面板堆石坝课件

2023/6/71第七节面板堆石坝一、概述二、坝体结构

三、构造设计四、材料分区五、研究问题2023/6/72定义：

用堆石或砂砾石分层碾压填筑成坝体，用混凝土面板作防渗体的坝，简称“面板堆石坝”或“面板坝”。一、概述发展过程：19世纪及20世纪早期为抛填堆石坝阶段；美国采矿、淘金抛石填筑、高压水枪冲实沉降大面板难以承受大变形1940年后的20年内，抛填堆石坝向碾压堆石坝发展，出现了土质心墙堆石坝、斜墙堆石坝；太沙基薄层碾压1965年后，碾压堆石坝。2023/6/73中国水利水电第十二工程局承建的混凝土面板堆石坝工程分布图2023/6/74西北口面板堆石坝，坝高95m2023/6/75江西东津88.5m2023/6/76兴山古洞口118m2023/6/77水布垭水利枢纽，是清江梯级水电开发的龙头枢纽工程。主要建筑物有混凝土面板堆石坝、溢洪道和地下厂房。大坝坝顶高程409米，最大坝高233米，是世界上最高的面板堆石坝；安装4台46万千瓦水轮发电机组，总装机容量184万千瓦2023/6/78坝高233m2023/6/79

天生桥---中国的高面板坝2023/6/710

塞沙那---第一座现代面板坝面板坝澳大利亚,坝高110m

2023/6/711

阿里亚---面板坝发展的一个里程碑巴西,坝高160m

2023/6/71212

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220.00m1993年开始蓄水，水位达218.90m1998年达最高水位223.46m1997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号渗流量突增至最大260L/s，随水位而增减2023/6/713IWHR,CHINA-13-2023/6/7巴西CamposNovos面板堆石坝

坝高202m，巴西最高面板堆石坝

CamposNovos

水电站装机880MW2001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

堆石材料为玄武岩，总方量1.21×106m32023/6/714巴贡水电站位于马来西亚拉让江上游，最大坝高203.5m，库容440亿m3，是除中国水布垭电站之外在建的世界第二高面板堆石坝中国水利水电建设集团公司旗下的水电七局2023/6/715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2023/6/7162023/6/7172023/6/7182、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：先将堆石级配料薄层铺填，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。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。2023/6/719面板堆石坝的优点：抗滑稳定性好。水荷载→面板→坝体，整个堆石坝重量及面板上部分水重抵抗水压；分层碾压的堆石密实度高，抗剪强度大。坝坡1：1.3或1：1.4，对应坡角37.6°或35.5°，接近松散抛填堆石的自然休止角，大大低于碾压堆石的内摩擦角（大于45°），大多数堆石坝不做稳定分析。坝坡陡，断面小，枢纽布置紧凑。透水性好，抗震性能强。排水性好，处于无水状态，地震时不会产生孔隙水压力，不会液化或坝坡失稳。施工导流方便，坝体可过水。施工受雨季影响小，可分期施工。2023/6/720振动碾2023/6/721坝面碾压2023/6/722二、坝体结构混凝土面板堆石坝主要由堆石体和防渗系统组成。2023/6/723名称位置作用要求垫层区面板下方平整面板，避免应力集中；减少水荷载引起的变形；辅助防渗粒径不能太大，有较多细料；良好级配过渡区垫层区和主堆石区之间保护垫层并起过渡作用级配连续，最大粒径≤300mm，低压缩性和高抗剪强度，自由排水性能

主堆石区坝体上游是承受水荷载的主要支撑体低压缩性、高抗剪强度、较好的透水性和耐久性。硬岩堆石料或砂砾料

次堆石区坝体下游与主堆石区共同保持坝体稳定，其变形对面板影响轻微软岩堆石料1、堆石体由垫层区、过渡区、主堆石区、次堆石区组成2023/6/724（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。垫层材料选择垫层尺寸和碾压要求2023/6/7252023/6/7262023/6/727（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。材料选用新鲜、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。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。2023/6/728（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。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。2023/6/729（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。2023/6/7302、防渗系统由钢筋砼面板、趾板、趾板地基的灌浆帷幕、周边缝和面板间的接缝止水组成。a、面板

位于堆石坝体上游面起防渗作用的混凝土结构。应根据坝体变形及施工条件进行面板分缝分块。垂直缝的间距可为12～18m。

在两坝肩附近的面板应设张性垂直缝（A缝），其余部分的面板设压性垂直缝（B缝）。张性垂直缝的数量可根据地形地质条件参照工程经验或有限元计算确定。两岸垂直缝在距周边缝法线方向约0.6～1.0m范围内，应垂直于周边缝布置成折线形式。2023/6/7312023/6/7322023/6/733

面板水平施工缝的设置宜考虑施工条件，满足临时挡水或分期蓄水的要求。继续浇筑混凝土之前，施工缝的缝面应经凿毛处理，清理干净，缝面用水湿润，铺一薄层高强度砂浆。面板钢筋应穿过缝面。

分期浇筑的面板，其施工缝应低于填筑体顶部高程，高差宜大于5m。如发现已浇筑面板与垫层间有脱空现象，应以低标号、低压缩性砂浆等灌注密实后再浇筑面板混凝土，保证其良好结合。2023/6/734面板厚度的确定应满足下列要求：便于布置钢筋和止水，其相应最小厚度为0.30m；控制渗透水力梯度不超过200；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，降低造价。

面板的顶部厚度宜取0.30m，并向底部逐渐增加，在相应高度处的厚度：

t＝0.30十(0.002～0.0035)H式中t——面板厚度，m；

H——计算断面至面板顶部的垂直距离，m。中低坝可采用0.3～0.4m等厚面板。2023/6/735b、趾板：

连接地基防渗体与面板的混凝土板。保证面板与河床及岸坡间的不透水连接，同时是基础帷幕的盖板和滑模施工的起始工作面。岩基上趾板厚度可小于与其连接的面板厚度，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，可按高程分段采用不同厚度。

趾板下游面垂直于面板底面的高度应不小于0.9m。趾板一般可不作稳定分析。厚度超过2m时，需进行稳定和应力分析。趾板稳定分析用刚体极限平衡法。计算中不计趾板锚筋作用及面板与趾板之间的传力。堆石压力只能考虑堆石的主动压力，或考虑面板下的堆石在面板承受水库压力后产生的侧向压力。2023/6/7362023/6/737c、接缝止水周边缝应设置止水。底部止水铜片应选为最基本的防渗线，中部Pvc或橡胶止水片及顶部止水视情况选用。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，可以是其中的一种止水材料，也可以是柔性填料和无粘性材料两种止水材料。低坝和50m以下中坝可以只采用一道底部止水。中坝及100m以下高坝宜设置底、顶部两道止水。100m以上的高坝宜选用底、顶部两道止水，或底、中、顶部三道止水。

不同坝高的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。高坝张性垂直缝宜采用底、顶部两道止水，中、低坝可只采用一道底止水，其结构同压性缝。2023/6/738

面板水平施工缝须用钢筋穿过，应不设止水。

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。

防浪墙与面板的水平接缝，宜设置底、顶部两道止水。

中间与顶部止水均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部止水连接；周边缝柔性止水可用柔性填料塞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。

寒冷地区在水位变动区不应采用角钢、膨胀螺栓作为柔性填料面膜的止水固定件，宜采用粘结材料，以避免遭到冻胀的破坏而失去其固定作用。

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。2023/6/7392023/6/7402023/6/7412023/6/742三、构造设计1、防浪墙作用：挡水、防浪，减少堆石填筑方量，防浪墙延伸到两岸与坝头基岩连接，形成完整的防渗体系。面板坝坝体稳定性能好，坝体沉降量较小，采用高防浪墙可减少填筑方量，降低造价。多采用“L”型钢筋混凝土墙。防浪墙应设伸缩缝，其止水应和面板的止水或面板与防浪墙问水平接缝的止水连接。2、坝顶宽度坝顶宽度根据坝高、交通要求、施工场地确定，若不考虑坝高因素，可采用5米。2023/6/7433、坝体坡度根据岩基强度和构造、坝料性质以及坡面滚石的安全性确定。岩基上，材料坚硬、级配良好坝高＞140m，采用1：1.4；坝高小于110～130m，采用1：1.3；材料不够理想，可放缓坝坡。上游坡不设变坡，如无特殊要求，下游一般不设马道。高山峡谷区，设“之”字形上坝公路。2023/6/744四、材料分区1、目的

在保证大坝可靠运行前提下，尽量利用枢纽的开挖料及坝址附近的材料，获得最大经济效益。2、原则各区材料之间满足水力过渡要求，从上游向下游渗透系数递增，下游坝料对上游相邻材料有反滤作用；变形模量从上游向下游递减，保证蓄水后坝体变形小，防止面板和止水系统破坏；充分利用开挖石渣，以达到经济目的。

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坝体分区，并确定相应填筑标准。2023/6/745

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。垫层区、过渡区、主堆石区及下游堆石区材料的填筑标准，应根据坝的等级、高度、河谷形状、地震烈度及料场特性等因素，并参考同类工程经验综合确定。

特殊垫层区：位于周边缝下游侧垫层区内，对周边缝及其附近面板上铺设的堵缝材料及水库泥沙起反滤作用。上游铺盖区：用粉土、粉细砂、粉煤灰或其他材料覆盖在面板及周边缝上，起辅助防渗作用。盖重区：覆盖在上游铺盖区上的渣料，维持上游铺盖区的稳定，并起保护作用。周边缝：面板与趾板或趾墙间的接缝。

2023/6/746坝料填筑标准料物或分区孔隙率(%)相对密度垫层料

过渡层细堆石料

主堆石区堆石料

下游区堆石料

砂砾石料15～20

18～22

20～２5

23～280.75～0.85

各区坝料填筑标准可根据经验初步确定，其值可在上表范围内选用。设计应同时规定孔隙率(或相对密度)、坝料级配范围和碾压参数。设计干密度可用孔隙率和岩石密度换算。2023/6/747稳定分析砼面板堆石坝坝坡参照已建工程选用，一般可不进行稳定分析。存在下列情况之一时，须进行稳定分析：坝基有软弱夹层或坝基砂砾石层中存在细砂层、粉砂层或粘性土夹层；坝址位于地震设计烈度8、9度的坝；施工期堆石坝体过水或堆石坝体用垫层挡水度汛、且挡水水深较高时；坝体用软岩堆石料填筑；地形条件不利。应力和变形

100m以上高坝或地形地质条件复杂的坝，坝体应力和变形宜用有限元法计算。有限元计算的参数宜由试验结合类似工程分析确定。试验用模拟料、制样条件