面板堆石坝

2016/4/7Thursday1面板堆石坝一、概述二、坝体结构三、构造设计四、材料分区五、热点问题2016/4/7Thursday2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。2016/4/7Thursday3西北口面板堆石坝，坝高95m2016/4/7Thursday4江西东津88.5m2016/4/7Thursday5兴山古洞口118m2016/4/7Thursday6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。2016/4/7Thursday7振动碾2016/4/7Thursday8坝面碾压2016/4/7Thursday9二、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。2016/4/7Thursday10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2016/4/7Thursday112、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。2016/4/7Thursday122016/4/7Thursday13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。2016/4/7Thursday14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。2016/4/7Thursday15b、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。2016/4/7Thursday16c、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。2016/4/7Thursday17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。2016/4/7Thursday182016/4/7Thursday192016/4/7Thursday202016/4/7Thursday21三、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。2016/4/7Thursday223、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。2016/4/7Thursday23四、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。2016/4/7Thursday24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。2016/4/7Thursday25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15～2018～2220～２523～280.75～0.85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。2016/4/7Thursday26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、制样条件及加载方式应力求能反映坝料的力学特性。其它的坝，可用经验方法估算坝体变形。2016/4/7Thursday27地震区坝体的抗震措施设计烈度为8、9°时，宜加宽坝顶，适当放缓坝坡和采用上缓下陡的坝坡，并在坝坡变化处设置马道。下游坡面顶部宜用大块石干砌，或用加筋堆石、表面用钢筋网加固。宜用较低的防浪墙，并采取措施增加防浪墙的稳定性地震区坝的安全超高，应包括地震涌浪高度。设计烈度为8、9°时，安全超高应计入坝和地基在地震作用下的附加沉降。加大垫层区的宽度，加强和地基及岸坡的连接。宜在面板中间部分选择几条垂直缝，缝内填塞沥青浸渍木板或其它有一定强度的填充板。宜增加河谷中间顶部面板特别是顺坡向的配筋率。宜增加坝体堆石料特别是在地形突变处的压实密度。坝体用砂砾石料填筑时，应增加排水区的排水能力。下游坝坡以内一定区域宜采用堆石填筑。2016/4/7Thursday28•如何确定碾压堆石体的本构关系、测定其系数•如何进行坝体在施工期和运用期中的静动力及变形分析，做好止水设计•如何快速大面积浇筑面板而防止开裂•如何在较软弱地基上修建面板堆石坝•200米以上高面板堆石坝的问题五、热点问题