动碾压实。 堆石体紧密，沉降量小，抗剪强度高，但仍有较强的透水性。 堆石的填筑以密实度作为标准，以干重度作为设计指标。