面板堆石壩課件

2023/6/71第七節(jié)面板堆石壩一、概述二、壩體結(jié)構(gòu)

三、構(gòu)造設計四、材料分區(qū)五、研究問題2023/6/72定義：

用堆石或砂礫石分層碾壓填筑成壩體，用混凝土面板作防滲體的壩，簡稱“面板堆石壩”或“面板壩”。一、概述發(fā)展過程：19世紀及20世紀早期為拋填堆石壩階段；美國采礦、淘金拋石填筑、高壓水槍沖實沉降大面板難以承受大變形1940年后的20年內(nèi)，拋填堆石壩向碾壓堆石壩發(fā)展，出現(xiàn)了土質(zhì)心墻堆石壩、斜墻堆石壩；太沙基薄層碾壓1965年后，碾壓堆石壩。2023/6/73中國水利水電第十二工程局承建的混凝土面板堆石壩工程分布圖2023/6/74西北口面板堆石壩，壩高95m2023/6/75江西東津88.5m2023/6/76興山古洞口118m2023/6/77水布埡水利樞紐，是清江梯級水電開發(fā)的龍頭樞紐工程。主要建筑物有混凝土面板堆石壩、溢洪道和地下廠房。大壩壩頂高程409米，最大壩高233米，是世界上最高的面板堆石壩；安裝4臺46萬千瓦水輪發(fā)電機組，總裝機容量184萬千瓦2023/6/78壩高233m2023/6/79

天生橋---中國的高面板壩2023/6/710

塞沙那---第一座現(xiàn)代面板壩面板壩澳大利亞,壩高110m

2023/6/711

阿里亞---面板壩發(fā)展的一個里程碑巴西,壩高160m

2023/6/71212

墨西哥AGUAMILPA面板堆石壩壩高187m，1993-2005的最高面板壩壩頂高程230.00m正常蓄水位220.00m1993年開始蓄水，水位達218.90m1998年達最高水位223.46m1997年發(fā)現(xiàn)高程198～202m有水平或斜裂縫1998年發(fā)現(xiàn)高程180.00m處有水平裂縫，寬15mm，位于17～27號面板，后延到14～16號滲流量突增至最大260L/s，隨水位而增減2023/6/713IWHR,CHINA-13-2023/6/7巴西CamposNovos面板堆石壩

壩高202m，巴西最高面板堆石壩

CamposNovos

水電站裝機880MW2001年開工，2006年竣工

壩頂高程666.00m，最大壩高202m

上游壩坡坡比1:1.3，下游平均坡比1:1.4

堆石材料為玄武巖，總方量1.21×106m32023/6/714巴貢水電站位于馬來西亞拉讓江上游，最大壩高203.5m，庫容440億m3，是除中國水布埡電站之外在建的世界第二高面板堆石壩中國水利水電建設集團公司旗下的水電七局2023/6/715堆石壩的類型：1、按防滲體材料和位置分⑴土心墻堆石壩⑵土斜墻堆石壩⑶土斜心墻堆石壩⑷鋼筋混凝土面板堆石壩⑸瀝青混凝土面板堆石壩⑹瀝青混凝土心墻堆石壩⑺混凝土重力墻堆石壩2023/6/7162023/6/7172023/6/7182、按堆石施工方法分拋填式堆石壩：定向爆破堆石壩：一般建在河谷陡峻、交通不便、地質(zhì)條件較簡單的地區(qū)。碾壓式堆石壩：先將堆石級配料薄層鋪填，然后用振動碾壓實。堆石體緊密，沉降量小，抗剪強度高，但仍有較強的透水性。堆石的填筑以密實度作為標準，以干重度作為設計指標。3、按壩體是否過水分：不過水堆石壩：絕大多數(shù)堆石壩不過水。溢流堆石壩：在壩頂和下游面采用鋼筋混凝土或漿砌石護面，只能用于中、低壩。2023/6/719面板堆石壩的優(yōu)點：抗滑穩(wěn)定性好。水荷載→面板→壩體，整個堆石壩重量及面板上部分水重抵抗水壓；分層碾壓的堆石密實度高，抗剪強度大。壩坡1：1.3或1：1.4，對應坡角37.6°或35.5°，接近松散拋填堆石的自然休止角，大大低于碾壓堆石的內(nèi)摩擦角（大于45°），大多數(shù)堆石壩不做穩(wěn)定分析。壩坡陡，斷面小，樞紐布置緊湊。透水性好，抗震性能強。排水性好，處于無水狀態(tài)，地震時不會產(chǎn)生孔隙水壓力，不會液化或壩坡失穩(wěn)。施工導流方便，壩體可過水。施工受雨季影響小，可分期施工。2023/6/720振動碾2023/6/721壩面碾壓2023/6/722二、壩體結(jié)構(gòu)混凝土面板堆石壩主要由堆石體和防滲系統(tǒng)組成。2023/6/723名稱位置作用要求墊層區(qū)面板下方平整面板，避免應力集中；減少水荷載引起的變形；輔助防滲粒徑不能太大，有較多細料；良好級配過渡區(qū)墊層區(qū)和主堆石區(qū)之間保護墊層并起過渡作用級配連續(xù)，最大粒徑≤300mm，低壓縮性和高抗剪強度，自由排水性能

主堆石區(qū)壩體上游是承受水荷載的主要支撐體低壓縮性、高抗剪強度、較好的透水性和耐久性。硬巖堆石料或砂礫料

次堆石區(qū)壩體下游與主堆石區(qū)共同保持壩體穩(wěn)定，其變形對面板影響輕微軟巖堆石料1、堆石體由墊層區(qū)、過渡區(qū)、主堆石區(qū)、次堆石區(qū)組成2023/6/724（1）墊層區(qū)墊層的作用：防滲面板提供柔性支承，使庫水壓力較均勻地傳遞給下游過渡區(qū)和堆石區(qū)；緩和下游堆石體變形對面板的影響，改善面板應力狀態(tài)。設計要求：由于擋汛期洪水，墊層肩負臨時面板作用，所以應具有低透水性；以緩和周邊縫兩側(cè)相對位移量，在其兩側(cè)一定范圍內(nèi)墊層厚度應適當加大，并盡可能提高這部分墊層的碾壓密實度；考慮萬一面板破壞漏水時，墊層應能承受水庫最大水頭所形成的水力梯度，以保證大壩安全。墊層材料選擇墊層尺寸和碾壓要求2023/6/7252023/6/7262023/6/727（2）過渡區(qū)作用過渡區(qū)位于墊層區(qū)的下游測,其作用是保護墊層區(qū)的滲流穩(wěn)定,即使面板一旦開裂漏水,也不應高壓水流作用將墊層料物帶走。材料選用新鮮、堅硬、級配良好的石渣，其粒徑級配應滿足墊層區(qū)與主堆石區(qū)的過渡要求，符合反濾原則。尺寸過渡區(qū)的寬度一般與墊層區(qū)等寬，高度在100米以下的面板壩，可作成3~4米等寬，高度大于100米的，可做成變寬，但頂部最小寬度應不小于3米。特殊情況下，如墊層粒徑較粗，主堆石區(qū)石料偏細時，只要層間滿足反濾要求，也可將該區(qū)取消。2023/6/728（3）主堆石區(qū)作用：其是大壩主體，承受自身重力，蓄水后的水壓力材料要求：石料新鮮、堅硬、級配良好，具有較強的抗風化能力。特殊情況下允許有少量的風化料存在，例如將其擠入塊石空隙，而不影響主堆石體的抗剪強度及壓縮模量。尺寸：一般采用0.8~1.0米，最大粒徑可為層厚的0.7~0.8倍。2023/6/729（4）下游堆石區(qū)

位于主堆石體的下游測，一方面賴以支持主堆石體的穩(wěn)定，另一方面是保持下游壩坡的穩(wěn)定。2023/6/7302、防滲系統(tǒng)由鋼筋砼面板、趾板、趾板地基的灌漿帷幕、周邊縫和面板間的接縫止水組成。a、面板

位于堆石壩體上游面起防滲作用的混凝土結(jié)構(gòu)。應根據(jù)壩體變形及施工條件進行面板分縫分塊。垂直縫的間距可為12～18m。

在兩壩肩附近的面板應設張性垂直縫（A縫），其余部分的面板設壓性垂直縫（B縫）。張性垂直縫的數(shù)量可根據(jù)地形地質(zhì)條件參照工程經(jīng)驗或有限元計算確定。兩岸垂直縫在距周邊縫法線方向約0.6～1.0m范圍內(nèi)，應垂直于周邊縫布置成折線形式。2023/6/7312023/6/7322023/6/733

面板水平施工縫的設置宜考慮施工條件，滿足臨時擋水或分期蓄水的要求。繼續(xù)澆筑混凝土之前，施工縫的縫面應經(jīng)鑿毛處理，清理干凈，縫面用水濕潤，鋪一薄層高強度砂漿。面板鋼筋應穿過縫面。

分期澆筑的面板，其施工縫應低于填筑體頂部高程，高差宜大于5m。如發(fā)現(xiàn)已澆筑面板與墊層間有脫空現(xiàn)象，應以低標號、低壓縮性砂漿等灌注密實后再澆筑面板混凝土，保證其良好結(jié)合。2023/6/734面板厚度的確定應滿足下列要求：便于布置鋼筋和止水，其相應最小厚度為0.30m；控制滲透水力梯度不超過200；在達到上述要求的前提下，應選用較薄的面板厚度，以提高面板柔性，降低造價。

面板的頂部厚度宜取0.30m，并向底部逐漸增加，在相應高度處的厚度：

t＝0.30十(0.002～0.0035)H式中t——面板厚度，m；

H——計算斷面至面板頂部的垂直距離，m。中低壩可采用0.3～0.4m等厚面板。2023/6/735b、趾板：

連接地基防滲體與面板的混凝土板。保證面板與河床及岸坡間的不透水連接，同時是基礎帷幕的蓋板和滑模施工的起始工作面。巖基上趾板厚度可小于與其連接的面板厚度，最小設計厚度應不小于0.3m。高壩底部趾板厚度應不小于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應不小于0.9m。趾板一般可不作穩(wěn)定分析。厚度超過2m時，需進行穩(wěn)定和應力分析。趾板穩(wěn)定分析用剛體極限平衡法。計算中不計趾板錨筋作用及面板與趾板之間的傳力。堆石壓力只能考慮堆石的主動壓力，或考慮面板下的堆石在面板承受水庫壓力后產(chǎn)生的側(cè)向壓力。2023/6/7362023/6/737c、接縫止水周邊縫應設置止水。底部止水銅片應選為最基本的防滲線，中部Pvc或橡膠止水片及頂部止水視情況選用。頂部止水系統(tǒng)一般由柔性填料、粉細砂(或粉煤灰)等材料構(gòu)成，可以是其中的一種止水材料，也可以是柔性填料和無粘性材料兩種止水材料。低壩和50m以下中壩可以只采用一道底部止水。中壩及100m以下高壩宜設置底、頂部兩道止水。100m以上的高壩宜選用底、頂部兩道止水，或底、中、頂部三道止水。

不同壩高的壓性垂直縫均應采用硬平縫結(jié)構(gòu)，都只需采用一道底部止水?？p的一側(cè)縫面應涂瀝青乳液等防粘劑。止水銅片下應設置PVC墊片并粘合在水泥砂漿墊座上。止水銅片兩側(cè)底角應設置瀝青止?jié){條。高壩張性垂直縫宜采用底、頂部兩道止水，中、低壩可只采用一道底止水，其結(jié)構(gòu)同壓性縫。2023/6/738

面板水平施工縫須用鋼筋穿過，應不設止水。

趾板伸縮縫可采用銅片、PVC或橡膠片止水，并應與周邊縫止水構(gòu)成封閉系統(tǒng)。

防浪墻與面板的水平接縫，宜設置底、頂部兩道止水。

中間與頂部止水均應與相接縫的底部止水連接形成封閉結(jié)構(gòu)：周邊縫PVC止水帶宜用夾具與垂直縫處的底部止水連接；周邊縫柔性止水可用柔性填料塞與垂直縫的底部止水連接。止水面膜宜粘結(jié)或壓結(jié)，固定在面板上。

寒冷地區(qū)在水位變動區(qū)不應采用角鋼、膨脹螺栓作為柔性填料面膜的止水固定件，宜采用粘結(jié)材料，以避免遭到凍脹的破壞而失去其固定作用。

混凝土防滲墻與連接板之間的接縫止水，應按周邊縫止水設計。2023/6/7392023/6/7402023/6/7412023/6/742三、構(gòu)造設計1、防浪墻作用：擋水、防浪，減少堆石填筑方量，防浪墻延伸到兩岸與壩頭基巖連接，形成完整的防滲體系。面板壩壩體穩(wěn)定性能好，壩體沉降量較小，采用高防浪墻可減少填筑方量，降低造價。多采用“L”型鋼筋混凝土墻。防浪墻應設伸縮縫，其止水應和面板的止水或面板與防浪墻問水平接縫的止水連接。2、壩頂寬度壩頂寬度根據(jù)壩高、交通要求、施工場地確定，若不考慮壩高因素，可采用5米。2023/6/7433、壩體坡度根據(jù)巖基強度和構(gòu)造、壩料性質(zhì)以及坡面滾石的安全性確定。巖基上，材料堅硬、級配良好壩高＞140m，采用1：1.4；壩高小于110～130m，采用1：1.3；材料不夠理想，可放緩壩坡。上游坡不設變坡，如無特殊要求，下游一般不設馬道。高山峽谷區(qū)，設“之”字形上壩公路。2023/6/744四、材料分區(qū)1、目的

在保證大壩可靠運行前提下，盡量利用樞紐的開挖料及壩址附近的材料，獲得最大經(jīng)濟效益。2、原則各區(qū)材料之間滿足水力過渡要求，從上游向下游滲透系數(shù)遞增，下游壩料對上游相鄰材料有反濾作用；變形模量從上游向下游遞減，保證蓄水后壩體變形小，防止面板和止水系統(tǒng)破壞；充分利用開挖石渣，以達到經(jīng)濟目的。

應根據(jù)料源及對壩料強度、滲透性、壓縮性、施工方便和經(jīng)濟合理等要求進行壩體分區(qū)，并確定相應填筑標準。2023/6/745

從上游向下游宜分為墊層區(qū)、過渡區(qū)、主堆石區(qū)、下游堆石區(qū)；在周邊縫下游側(cè)設置特殊墊層區(qū)；100m以上高壩，宜在面板上游面低部位設置上游鋪蓋區(qū)及蓋重區(qū)。墊層區(qū)、過渡區(qū)、主堆石區(qū)及下游堆石區(qū)材料的填筑標準，應根據(jù)壩的等級、高度、河谷形狀、地震烈度及料場特性等因素，并參考同類工程經(jīng)驗綜合確定。

特殊墊層區(qū)：位于周邊縫下游側(cè)墊層區(qū)內(nèi)，對周邊縫及其附近面板上鋪設的堵縫材料及水庫泥沙起反濾作用。上游鋪蓋區(qū)：用粉土、粉細砂、粉煤灰或其他材料覆蓋在面板及周邊縫上，起輔助防滲作用。蓋重區(qū)：覆蓋在上游鋪蓋區(qū)上的渣料，維持上游鋪蓋區(qū)的穩(wěn)定，并起保護作用。周邊縫：面板與趾板或趾墻間的接縫。

2023/6/746壩料填筑標準料物或分區(qū)孔隙率(%)相對密度墊層料

過渡層細堆石料

主堆石區(qū)堆石料

下游區(qū)堆石料

砂礫石料15～20

18～22

20～２5

23～280.75～0.85

各區(qū)壩料填筑標準可根據(jù)經(jīng)驗初步確定，其值可在上表范圍內(nèi)選用。設計應同時規(guī)定孔隙率(或相對密度)、壩料級配范圍和碾壓參數(shù)。設計干密度可用孔隙率和巖石密度換算。2023/6/747穩(wěn)定分析砼面板堆石壩壩坡參照已建工程選用，一般可不進行穩(wěn)定分析。存在下列情況之一時，須進行穩(wěn)定分析：壩基有軟弱夾層或壩基砂礫石層中存在細砂層、粉砂層或粘性土夾層；壩址位于地震設計烈度8、9度的壩；施工期堆石壩體過水或堆石壩體用墊層擋水度汛、且擋水水深較高時；壩體用軟巖堆石料填筑；地形條件不利。應力和變形

100m以上高壩或地形地質(zhì)條件復雜的壩，壩體應力和變形宜用有限元法計算。有限元計算的參數(shù)宜由試驗結(jié)合類似工程分析確定。試驗用模擬料、制樣條件