面板堆石坝
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面板堆石 坝
面板堆石坝前言混凝土面板堆石坝是堆石坝的一种型式。
堆石坝是以堆石作为其结构主体，分心墙防渗及面层防渗。
砾石性质与堆石相似，一般将心墙砾石规划为土坝，混凝土面板砾石坝划为面板堆石坝。
面层防渗堆石坝以混凝土面板坝为主，其他还有木料、浆砌块石、喷混凝土、沥青和钢面板等堆石坝。
心墙堆石坝以土墙堆石坝为主，其他还有混凝土、木料、钢板和沥青心墙等堆石坝。
最早的堆石坝，学术界一般认为发生在加利福尼亚淘金热时期（18世纪60-70年代），在加利福尼亚东部内华达花岗岩块状山脉地区。
那时矿工需要修建水库及积蓄融化的雪水供淘金之需。
可以利用的当地材料只有坚硬岩石，山麓堆积的岩块和茂密的森林，加上矿工熟知钻爆技术，于是产生了木面板防渗的框笼填石堆石坝。
灌溉公司和发电公司以后接管了这写坝，并利用抛填堆石加高与木面板防渗。
1910年前抛填堆石坝均采用木面板防渗，最大坝高达30m，坝坡采用1：0.5-1：1.0，其上游坝面采用干砌石抵挡施工时抛填石的滚落。
这说明抛填堆石坝的内摩擦角远大于其天然休止角、低围压时具有很高的抗剪强度。
由于施工机械的发展，为了节省费用及加快施工进度，1910年开始采用堆石的天然休止角（相当于坡度1：1.3-1：1.4）修建抛填堆石坝，并采用混凝土面板防渗。
学术界一般将面板堆石坝分为三个时期：早期约为1850-1940年，过渡期为1940-1970年，现代期为1970年以后。
此外，面板堆石坝一般由三个部分组成，即防渗面板、防渗接地结构、堆石坝体。
防渗面板是面板堆石坝的防渗部件，面板通过周边缝与防渗接地结构连接，面板是堆石坝体的防渗部件。
防渗接地结构主要控制通过地基及两岸坝基的渗流，减小漏水量，使漏水得到安全排泄。
堆石坝体则是面板的支撑结构，也是面板的基础，并且要安全排泄通过面板及其接缝的漏水。
本综述主要介绍面板堆石坝的历史背景、有关概念以及综述的范围，扼要说明混凝土面板堆石坝的现状和发展方向，概括混凝土面板堆石坝的一些常用设计方法，探讨学术界存在的一些争论焦点和存在的关键技术问题。
面板堆石堆石坝课件
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。
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
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：
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。
面板堆石坝
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（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。
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2、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。
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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
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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；
【水利课件】8 面板堆石坝共31页
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。
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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。
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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；
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振动碾
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坝面碾压
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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。
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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。
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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；
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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。
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三、面板浇筑
面板是防渗的，基本不受力。30~60cm厚。 主要施工设备 ：滑模法（无轨）、溜槽、慢速卷扬机，混凝土运 输设备等 滑动模板系统：模体系统（模板及其支撑、行走机构、操作平 台）、牵引系统和轨道系统三大部分。 有轨的和无轨滑动模板（仓内新混凝土受力，依靠侧模板保护滑面的 平整）， 行走：千斤顶、卷扬机、爬钳 面板浇筑：连续浇筑和分期浇筑（高坝，分设施工缝）。 混凝土运输：混凝土泵、溜槽。混凝土的和易性和粘聚性 入仓、震捣 牵引滑升。 速度2~3m/h 面板养护：保温保湿
坝体及混凝土面板的变形特性
坝体的最大沉降变形
坝体的沉降变形特性
上游变形大于坝轴线变形而小于下游变形；
沉降变形主要还是受其上部堆石填筑重量
与坝料本身性质的影响。
大坝水平位移特性
95
93.5 178 132.5 131.8 129.5 124.4
灰岩
花岗岩 灰岩 流纹斑岩 砂砾石 灰岩 凝灰岩
2.29（0.22）Байду номын сангаас
2.26 2.20（0.19） 2.19（0.176） 2.27 2.22（0.175） 2.23（0.136）
2.18（0.28）
2.10（0.19） 2.12（0.22） 2.12（0.195） 2.34 2.14（0.205） 2.10（0.197）
现代工程实践中普遍使用振动碾对堆石进行分层碾压。 当堆石体受到振动时，具有不同大小、不同质量的堆石颗 粒，在振动的作用下将获得不同的往复惯性力。由此在相 邻堆石颗粒之间产生动剪应力，同时由于往复惯性力的作 用，呈粒状结构的堆石颗粒之间的摩擦阻力极易丧失，联 接极易破坏。因此，堆石颗粒能够比较容易地相互移动、 充填，使堆石达到更密实的结构状态。 堆石料压实的影响因素，可大体分为三个方面。即材料性 质、压实机械和压实工艺。 堆石料的压实性质主要取决于堆石的材料性质，影响堆石 料压实的因素，主要是堆石级配与加水情况的影响比较大， 选择合适的不均匀系数Cu值与加水等施工工艺可以提高 碾压质量。
面板堆石坝构造区划资料
面板堆石坝构造区划资料简介面板堆石坝是一种常见的水利工程结构，广泛用于水库、河道和渠道的修建。
本文档旨在提供面板堆石坝构造区划资料，以帮助读者了解该类型水利工程的基本构造和组成。
构造区划资料面板堆石坝主要由以下几个部分组成：1. 坝体：面板堆石坝的主要构造部分，由大块的石块堆积而成。
坝体承受水压和其他外力，确保坝的稳定性和安全性。
2. 上游保护面：面板堆石坝上游的一层特殊结构，用于减少水流对坝体的侵蚀和冲刷。
上游保护面通常采用防冲设施，如喷砂层或混凝土面板。
3. 下游面：面板堆石坝下游的一层特殊结构，用于缓冲和消散下游水流的能量，减轻坝体的压力。
下游面一般由自然坡度或人工排列的坎阶组成。
4. 溢流堰：位于面板堆石坝上游的一段区域，用于控制和调节水流，避免坝体溃决。
溢流堰通常由混凝土或金属构筑物构成，具有一定的泄洪能力。
5. 导流设施：用于引导坝体上游的水流，以减轻溢流堰或泄洪洞的压力。
导流设施包括引水隧洞、引流管道等。
注意事项在设计和建设面板堆石坝时，需要考虑以下注意事项：1. 地质勘察：对于面板堆石坝的选址和设计，需要进行详细的地质勘察，以了解地质条件和稳定性风险。
2. 坝体强度：需要根据设计要求和水力条件确定面板堆石坝的坝体强度和稳定性要求，确保坝体不会发生破坏或溃决。
3. 防渗措施：面板堆石坝需要采取有效的防渗措施，以防止水流通过石块间隙渗透到坝体内部。
4. 坝基处理：对于坝基地质条件较差的情况，需要进行坝基处理，以提高坝体的稳定性和安全性。
5. 监测与维护：面板堆石坝建成后，需要进行定期的监测和维护工作，及时发现和处理可能存在的问题，确保工程的长期稳定运行。
结论面板堆石坝是一种重要的水利工程结构，具有较好的经济效益和社会效益。
通过了解面板堆石坝的构造区划资料，可以更好地理解该类型水利工程的组成和要点，为相关设计和施工工作提供参考和指导。
面板堆石坝
主要施工设备 ：滑模法（无轨）、溜槽、慢速卷扬机，混凝土运 输设备等
滑动模板系统：模体系统（模板及其支撑、行走机构、操作平 台）、牵引系统和轨道系统三大部分。
有轨的和无轨滑动模板（仓内新混凝土受力，依靠侧模板保护滑面的 平整），
行走：千斤顶、卷扬机、爬钳
面板浇筑：连续浇筑和分期浇筑（高坝，分设施工缝）。
有一定级配的岩石颗粒的集合体，其主要特点为：
（1）堆石是一种以颗料为主并具有一定级配的无凝聚性材料，其 最大粒径取决于施工要求，一般不大于600～800mm，小于25mm 的颗粒含量不大于50%，小于5mm的颗粒含量不大于30%～40%， 小于0.1mm的颗粒含量在10%左右；
（2）优质的堆石料，应具有能够自由排水的性质，其渗透系数 不应小于1×10-3cm/s；
堆石的颗粒级配有两个明显的特点。第一，在受力条件下， 颗粒产生破碎，因此级配是可变的；第二，试验级配往往 不是原型级配。试验级配受场地、规模等试验条件的限制， 需要按照一定的方法缩制处理。如相似模拟法、剔除法、 等量替换法或综合法等。但是，不管哪种情况下的级配， 其级配特性或颗粒大小分布状态，对于堆石的工程性质都 有较大的影响。
堆石体的填筑压实所施加的外力，主要有三种形式，即静压力、冲击 力和振动力。
堆石属散粒材料，其颗粒多呈块状、浑圆状（卵石），且在三个轴方 向的尺寸相差不太大。此种材料的堆积体（填方）与粘性土不同，其 结构呈单粒状排列。颗粒之间的连接方式，只有简单的邻接接触与咬 合连接，因此，颗粒之间连接强度主要为摩擦阻力。此种摩擦阻力， 在静力条件下比较难以克服，但在振动条件下，则比较容易克服而使 堆石颗粒产生位移，填充空隙，从而使堆石体得到压实。故
混凝土运输：混凝土泵、溜槽。混凝土的和易性和粘聚性
面板堆石坝简介课件
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治理
建立健全移民安置政策，保障移民的合法 权益；同时加强与当地社区的沟通和合作 ，促进地方经济的可持续发展。
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面板结构
面板是坝体的重要组成部分，通常由 混凝土浇筑而成，具有足够的强度和 耐久性，能够承受水压力和限制堆石 体的变形。
面板堆石坝的优点与缺点
优点
结构简单、安全可靠、施工方便 、造价低廉、维护管理容易等。
缺点
对地质条件要求较高、施工期较 长、对环境影响较大等。
02
面板堆石坝的施工方法
Chapter
养护
对浇筑后的面板进行养护，保持适 宜的温度和湿度，促进混凝土的硬 化和强度增长。
特殊情况处理
裂缝处理
对出现的裂缝进行及时处理，采用灌 浆、填补等方法进行修复。
不均匀沉降处理
对不均匀沉降的坝体进行处理，采取 加固、纠偏等措施，确保坝体的稳定 性和安全性。
03
面板堆石坝的应用与案例
Chapter
应用领域与范围
根据地震历史记录和工程地质条件，分析地震对坝体的影响。
抗震措施
加强坝体结构的连接和锚固，设置减震消能设施，提高坝体的抗震能力。
05
面板堆石坝的维护与加固
Chapter
日常维护与检修
坝体表面清理
定期清除面板堆石坝表面的杂物、藻类和污垢， 保持坝体外观整洁。
裂缝检查
定期对坝体表面和内部裂缝进行检测，记录裂缝 的位置、长度和宽度，评估其发展趋势。
稳定性分析坝坡ຫໍສະໝຸດ 定性分析采用极限平衡法、有限元法等计算坝坡的稳定性。
面板抗滑稳定性分析
考虑面板与垫层之间的摩擦力、锚杆的锚固力等。
渗流分析与防渗措施
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一、趾板与堆石地基处理、趾板浇筑和 基础灌浆
包括 （1）基础开挖
（2）地质缺陷处理
（3）趾板混凝土浇筑
（4）趾板灌浆（先固结后帷幕）
趾板布置在面板的周边、坐落于河床及两岸基岩的钢筋
混凝土结构。与面板共同作用，为坝基以上的防渗体，与 下部基岩（经过固结灌浆、帷幕灌浆）形成整体。承上启 下的防渗结构。。
堆石的颗粒级配有两个明显的特点。第一，在受力条件下， 颗粒产生破碎，因此级配是可变的；第二，试验级配往往 不是原型级配。试验级配受场地、规模等试验条件的限制， 需要按照一定的方法缩制处理。如相似模拟法、剔除法、 等量替换法或综合法等。但是，不管哪种情况下的级配， 其级配特性或颗粒大小分布状态，对于堆石的工程性质都 有较大的影响。
（2）过渡区 保护垫层在高水头作用下不产生破坏。级配粒径符合反滤要求。
小于350mm。水平宽度4m。
（3）主堆石区 坝稳定的主体。粒径最大600mm，级配良好。
（4）下游堆石区 和次堆石区 采用超径料甚至质量较差的料。
（5）上游混凝土面板 30~60cm，
（6）下游护面 块石
施工主要程序
堆石的颗粒级配一般采用级配曲线及其特征粒径和级配参 数来表示。表征级配的特征粒径及与其有关的特性指标有： 最大粒径dmax、5mm以上颗粒的含量P5、含泥量P0.1、 d10、d60、d30、d15、d85、不均匀系数 （d60/d10）、曲率系数Cc（）等。
通常采用粗粒含量(即大于5mm颗粒的相对含量)或颗粒 加权平均粒径来表示级配的粗细程度；以不均匀系数和曲 率系数表示级配的优劣。级配特征值与工程性质特别是碾 压干密度的关系最密切，且呈现比较好的规律性。
通过具有柔性止水的周边缝协调面板与趾板的变形不连续 性。
作用：1、保面板与坝基的不透水连接；
2、基础灌浆的盖板；
3、作为滑动模板施工的开始工作面。
要求在基岩开挖完成后、大坝填筑前完成趾板的浇筑。
浇筑的程序与质量要求。同于大坝基础混凝土。
二、堆石填筑 （已经分区定型化）
规范要求以碾压参数及堆石密度作为质量控制指标
国内外部分面板堆石坝工程 堆石料填筑的平均干密度（孔隙率）表
坝名
阿里亚 辛戈
西北口 万安溪 天生桥一级
珊溪 乌鲁瓦提 引子渡
白溪
国家
巴西 巴西 中国 中国 中国 中国 中国 中国 中国
坝高（m）
160 140 95 93.5 178 132.5 131.8 129.5 124.4
岩石类型
玄武岩 花岗片麻岩
坝体的典型分区
1、结构特点
（1）上游面薄面板（钢筋混凝土和沥青混凝土），坝体防渗止水的关键，占投资 15~20%
（2）坝身为堆石结构（非砌石，施工似土石坝）
（3）坝坡1：1.2~1.4
2、坝体分区
（1）垫层区 为面板提供平整密实基础，将面板承受的水压力均匀传递到堆石
体。最大粒径100~150mm，级配良好石质新鲜。水平宽度4m。
面板堆石坝的施工
混凝土面板堆石坝是一种以堆石体为支承结构，并在 其上游表面设置混凝土面板为防渗结构的堆石坝，属 土石坝范畴。美国1910雷利坝（42m），木面板。 60年代，重型震动碾压机械的出现，提高坝体密实度， 降低坝体沉降（0.1~0.2%），导致大发展。
建坝---降低工程造价（结构简单、当地材料）、缩短 建设周期（气候影响小）。面板坝：安全可靠的运行 性能、工程量小、施工简便、导流简化、造价低。
2.34 2.14（0.205） 2.10（0.197）
对糯扎渡堆石Ⅱ料的爆破直采料应有如下要求：
通过有关专题的研究，设计部门提出了Ⅱ区堆石料空 隙率22%、干密度2.15g/cm3、渗透系数大于1×103cm/s的物理设计指标。在参考相关工程经验和坝体碾压 试验的基础上，提出
（3）堆石是指人工爆破开采料和天然山麓堆积料，按其定义， 一般来说不包括冲积砂砾石，但从面板堆石坝坝料的角度上看，通常 也将砂砾石包括在内。
由混凝土面板堆石坝的角度出发，堆石性质的试验研 究主要包括母岩性质、物理性质、强度性质、变形和应力 应变性质及渗透和渗透稳定性质等，尤其应以堆石的变形 与应力应变特性为重点。
（堆石的碾压试验）
1、坝料生产：
（1）垫层料 需加工，利用骨料生产系统，或天然料筛分。
（2）过渡料 洞挖碴料，在开挖料场挑选或利用浅孔爆破。
（3）主堆石区料 工程开挖料或料场开采料。
堆石颗粒的结构状态 大颗粒构成骨架，小颗粒充填
坝料的级配曲线 颗粒尺寸d(mm)~小于d的重量比。严格控
制大块率（超径）。 满足级配要求
灰岩 花岗岩 灰岩 流纹斑岩 砂砾石 灰岩 凝灰岩
垫层区
2.12（0.25） 2.26
2.29（0.22） 2.26
2.20（0.19） 2.19（0.176）
2.27 2.22（0.175） 2.23（0.136）
主堆石区
2.12（0.27） 2.15
2.18（0.28） 2.10（0.19） 2.12（0.22） 2.12（0.195）
（1）堆石是一种以颗料为主并具有一定级配的无凝聚性材料，其 最大粒径取决于施工要求，一般不大于600～800mm，小于25mm 的颗粒含量不大于50%，小于5mm的颗粒含量不大于30%～40%， 小于0.1mm的颗粒含量在10%左右；
（2）优质的堆石料，应具有能够自由排水的性质，其渗透系数 不应小于1×10-3cm/s；
国内现代混凝土面板堆石坝始于1985的西北口工程 （95m）。目前以建成60余座，数量和高度上发展很 快。设计理论、施工机具和施工技术的发展是主要原 因。
天生桥一级坝与心墙坝方案比工期提前一年，4个月的 坝料开采与填筑达到431万方。
结构特点和坝体分区
堆石体的结构，各部位及其受力状况不同，填筑材料不同。
不均匀系数cu=d60/d10；曲率系数cc=d302/d10Xd60
梯段爆破，多排孔微差挤压爆破技术。 洞室爆破。
（4）下游堆石区及次堆石区 较宽松的最大块度与级配要求
堆石坝坝体质量主要取决于维持坝体稳定的堆石体的力学特性，
堆石坝坝料的级配是影响堆石体力学性质的主要因素之一。堆石是具
有一定级配的岩石颗粒的集合体，其主要特点为：