混凝土面板堆石坝设计及施工要点

浅谈混凝土面板堆石坝设计及施工要点

摘要：笔者长期水利工程设计及施工管理工作，本文重点介绍作者亲身参与的工程中曾采用的一项堤坝施工技术-混凝土面板堆石坝，旨在与同行们探讨学习，共同进步。

关键词：混凝土面板堆石坝设计施工

中图分类号：tu37 文献标识码：a 文章编号：

引言：混凝土面板堆石坝(以下简称堆石坝)是20世纪60年代以后，由于大型震动碾薄层碾压技术的应用，使堆石坝运行性能好、经济效益高、施工工期短等优点得到充分地显示，80年代中后期初步发展起来的一种有竞争力和良好发展前景的新坝型。混凝土面板堆石坝：是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，主要由堆石体和防渗系统组成。本文从设计及施工两方面简单介绍该项施工技术。

一、混凝土面板堆石坝的优点：

1.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。

2.坝坡陡，断面小，枢纽布置紧凑。

3.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。

4.施工导流方便，坝体可过水。

5.就地取材，经济优越性大；施工受雨季影响小，可分期施工。

二、混凝土面板堆石坝结构如图：

1.堆石体技术要求如下：

垫层区：粒径不能太大，有较多细料，一般最大粒径为80~100mm，粒径小于5mm的颗粒含量为30%~50%，小于0.775mm的颗粒含量应少于8%；具有连续良好级配。

过渡区：级配连续，最大粒径≤300mm，压实后应具有低压缩性和高抗剪强度，自由排水性能。

主堆石区：具有足够的强度和较小的沉降量、较好的透水性和耐久性。硬岩堆石料或砂砾料。

次堆石区：可采用较低的压实标准或质量较差的堆石料。

2、防渗系统技术要求如下：

混凝土面板堆石坝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。

（1）面板：是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10～18m。在两坝肩附近的面板应设张性垂直缝，其余部分的面板设压性垂直缝。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。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。面板厚度的确定应满足下列要求：

便于布置钢筋和止水，顶部相应最小厚度不宜小于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。

（2）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。（3）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。

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。

三、混凝土面板堆石坝构造设计

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，可一般不宜小于5米。

3、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。