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 5550002)

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 5550002)

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。

高混凝土面板堆；石坝布置；趾板；坝基；变形安全

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]。

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。100m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1中，1A为上游铺盖区；1B为盖重区；2A为垫层区；2B为特殊垫层区；3A为过渡区；3B为主堆石区；3C为下游堆石区；3E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3m。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[3]。趾板的厚度<相连接的面板的厚度，但≥0.3m。采用防渗墙防渗的砂砾石地基上趾板宜分成上、下游两段施工。上游段趾板应在防渗墙竣工后并于水库第一次蓄水前施工。趾板下游面应垂直于面板，面板底面以下的趾板高度应≥0.9m，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10～15cm；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200。高坝面板顶部厚度宜取0.3m，并向底部逐渐增加，可按下式确定：

t=0.3+(0.002～0.0035)H

(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0.3～0.4m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12～18m。分期浇筑的面板，其顶高程宜低于浇筑平台的填筑高程5m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≥C25，抗渗等级≥W 8，抗冻等级应按照DL/T5082的规定确定。面板混凝土宜采用525#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15%～30%。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DL/T5055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≤1%。面板混凝土的水灰比，温和地区应≤0.50，寒冷和严寒地区应≤0.45。溜槽入口处的坍落度宜控制在3～7cm，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%～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。采用优质外加剂和掺合料，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5MPa的碾压砂浆或喷乳化沥青。当采用喷混凝土时，其28d抗压强度应控制在5MPa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，混凝土入仓温度应加以控制， 必要时应采取措施降低入仓温度。面板混凝土出模后应及时覆盖保温保湿，进行不间断的潮湿养护，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90d。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>0.2mm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∶0.25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≥5m。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3～5Lu区域内5m，其他的坝为5～10Lu区域内5m，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。

[1]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，2010，40(03)：26-28.

[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，1990(03)：89-96.

[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，2006(07)：20-23.

BriefDiscussiononNewDesignConceptionforHighConcreteFace-plateRockfillDam

FENG Jun

(Guizhou Province Water Conservancy & Hydropower Investigation，Design and Research Institute，Guiyang 550002，China)

The high concrete face rockfill dam layout，toe slab，concrete face-plate，and foundation treatment are elaborated in our country.On the basis of the analysis of the influence f actors and working behavior for high concrete face rockfill dam，the new design conception of high concrete face rockfill dam is further expounded.It mainly manifests in ensuring the safety of dam deformation，dam zoning design，construction material，and excavated material utilization，dam filling needle and image building，face-plate filling and dam filling，the relationship in time and space，etc.The deformation coordination is an important principle in the design and construction philosophy.

high concrete face-plate rockfill dam；rockfill dam layout；toe board；dam foundation

1007-7596(2014)03-0045-03

2013-12-12

冯俊(1965-)，女，贵州贵阳人，高级工程师，从事水工建筑物的设计工作。

TV641.43

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