概论高混凝土面板堆石坝设计新理念.pdf

2 0 1 4年第 3期 ( 第4 2卷) 黑龙江水利科技 H e i l o n g j i a n g S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y o f Wa t e r C o n s e r v a n c y No ． 3 ． 2 0 1 4 ( T o t M N o ． 4 2 ) 文章编号： 1 0 0 7— 7 5 9 6 ( 2 0 1 4 ) 0 3—0 0 4 5— 0 3 概 论高混凝 土面板堆石坝设计 新理念 冯 俊 ( 贵州省水利水电勘 测设 计研 究院 ， 贵阳 5 5 5 0 0 0 2 ) 摘要 ： 文章阐述了我国高混凝土面板堆石坝安全布置、 趾板、 混凝土面板以及坝基的处理 ， 在 分析了高混凝土面板堆石坝工作性状及其影响因素的基础上 ， 进一步论述了高混凝土面板堆 石坝的设计理念。其主要体现在要保证大坝变形安全， 在坝体分区设计、 筑坝材料选择、 开挖 料利用、 坝体填筑标准和形象建设 、 面板填筑与坝体填筑两者在时间与空间上的关系等 ， 设计 施工理念 中变形协调原则极为重要 。 关键词： 高混凝土面板堆； 石坝布置； 趾板； 坝基 ； 变形安全 中图分类号： T V 6 4 1 ． 4 3 文献标识码 ： A Br i e f Di s c u s s i o n o n Ne w De s i g n Co n c e p t i o n f o r Hi g h Co n c r e t e Fa c e - pl a t e Ro c k fil l Da m F E NG J u n ( G u i z h o u P r o v i n c e Wa t e r C o n s e r v a n c y＆H y d r o p o w e r I n v e s t i g a t i o n ， D e s i g n a n d R e s e a r c h I n s t i t u t e ， G u i y a n g 5 5 0 0 0 2 ， C h i n a ) Abs t r a c t： Th e h i g h c o nc r e t e f a c e r o c k fil l d a m l a y o u t ，t o e s l a b， c o nc r e t e f a c e — p l a t e，a n d f o u nd a t i o n t r e a t me n t a r e e l a b o r a t e d i n o u r c o u n t r y ．On t h e b a s i s o f t h e a n a l y s i s o f t h e i n flu e n c e f a c t o r s a n d wo r k i n g b e h a v i o r f o r hi【g h c o n c r e t e f a c e r o c k f i l l d a m ， t h e n e w d e s i g n c o n c e p t i o n o f hi g h c o n c r e t e f a c e r o c k f i l l d a m i s f u r t h e r e x p o u n d e d ． I t ma i n l y ma n i f e s t s i n e n s u r i n g t h e s a f e t y o f d a m d e f o r ma t i o n， d a m z o n i n g d e s i g n， c o n s t r u c t i o n ma t e r i a l ， a n d e x c a v a t e d ma t e r i a l u t i l i z a t i o n， d a m fi l l i n g n e e d l e a n d i ma g e b u i l d i n g ， f a c e — p l a t e fi l l i n g a n d d a m fi l l i n g ， t h e r e l a t i o n s h i p i n t i me a n d s p a c e， e t c ． T h e d e f o rm a t i o n c o o r d i n a t i o n i s a n i mp o r t a n t p rin c i p l e i n t he d e s i g n a n d c o ns t r u c t i o n ph i l o s o p h y． Ke y wo r d s ： h i g h c o n c r e t e f a c e — p l a t e r o c k fi l l d a m； r o c k f i l l d a m l a y o u t ； t o e b o a r d； d a m f o u n d a t i o n 1 坝的布置和坝体 分区 1 ． 1 坝 的布置 坝轴线应根据坝址的地形地质条件 ， 按有 利于 趾板及枢纽 中其他建筑物布置 、 方便施工 的原则 ， 经 技术经济比较后确定。坝轴线宜布置成直线。允许 堆石坝体建在密实的河床 冲积层上 。当冲积层 内有 粉细砂层 、 黏性土层 时， 应 结合坝体 稳定 和变形 分 析， 论证其安全性 和经济合理性。在坝肩布 置溢 洪 道时 ， 应作好面板和溢洪道边墙或导墙 的连接设计 。 在枢纽布置中， 在确定建筑物形式和尺寸时 ， 宜结合 建筑物岩石开挖 量和坝体 填筑量 的平衡进行 综合 比较 ⋯ 。 1 ． 2 坝体分区 坝体应根据料源及对坝料 的强度 、 渗透性 、 压缩 性 、 施工方便 和经济合理 等要求 进行分 区。用硬岩 堆石料填筑的坝体可按 图 1分 区 ， 从上游 向下游依 次可分为垫层区、 过渡 区、 主堆 石 区及下游堆石 区。 在周边缝下应设特殊垫层 区。1 0 0 m以上 的坝 面板 上游面下部应设上游铺盖 区及盖重 区。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 [ 收稿 日期] 2 0 1 3—1 2—1 2 [ 作者简介] 冯俊( 1 9 6 5 一) ， 女， 责 Il 贵阳人， 高级工程师， 从事水工建筑物的设计工作。 ． -．—— 45 ．．．— — 2 0 1 4年第 3期 ( 第4 2卷) 黑龙江水利科技 H e i l o n g j i a n g S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y o f Wa t e r C o n s e r v a n c y No ． 3 ． 2 0 1 4 ( T 0 t a l N o ． 4 2 ) 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 。必要时 ， 可在坝体下游 坝址水下设硬岩抛石体， 此抛石区可为下游围堰的 组成部分。结合建筑物开挖石料和近坝 区可用 的料 源， 坝体可增加其他分 区。岩 基上硬岩堆石坝体分 区示意图见图 1 。 图 1 岩基上硬岩堆石坝体分区示意图 图 I中， l 为上游铺盖区； 1 B为盖重区； 2 A为垫 层区； 2 B为特殊垫层 区； 3 A为过渡 区； 3 B为主堆石 区； 3 C为下游堆石区； 3 E为抛石区 ； P为块石堆砌 ； Q 为按坝料特性及坝高而定 ； F为面板。 2趾板 2 ． 1 趾板定线和布置 趾板宜置于坚硬 、 不冲蚀和可灌浆 的弱风 化至 新鲜基岩上。对置于强风化或有地质缺陷的基岩上 的趾板 ， 应采取专 门的处理措施 。中低坝 的趾板 可 置于砂砾石地基上 ， 高坝应 经专门论证。岩石 地基 上趾板布置应依 据地形 和地质 条件选定 ， 宜采用平 趾板的布置形式 ； 当岸坡很 陡时 ， 可采用其他 的布置 形式； 当受到地形或地质条件限制时， 可采用增加连 接板或回填混凝土等措施弥补 【 2 ] 。 2 ． 2 趾板尺寸 趾板的宽度可根据趾板下基岩的允许水力梯度 和地基处理措施确定 ， 其最小宽度宜 为3 m。趾版下 基岩的允许水力梯度见表 1 ， 允许 的水力梯度宜符合 表 1的规定 。 表 1 趾板下基岩的允许水力梯度 趾板宽度在满足灌浆孔 布置后 ， 可 以通过 在趾 板下游设置防渗板 ( 钢筋混凝土板或钢筋 网喷混凝 土板 ) 延长渗径满足水力梯度要求 ， 并用反滤料覆盖 在防渗板的上面及其下游部分岩 面上 ] 。趾板的厚 度 0 ． 9 m， 两岸坝高较低部位， 可放宽 要求。高坝趾板宜按高程分段采用 不同宽度和 厚度 。 2 ． 3 趾板混凝土及其配筋 趾板混凝 土的要求和面板混凝 土的要求相 同。 趾板混凝土防裂措施和面板混凝土相同。趾板宜采 用单层双向钢筋 ， 每向配筋率可采用0 ． 3 ％ ～ 0 ． 4 ％ 。 岩基上趾板钢筋的保护层厚度为 1 0～1 5 c m； 非岩基 上趾板 ， 钢筋宜 布置在趾 板截面 的中部。趾板应用 锚筋与基岩连接 ， 锚 筋参数可按经验确定 。趾板建 基面附近存在缓倾角结构面时 ， 锚筋参数 应根据稳 定性要求或抵抗灌浆压力确定。 3 混凝土面板 3 ． 1 面板尺寸和分缝 面板 的厚度 应使 面板 承受 的水力梯 度 不超 过 2 0 0 。高坝面板顶部厚度宜取0 ． 3 m， 并 向底 部逐渐 增加 ， 可按下式确定 ： t=0 ． 3+( 0 ． 0 0 2—0 ． o o 3 5 ) 日 ( 1 ) 式中： t 为面板的厚度 ， m； H为计算断面至面板顶部 的高度 ， m。 中低坝可采用0 ． 3— 0 ． 4 m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1 2～1 8 m。分期浇筑 的面板 ， 其 顶 高程宜低于浇筑平台的填筑高程5 m左右 ， 其水 平缝 按施工缝处理。 3 ． 2 面板混凝土设计及配筋 面板混凝 土强度 等级 ≥C 2 5 ， 抗渗 等级 ≥w 8 ， 抗冻等级应按照D L ／ T 5 0 8 2 的规定确定 。面板混凝土 宜采用5 2 5 硅酸盐水泥或普通硅 酸盐水泥 。当采用 其他水泥品种和标号 时， 应进行对 比试 验确定。面 板混凝土中宜掺粉煤灰或其他优质掺合料。粉煤灰 质量等级 不 宜低 于 Ⅱ级 ， 掺 量一 般 为 1 5 ％ ～ 3 0 ％ 。 严寒地区取较低值 ， 温和地 区取较 高值 。砂料较 粗 时宜采用粉煤灰超量取代水 泥措施 ， 改善混凝 土性 能 。粉煤灰的质量应符合D L ／ T 5 0 5 5 的要求。面板混 凝土应掺用引气剂和减水剂 ， 根据需要 ， 也可掺用调 节混凝土凝结时间的其他种类外加剂 。采用 的外加 剂和掺合料的种类及掺量应通过试验确定。 面板混凝土应采用二级配骨料。用于面板的砂料 吸水率应≤3 ％， 含泥量应≤2 ％， 细度模数宜在2 ． 4— 2 ． 8 之间。石料的吸水率应≤2 ％， 含泥量应 ≤l ％。面板混 冯俊： 概论高混凝土面板堆石坝设计新理念 第 3期 凝土的水灰 比， 温和地区应 ≤0 ． 5 0 ， 寒冷和严寒地区应 GO ． 4 5 。溜槽入口处的坍落度宜控制在3～ 7 e m， 混凝 土的含气量应控制在4 ％～ 6 ％。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 ％ 一 0 ． 4 ％， 水平向配筋率可低于竖向配筋率。在高 坝周边缝及临近周边缝 的垂直缝两侧宜配置抵抗挤压 的构造钢筋。经论证 ， 面板局部可采用双层配筋。 3 ． 3面板防裂措施 面板混凝土应进行配合 比优化设计。采用优质 # t - ／ J n 剂和掺合料 ， 降低水泥用量 ， 减少水化热温升和 收缩变形。根据工程实际条件 ， 选用热膨胀 系数较 小的骨料配制面板混凝土。面板的基础表 面整体应 平顺 ， 不应 存在 大起 伏差 ， 局 部不 应形成 深坑或尖 包 。侧模应平直 。 面板基础可采用抗压 强度 为5 MP a 的碾压砂浆 或喷乳化沥青。当采用喷混凝土 时， 其2 8 d 抗压 强 度应控制在5 M P a 左右 ， 喷混凝土中可掺不低于 Ⅲ级 的粉煤灰。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，必要时应采取措施降低人仓 温度。面板混凝土出模 后应及时覆盖保温保湿 ， 进 行不问断的潮湿养护 ， 防曝晒、 防大风 、 防寒潮袭击 ， 防养护水冷击 ， 直到水库蓄水 为止或至少9 0 d 。寒 冷地区面板 混凝土还应进行有效 的表面保温 ， 直到 水库蓄水为止。面板裂缝宽度 > 0 ． 2 m m或判定为贯 穿性裂缝时， 应采取专 门措施进行处理 ； 严寒地 区和 抽水蓄能电站的混凝土面板堆石坝 ， 面板裂缝处理 的标准应从严确定。 4坝基处理 4 ． 1 基础 开挖 趾板基础开挖面应平顺 ， 避免陡坎 和反坡。当 有妨碍垫层料碾压 的反坡和陡坎 ， 应作削坡或 回填 混凝土处理 ， 或重新调整趾板位置。趾板 高程 以上 的上游边坡应按永久边坡设计。趾板区下游接上坡 开挖时， 其坡度应 比面板 的坡度缓 ； 接下坡开挖时 ， 坡度应 不 陡于1 ：0 ． 5 。堆石 坝体 可置 于风化 岩基 上 ， 变形模量应 ≥堆 石坝体的变形模量。趾板下游 约0 ． 3— 0 ． 5 倍坝高范围内的堆石体地基宜具备低压 缩性 ， 开挖后 ， 不允许有妨碍堆石碾压的反坡和陡于 1 ：0 ． 2 5 的陡坎 ； 其余部 分对 地基 压缩性 可放 宽要 求 ， 开挖后只需满 足开挖坡 的稳定要求 。河谷岸坡 很陡时 ， 在坝轴线上游的两岸开挖坡度应和在堆石 体内设置低压缩 区一并专门论证 。坝基砂砾石层 的 开挖 ， 应经详细勘察 、 试验和论证后确定。 4 ． 2 坝基处理 趾板范围内的基岩如有断层 、 破碎带和软弱夹 层等不良地质条件时， 应根据它们 的产状、 规模 和组 成物质， 研究其渗透、 渗透变形和溶蚀后对坝基的影 响 ， 确定趾板下基岩允许 的水力梯度 、 防渗处理和渗 流控制措施( 如混凝土塞 、 截水墙 、 扩 大趾板宽度或 设下游防渗板 ， 并在其上和下游用反滤料保护等) 。 应做好趾板下基岩的固结灌浆和帷幕灌浆设 计。固结灌浆孔宜布置为2～ 4 排 ， 深度应 ≥5 m。帷 幕宜布置在趾板 中部 ， 帷幕灌浆孔 的布置一般 为 1 排， 1 、 2级坝及高坝的帷幕深度可按深入岩体透水率 为 3～ 5 L u 区域内5 m， 其他的坝为 5—1 0 L u 区域 内 5 m， 或按( 1 ／ 3—1 ／ 2 ) 坝高确定 ， 并 作好两岸坝肩 的 渗流控制 。在复杂 的水文地质条件 下， 或相对不透 水层埋藏较深时， 防渗帷幕应结合类似工程经验专 门设计。灌浆设计应规定专 门措施提高灌浆帷幕 的 耐久性 和对表 层 基岩 的灌 浆压 力 ， 并 经灌 浆试 验 验证 。 趾板建在河床砂砾石层上时 ， 可采用混凝土防 渗墙防渗 ， 防渗墙底部应嵌入 弱风化基岩。应作好 渗流出逸区的反滤保护及趾板和防渗墙之间的连接 设计。当趾板建在岩溶地基上时， 其防渗处理方法 和岩溶地区坝基处理方法相 同， 可在趾板上设置灌 浆廊道。 5 结语 堆石坝体变形是影响高混凝土面板堆石坝的主 要因素 ， 因此高混凝土面板堆石 坝的设计理念之一 是要保证大坝变形安全 ， 在坝体分 区设 计、 筑坝材料 选择、 开挖料利用、 坝体填筑标准和形象进度、 面板 浇筑与坝体填筑两者在时间与空间上 的关系等设计 施工理念中变形协调原则极为重要。 参考文献： [ I ] 吴利平．九甸峡水利枢纽工程筑坝材料特性研究[ J ] ．甘 肃水利水电技术， 2 0 1 0 ， 4 0 ( 0 3 ) ： 2 6— 2 8 ． [ 2 ] 司洪洋 ， 朱铁 ．小干沟混凝土面板堆石坝利用砂砾石料 的研究[ J ] ．水利水运工程学报， 1 9 9 0 ( 0 3 ) ： 8 9— 9 6 ． [ 3 ] 梅锦煜 ．高混凝土面板堆石坝堆石体施工期变形研究 [ J ] ．水利水电技术 ， 2 0 0 6 ( 0 7 ) ： 2 0— 2 3 ． -———— 47 - -— —