守口堡水库胶凝砂砾石坝设计

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胶凝砂砾石坝坝坡比分析研究

胶凝砂砾石坝坝坡比分析研究胶凝砂砾石坝坝坡比分析研究杨晋营，高超（山西省水利水电勘测设计研究院，山西太原030024）摘要：胶凝砂砾石坝属于新型筑坝技术，坝坡比是胶凝砂砾石坝断面设计的重要参数，直接影响工程的安全性和经济性，应通过坝体抗滑稳定性和应力分析来确定最优坝坡比和坝体断面。

通过和面板堆石坝、碾压混凝土重力坝坝坡比的对比，结合胶凝砂砾石坝坝体受力特征分析，对胶凝砂砾石坝在基本荷载组合条件下的坝坡比进行了理论分析和研究。

胶凝砂砾石坝设计初期，类似Ⅳ类硬质岩的坝基地质条件，且材料设计抗压强度6.0 MPa、坝高小于70 m时，胶凝砂砾石坝综合坝坡比可在1.2～1.3之间初选；上游坝坡比宜大于1∶0.3、小于1∶1.0；下游坝坡比宜大于1∶0.5、小于1∶1.0。

在综合坡比一定时，将坝体设计为对称梯形断面对坝体抗滑稳定有利；将坝体设计为上游坝坡比小、下游坝坡比大的非对称梯形坝对降低坝体主应力水平有利。

关键词：胶凝砂砾石坝；坝坡比胶凝砂砾石坝属于新型筑坝技术，在国内永久工程中应用实例为数不多，山西守口堡水库胶凝砂砾石坝是我国应用此项技术的首例，坝高61.6 m［1］；四川顺江堰拦河滚水坝是我国第一座已建成的胶凝砂砾石坝永久性工程，坝高11.6 m［2］。

在临时围堰工程中应用较多［3－6］。

从材料性能和施工方法来看，胶凝砂砾石坝是介于面板堆石坝与碾压混凝土坝之间的一种新坝型，其特点就是加入少量的胶结材料，将不经筛分的天然砂砾料胶结起来，通过碾压的方式使之达到一定强度，来满足应力和稳定要求的。

胶凝砂砾石坝断面形状一般为梯形，断面比较大，当坝轴线较长，对断面进行优化设计，可有效减少胶凝砂砾石工程量。

坝坡比是胶凝砂砾石坝断面设计的重要参数，直接影响工程的安全性和经济性，应通过坝体抗滑稳定性和应力分析来确定最优坝坡比和坝体断面。

目前，国内有关永久性胶凝砂砾石坝坡比研究成果比较少，有关文献对守口堡胶凝砂砾石坝坝坡比进行了研究［7－9］。

土石坝毕业设计(完成稿),DOC

ZF水库土石坝枢纽毕业设计学生姓名:朱秀娟包括黏土心墙坝和黏土斜墙坝。

防渗体设在坝体中央的或稍向上游且略为倾斜的称为黏土心墙坝；防渗体设在坝体上游部位且倾斜的称为黏土斜墙坝，是高、中坝中最常用的坝型。

3、非土料防渗体坝:防渗体由沥青混凝土、钢筋混凝土或其他人工材料建成的坝，按其位置也可分为心墙坝和面板坝。

本次设计为ZF水库土坝枢纽工程；ZF水库建成后具有灌溉、发电、防洪、解决工业用水和人畜吃水等多方面的效益，是一座综合利用的水库。

水库土坝枢纽工程设计任务书、水文地质资料及其他相关原始资料是坝体设计的依据，必须全面了解设计任务，熟悉该河流的一般自然地理条件、坝址附近的水文和气象特性、枢纽及水库的地形、地质条件、当地材料、对外交通及有关规划设计的基本数据，只有在熟悉基本资料的基础上才能正确地选择建筑物的类型，进行枢纽布置、建筑物设计及施工组织设计。

通过对资料的了解和分析，初步掌握原始资料中对设计和施工有较大影响的主要因素和关键问题，为以后设计工作的进行打下良好的基础。

“百年大计，安全第一”，大坝的安全性，重点考虑：（1）坝基范围内地质构造是否存在较大范围的夹层和强透水层，地基处理的工程范围和深度。

（21第一章基本资料第一节工程概况及工程目的ZF水库位于QH河干流上，水库控制流域面积4990km2，库容5.05×108m3。

水库以灌溉发电为主，结合防洪，可引水灌溉农田71.2×104亩，远期可发展到104×104亩。

灌区由一个引水流量为45m3/s的总干渠和四条分干渠组成，在总干渠首及下游24km处分别修建枢纽电站和HZ电站，总装机容量31.45MW，年发电量1.129×108kwh。

水库防洪设计标准为百年设计，万年校核。

枢纽工程由挡水坝、溢洪道、导流泄洪洞、灌溉发电洞及枢纽电站组成。

ZFQHQH本区地震基本烈度为6度，建筑物按7度设防。

1、上坝址上坝址位于坝区中部背斜的西北，岩层倾向QH河上游。

高混凝土面板砂砾石坝筑坝料力学特性及坝体分区

数值分析模型建立
建立了高混凝土面板砂砾石坝的数值分析模型，为坝体应力应变分析和优化设计提供了有力工具。
未来发展趋势预测
第一季度
第二季度
第三季度
第四季度
智能化筑坝技术
随着科技的进步，未来高混凝土面板砂砾石坝的筑坝技术将越来越智能化，如采用无人机进行施工监测、利用大数据和人工智能进行坝体优化设计等。
筑坝料力学特性
分析该工程中筑坝料的力学特性，如抗压强度、抗拉强度、弹性模量等，以及筑坝料的来源、制备工艺等。
坝体分区
详细介绍该工程中坝体的分区情况，包括各区域的功能、尺寸、结构等，并分析分区对坝体应力和变形的影响。
应用前景展望
01
推广价值
总结该工程实例的成功经验，探讨其推广应用的价值和可能性，提出改进和优化的建议。
砂砾石料基本性质
01
02
03
颗粒组成
砂砾石主要由砂粒和砾石组成，颗粒大小分布不均，对材料的工程性质有显著影响。
密度与空隙率
砂砾石的密度和空隙率是影响其力学性能和渗透性能的重要因素。
含水率与饱和度
含水率和饱和度对砂砾石的力学性能和稳定性具有重要影响。
砂砾石料力学特性
压缩性
砂砾石在荷载作用下具有一定的压缩性，其压缩模量随颗粒组成、密度和含水率等因素而变化。
建立完善的坝体监测系统，定期对坝体进行监测和维护，及时发现和处理安全隐患。
CHAPTER 03
高混凝土面板砂砾石坝筑坝技术
筑坝技术发展现状
国内外应用情况
详细介绍国内外高混凝土面板砂砾石坝筑坝技术的应用情况，包括已建成的工程实例、在建工程
以及规划中的项目。
技术发展历程

胶结砂砾石坝施工技术

胶结砂砾石坝施工技术发布时间：2021-10-09T08:28:35.330Z 来源：《工程建设标准化》2021年14期作者：李帆[导读] 国家对生态环境的保护，人们对生态环境的意识也不断提高。

李帆贵州水利实业有限公司贵州近年来，国家对生态环境的保护，人们对生态环境的意识也不断提高。

胶结材料的特点可以就地取材、施工速度快、经济性好，有利于保护生态环境。

雷山县西江水库工程是全国首座使用风化料作胶结砂砾石骨料的水利工程。

通过现场工艺试验、生产性试验、实际施工操作工艺流程，形成熟悉的施工工艺，为今后筑坝技术发展提供宝贵的经验。

1 工程概况雷山县西江水库工程位于位于雷山县西江镇巴拉河支流郎利河上中游河段，距西江镇2km左右，距雷山县城36km，距凯里市城区44km。

雷山县西江水库工程是一座以供水、防洪及灌溉为主的综合性水利工程；水库坝址以上集水面积28.6km，多年平均年径流量2226万m3；西江水库工程最大坝高49.5m，水库总库容472万m3，工程等别为IV等，水库规模属小(1)型；主要建筑物由枢纽区胶结砂砾石坝、坝顶开敞式泄洪道、右岸泄洪放空底孔、右岸取水建筑物等主要建筑物组成。

坝体上游面设置0.4m厚的二级配钢筋混凝土防渗面板，面板后建基面至坝顶为0.8m～2.5m厚C18015富浆胶结砂砾石过渡层，坝体中间为C1808胶结砂砾石，坝体下游面1/3以下为1.0m厚的C18015富浆胶结砂砾石防渗层，2/3以上为0.5m厚的C18010富浆胶结砂砾石保护层。

2 胶结砂砾石施工技术2.1施工前的准备工作（1）在进行胶结砂砾石施工前，应对砂砾石生产系统、各种原材料的供应、混凝土设备、运输、铺筑、碾压和检测等设备的能力是否正常，防止施工过程中因材料短缺和设备故障而延误工期；同时，要保证施工材料的质量，坚决杜距不合格材料进入施工现场而影响工程质量；（2）胶结砂砾石施工前，对垫层混凝土进行冲毛，坝基清理，洁净仓面，清除仓面积水。

混凝土面板堆石坝及溢洪道设计说明书及计算书

混凝土面板堆石坝设计及溢洪道设计目录摘要 (I)Abstract (II)前言 (III)第一章工程概况 (1)1.1枢纽任务 (1)1.2 自然地理与水文特性气候 (1)1.2.1 流域概况 (1)1.2.2气候特性 (1)1.2.3 水文特性 (2)1.3 工程地质及水文地质 (2)1.3.1工程地质 (2)1.3.2水文地质 (3)1.3.3地震烈度 (3)1.4建筑材料 (3)1.5经济资料及其他 (3)第二章设计标准及依据 (5)2.1 设计依据 (5)2.2 设计标准 (7)第三章枢纽布置 (8)3.1 坝轴线选择 (8)第四章大坝设计 (12)4.1 大坝剖面尺寸拟定 (12)4.1.1 坝顶高程计算 (13)4.1.2 坝顶结构 (13)4.1.3 坝高确定 (14)4.1.4 上、下游坝坡 (14)4.1.5坝面排水 (14)4.2 坝体分区和筑坝材料 (15)4.2.1 坝体分区 (15)4.2.2 坝料设计 (16)4.2.3填筑标准 (17)4.3 面板设计 (18)4.3.1 面板的分缝 (18)4.3.2 面板厚度 (18)4.3.3 面板混凝土 (19)4.3.4 面板钢筋 (19)4.3.5 面板防裂 (19)4.4.1趾板宽度s (20)4.4.2趾板厚度h (20)4.4.3趾板端部斜长段QT (20)4.5 接缝止水 (21)4.6 坝基处理 (21)4.7 坝体沉降计算 (22)4.8 坝体渗流计算 (23)4.8.1 渗流分析目的、方法 (23)4.8.2 渗流计算分析 (24)4.9 稳定分析 (25)第五章溢洪道设计 (26)5.1 溢洪道布置 (26)5.1.1 简述 (26)5.1.2 引水渠段 (26)5.1.3 控制段 (27)5.1.4 泄槽段 (27)5.1.5 消能段 (28)5.2 溢洪道水力设计 (28)5.2.1 堰面曲线 (29)5.2.2 泄流能力计算 (30)5.2.3 泄槽水力计算 (31)5.2.4 消能防冲水力计算 (34)第六章施工组织设计 (46)6.1 工程概况 (46)6.2 坝基开挖 (46)6.3 料场选择与规划 (46)6.4 施工道路规划设计 (46)6.5 坝体填筑 (47)6.5.1 上坝运输方式 (47)6.5.2 坝体填筑分期 (47)6.5.3 面板分期 (48)6.6 施工导流 (48)6.7 施工进度计划 (48)结论 (50)参考文献 (52)附录一 (53)附录二 (77)摘要题目来源于我国地区某水利枢纽实际。

砌石坝设计规范(SL25-2006)

力…………………………………………………………………………（56）附录 G 用材料力学方法计算重力墩、推力墩的应力 … … … … … .（ 61）本规范用词说明 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … （ 64）
2.2 基本符号
2.2.1 荷载
Psk──泥沙压力； psk ──泥沙压力强度； Pwk──浪压力； Fhk──冰块撞击坝面的动冰压力； Px──溢流反弧段上离心力合力的水平分力；
8
Py──溢流反弧段上离心力合力的垂直分力； α、α1、α2──坝基面扬压力强度系数； Tm──断面平均温度变化； Td──等效线性温差变化。
4
7.1 一般规定…………………………………………………………（20） 7.2 混凝土防渗面板与心墙…………………………………………（20） 7.3 坝体自身防渗……………………………………………………（21） 7.4 横缝、止水和排水………………………………………………（22） 8 坝基处理………………………………………………………………（23） 9 坝体构造 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … …（ 25） 9.1 坝顶布置和交通 … … … … … … … … … … … … … … … … … … .（ 25） 9.2 坝内廊道和孔洞 … … … … … … … … … … … … … … … … … … .（ 25） 9.3 坝体分缝、排水和基础垫层……………………………………（26） 10 安全监测设计 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … …（ 27） 10.1 一般规定 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … …（ 27） 10.2 监测项目与监测设施布置 … … … … … … … … … … … … … …（ 28）附录 A 砌石体主要力学指标 … … … … … … … … … … … … … … … …（ 30）附录 B 砌石体变形（弹性）模量、抗压强度试验方法 … … … … … .（ 37）附录 C 荷载计算公式 … … … … … … … … … … … … … … … … … … …（ 40）附录 D 坝前泥沙冲淤期限计算……………………………………….(53) 附录 E 砌石重力坝坝基深层抗滑稳定安全系数及计算公式……………………（54）附录 F 考虑坝体分层异弹模特性，用材料力学方法计算砌石重力坝坝体应

守口堡水库泄洪冲沙底孔进水塔结构分析计算

ＳｃｏｕｒＣｕｌｖｅｒｔｏｆＳｈｏｕｋｏｕｂｕＲｅｓｅｒｖｏｉｒ
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Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｐａｐｅｒａｄｏｐｔｓｔｈｅｐｌａｎｅｔｒｕｓｓｍｅｔｈｏｄｉｎｓｔｕｃｒｔｕｒａｌｍｅｃｈａｎｉｃｓｔｏａｎａｌｙｚｅａｎｄｃｏｍｐｕｔｅｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｉｎｔａｋｅｔｏｗｅｒｗｈｉｃｈｉｓｃｏｎｎｅｃｔｅｄｗｉｔｈｔｈｅｓｐｉｌｌｗａｙａｎｄｓｃｏｕｒＣｕｌｖｅｒｔｏｆＳｈｏｕｋｏｕｂｕＲｅｓｅｒｖｏｉｒ，ａｎｄｐｒｏｖｉｄｅｓｔｈｅｂａｓｉｓｆｏｒｔｈｅｓｔｕｃｒｔｕｒｅｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｉｓｉｎｔａｋｅｔｏｗｅｒ．，ｅｙｋｗｏｒｄｓ：ｉｎｔａｋｅｔｏｗｅｒ；ｓｔｕｃｒｔｕｒｅ；ｂｅａｒｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙ；ｌｉｍｉｔｉｎｇｃｒａｃｋ
要：采用平面刚桁架结构力学方法，对守口堡水库泄洪冲沙底孔进水塔结构进行分析计算，为进水塔结构设计
提供依据。
关键词：进水塔；结构；承载能力；限裂中图分类号：ＴＶ２２２文献标识码：Ｂ

红层砂岩胶结颗粒料坝特性的试验研究

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守口堡水库胶凝砂砾石坝设计Shoukoubao reservoir cementing rockfill dam design Sh k b i i kfill d d i山西省水利水电勘测设计研究院Sh i H d l t i I ti ti D i I tit tShanxi Hydroelectric Investigation&Design Institute2014.10Shanxi Hydroelectric Investigation &Design Institute Shanxi Hydroelectric Investigation & Design Institute前言胶凝砂砾石坝是近年来出现的一种较为经济、施工简便且地基适应性强的新坝型。

目前，国外已建成10余座胶凝砂砾石坝，主要分布在法国、希腊、日本和土耳其等国家；国内福建、贵州、四川等地有一些临时围堰工程应用，但尚无永久工程应用实例。

守口堡水库胶凝砂砾石坝是我国第一个永久性工程，目前正在建设中。

守口堡水库位于山西大同阳高县黑水河上游，水库总库容980万m 3，兴利库容423万m 3，属小（1）型水库，工程等别为Ⅳ等。

采用胶凝砂砾石筑坝，坝顶长366m，最大坝高64.6m，坝体中部设置溢流表孔和冲沙泄洪底孔。

Shanxi Hydroelectric Investigation &Design Institute Shanxi Hydroelectric Investigation & Design Institute守口堡水库枢纽布置Shanxi Hydroelectric Investigation &Design Institute Shanxi Hydroelectric Investigation & Design Institute守口堡水库枢纽效果图Shanxi Hydroelectric Investigation &Design Institute Shanxi Hydroelectric Investigation & Design Institute建坝条件⏹水库坝址区属U型河谷，河谷宽约220m，地面高程1204～1210m，地形较平坦，场地开阔，施工条件好，有利于施工布置和大型机械作业。

⏹从坝轴线工程地质条件来看，基岩覆盖层厚度6～19.5m，基岩埋深较浅；坝基强风化层厚度0.9～5m，厚度不大；坝基无软弱夹层和大断裂发育，不存在深层滑动和浅层滑动问题。

⏹水库坝址区砂砾料储量丰富，河谷地形开阔，开采条件好。

有用层储量100万m 3，其中粗骨料64万m 3，细骨料36万m 3。

水上60万m 3，水下40万m 3。

Shanxi Hydroelectric Investigation&Design InstituteShanxi Hydroelectric Investigation & Design Institute材料试验⏹试验内容：主要进行了原材料强度、胶凝砂砾石配合比、胶凝砂砾石强度、用水量与强度关系、富浆胶凝砂砾石防渗和抗冻性能、保护层和垫层胶凝砂砾石性能、胶凝砂砾石抗剪断等试验。

⏹主要试验结果：采用的水泥用量为50kg/m3，粉煤灰用量为40kg/m3，外掺25%（原砂砾石料重量比）的开挖料，最粗、平均、最细级配砂砾石料经过外掺后，在施工适宜的用水量范围内（90～127kg/m3），胶凝砂砾石强度均满足设计要求。

级配类别配合比材料用量（kg/m3）抗压强度（Mpa）180d龄期用水量水泥粉煤灰砂砾石料外掺石料最粗级配90～11150401830～1870450～47012.5～13.7平均级配101～1181800～1840440～4709.4～13.9最细级配108～1271790～1830440～4609.3～12.2Shanxi Hydroelectric Investigation &Design Institute Shanxi Hydroelectric Investigation & Design Institute生产性试验试验主要内容：1、确定外掺石的粒径范围及掺量；2、验证室内配合比的适应性，确定施工配合比；3、验证胶凝砂砾石专用拌和系统的拌和质量、生产能力及稳定性；4、确定不同环境下胶凝砂砾石拌和物的初凝时间；5、确定不同环境下胶凝砂砾石拌和物的暴露最长允许历时；6、确定坝体填筑的施工参数和施工工艺；7、确定填筑最大仓面；8、确定上下游边坡的固坡工艺。

⏹挡水坝段上、下游坝面坡比均为1:0.6。

⏹溢流坝段为开敞式溢流堰，设6孔溢流表孔，每孔净宽9.0m，下游采用挑流消能方式。

⏹底孔坝段孔口尺寸为4.0×4.8m，进口设事故检修门，出口设弧形工作门，下接挑流消能工。

坝体材料分区⏹大坝主体为胶凝砂砾石，上下游防渗保护均采用常态混凝土。

⏹坝体材料分为五个区，Ⅰ区为坝体下游表面混凝土保护层；Ⅱ区为上游坝体表面混凝土防渗层；Ⅲ区为垫层混凝土；Ⅳ区为坝体内部胶凝砂砾石；Ⅴ区为泄洪冲沙底孔和表孔周边抗冲磨混凝土。

Shanxi Hydroelectric Investigation &Design Institute Shanxi Hydroelectric Investigation & Design InstituteShanxi Hydroelectric Investigation &Design Institute Shanxi Hydroelectric Investigation & Design InstituteShanxi Hydroelectric Investigation &Design Institute Shanxi Hydroelectric Investigation & Design InstituteShanxi Hydroelectric Investigation &Design Institute Shanxi Hydroelectric Investigation & Design InstituteShanxi Hydroelectric Investigation &Design Institute Shanxi Hydroelectric Investigation & Design Institute稳定及应力计算⏹守口堡胶凝砂砾石坝进入详细设计阶段时，国内尚无胶凝砂砾石坝稳定及应力计算的技术标准。

为此，设计时，我院和中国水利水电科学研究院根据胶凝砂砾石的材料特性，以及碾压混凝土重力坝、混凝土面板堆石坝、碾压土石坝等计算方法分析对比，就胶凝砂砾石坝的计算方法进行了探索和研究，并借鉴国外胶凝砂砾石坝的设计经验，确定采用刚体极限平衡法进行坝体抗滑稳定计算、材料力学法进行坝体应力计算，这与今年颁布的《胶结颗粒料筑坝技术导则》规定（SL678-2014）相一致。

⏹考虑胶凝砂砾石的长期耐久性研究尚无成熟的结论，而胶凝砂砾石坝是一种新的坝型，缺乏足够的实践经验，为保障长期安全性，适当提高了守口堡胶凝砂砾石坝稳定控制标准。

也就是在《混凝土重力坝设计规范》（SL319-2005）规定的基础上，适当提高了安全系数取值。

Shanxi Hydroelectric Investigation &Design Institute Shanxi Hydroelectric Investigation & Design Institute坝体防渗根据国内外胶凝砂砾石试验结果，胶凝砂砾石筑坝材料的抗渗透溶蚀性能和抗冻融性较差，而守口堡水库位于严寒地区，防渗体和保护层的设置是必要的，国外现有的胶凝砂砾石坝均采用常态混凝土面板防渗。

守口堡胶凝砂砾石坝比较了常态混凝土面板和二级配变态碾压混凝土两种防渗形式。

常态混凝土面板和二级配变态碾压混凝土均可作为防渗体，只是常态混凝土水泥用量大，为防止裂缝需在表面铺设温度钢筋，而变态混凝土水泥用量较小，无需设温度筋，施工相对简单，但碾压需要的厚度要大很多，混凝土用量大；综合比较后，设计选用常态混凝土防渗，上游防渗面板厚1.5m，同时考虑了抗冰冻的保护要求。

Shanxi Hydroelectric Investigation &Design Institute Shanxi Hydroelectric Investigation & Design Institute坝体分缝与排水⏹为了降低坝体内的扬压力，减小渗水对胶凝砂砾石坝体的不利影响，在靠近坝体上游面防渗层后布设排水管，至基础廊道。

排水管采用PE 花管，管径150mm，间距3m。

⏹由于胶凝砂砾石坝胶凝材料少，水化热低，参考国外已建工程经验，坝体胶凝砂砾石未设横缝，只在上游防渗层和下游保护层设伸缩缝，沿坝轴线方向每15m设置一道，坝上游横缝内设两道止水，一道铜片、一道橡胶止水。

下游水位以下横缝内设一道橡胶止水。

Shanxi Hydroelectric Investigation &Design Institute Shanxi Hydroelectric Investigation & Design Institute大坝建基面的设置《混凝土重力坝设计规范》（SL319-2005）规定，坝高50～100m时，大坝建基面可在微风化至弱风化中部基岩上。

考虑守口堡胶凝砂砾石坝坝体断面大，基底应力小，对坝基要求相对降低，将大坝建基面放置在弱风化顶部。

这充分体现了胶凝砂砾石坝的适应能力，也与导则的规定相一致。

基础垫的设基础垫层的设置基岩和胶凝砂砾石坝属于两种不同的介质，二者之间需要设置一个过渡层来调整两种介质的性能差异。

参考国外已建工程做法，在建基面上铺设一层富胶凝砂砾石作为介质过渡垫层。