面板堆石壩結構構造設計

面板堆石壩一、概述二、壩體結構

三、構造設計四、材料分區(qū)五、研究問題2023/3/231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，拋填堆石壩向碾壓堆石壩發(fā)展，出現(xiàn)了土質心墻堆石壩、斜墻堆石壩；太沙基薄層碾壓1965年后，碾壓堆石壩。2023/3/232西北口面板堆石壩，壩高95m2023/3/233江西東津88.5m2023/3/234興山古洞口118m2023/3/235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。2023/3/236振動碾2023/3/237壩面碾壓2023/3/238二、壩體結構混凝土面板堆石壩主要由堆石體和防滲系統(tǒng)組成。2023/3/239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2023/3/23102、防滲系系統(tǒng)由鋼筋砼砼面板、趾板、趾板地地基的灌漿帷幕幕、周邊縫縫和面板板間的接縫止水水組成。a、面板位于堆石石壩體上上游面起起防滲作作用的混混凝土結結構。應根據壩壩體變形形及施工工條件進進行面板板分縫分分塊。垂垂直縫的的間距可可為12～18m。在兩壩肩肩附近的的面板應應設張性性垂直縫縫（A縫），其其余部分分的面板板設壓性性垂直縫縫（B縫）。張張性垂直直縫的數(shù)數(shù)量可根根據地形形地質條條件參照照工程經經驗或有有限元計計算確定定。兩岸岸垂直縫縫在距周周邊縫法法線方向向約0.6～1.0m范圍內，，應垂直直于周邊邊縫布置置成折線線形式。。2023/3/17112023/3/1712面板水平施施工縫的設設置宜考慮慮施工條件件，滿足臨臨時擋水或或分期蓄水水的要求。。繼續(xù)澆筑筑混凝土之之前，施工工縫的縫面面應經鑿毛毛處理，清清理干凈，，縫面用水水濕潤，鋪鋪一薄層高高強度砂漿漿。面板鋼鋼筋應穿過過縫面。分期澆筑的的面板，其其施工縫應應低于填筑筑體頂部高高程，高差差宜大于5m。如發(fā)現(xiàn)已澆澆筑面板與墊墊層間有脫空空現(xiàn)象，應以以低標號、低低壓縮性砂漿漿等灌注密實實后再澆筑面面板混凝土，，保證其良好好結合。2023/3/1713面板厚度的確定定應滿足下列要要求：便于布置鋼筋和和止水，其相應應最小厚度為0.30m；控制滲透水力梯梯度不超過200；在達到上述要求求的前提下，應應選用較薄的面面板厚度，以提提高面板柔性，，降低造價。面板的頂部厚度度宜取0.30m，并向底部逐漸漸增加，在相應應高度處的厚度度：t＝0.30十(0.002～0.0035)H式中t——面板厚度，m；H——計算斷面至面板板頂部的垂直距距離，m。中低壩可采用0.3～0.4m等厚面板。2023/3/1714b、趾板：連接地基防滲體體與面板的混凝凝土板。保證面面板與河床及岸岸坡間的不透水水連接，同時是是基礎帷幕的蓋蓋板和滑模施工工的起始工作面面。巖基上趾板厚度度可小于與其連連接的面板厚度度，最小設計厚厚度應不小于0.3m。高壩底部趾板板厚度應不小于于0.5m，可按高程分段段采用不同厚度度。趾板下游面垂直直于面板底面的的高度應不小于于0.9m。趾板一般可不作作穩(wěn)定分析。厚厚度超過2m時，需進行穩(wěn)定定和應力分析。。趾板穩(wěn)定分析析用剛體極限平平衡法。計算中中不計趾板錨筋筋作用及面板與與趾板之間的傳傳力。堆石壓力力只能考慮堆石石的主動壓力，，或考慮面板下下的堆石在面板板承受水庫壓力力后產生的側向向壓力。2023/3/1715c、接縫止水周邊縫應設置止止水。底部止水水銅片應選為最最基本的防滲線線，中部Pvc或橡膠止止水片及及頂部止止水視情情況選用用。頂部部止水系系統(tǒng)一般般由柔性性填料、、粉細砂砂(或粉煤灰灰)等材料構構成，可可以是其其中的一一種止水水材料，，也可以以是柔性性填料和和無粘性性材料兩兩種止水水材料。。低壩和和50m以下中壩壩可以只只采用一一道底部部止水。。中壩及及100m以下高壩壩宜設置置底、頂頂部兩道道止水。。100m以上的高高壩宜選選用底、、頂部兩兩道止水水，或底底、中、、頂部三三道止水水。不同壩高高的壓性性垂直縫縫均應采采用硬平平縫結構構，都只只需采用用一道底底部止水水?？p的的一側縫縫面應涂涂瀝青乳乳液等防防粘劑。。止水銅銅片下應應設置PVC墊片并粘粘合在水水泥砂漿漿墊座上上。止水水銅片兩兩側底角角應設置置瀝青止止?jié){條。。高壩張張性垂直直縫宜采采用底、、頂部兩兩道止水水，中、、低壩可可只采用用一道底底止水，，其結構構同壓性性縫。2023/3/1716面板水平施工縫須須用鋼筋穿過，應應不設止水。趾板伸縮縫可采用用銅片、PVC或橡膠片止水，并并應與周邊縫止水水構成封閉系統(tǒng)。。防浪墻與面板的水水平接縫，宜設置置底、頂部兩道止止水。中間與頂部止水均均應與相接縫的底底部止水連接形成成封閉結構：周邊邊縫PVC止水帶宜用夾具與與垂直縫處的底部部止水連接；周邊邊縫柔性止水可用用柔性填料塞與垂垂直縫的底部止水水連接。止水面膜膜宜粘結或壓結，，固定在面板上。。寒冷地區(qū)在水位變變動區(qū)不應采用角角鋼、膨脹螺栓作作為柔性填料面膜膜的止水固定件，，宜采用粘結材料料，以避免遭到凍凍脹的破壞而失去去其固定作用?；炷练罎B墻與連連接板之間的接縫縫止水，應按周邊邊縫止水設計。2023/3/17172023/3/17182023/3/17192023/3/1720三、構造設計計1、防浪墻作用：擋水、防浪，減減少堆石填筑筑方量，防浪浪墻延伸到兩兩岸與壩頭基基巖連接，形形成完整的防防滲體系。面板壩壩體穩(wěn)穩(wěn)定性能好，，壩體沉降量量較小，采用用高防浪墻可可減少填筑方方量，降低造造價。多采用用“L”型鋼筋混凝土土墻。防浪墻應設伸伸縮縫，其止止水應和面板板的止水或面面板與防浪墻墻問水平接縫縫的止水連接接。2、壩頂寬度壩頂寬度根據據壩高、交通通要求、施工工場地確定，，若不考慮壩壩高因素，可可采用5米。2023/3/17213、壩體坡度根據巖基強度和構構造、壩料性質以以及坡面滾石的安安全性確定。巖基基上，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，，下游一般不設馬馬道。高山峽谷區(qū)區(qū)，設“之”字形形上壩公路。2023/3/1722四、材料料分區(qū)1、目的在保證大大壩可靠靠運行前前提下，，盡量利利用樞紐紐的開挖挖料及壩壩址附近近的材料料，獲得得最大經經濟效益益。2、原則各區(qū)材料料之間滿滿足水力力過渡要要求，從從上游向向下游滲滲透系數(shù)數(shù)遞增，，下游壩壩料對上上游相鄰鄰材料有有反濾作作用；變形模量量從上游游向下游游遞減，，保證蓄蓄水后壩壩體變形形小，防防止面板板和止水水系統(tǒng)破破壞；充分利用用開挖石石渣，以以達到經經濟目的的。應根據料料源及對對壩料強強度、滲滲透性、、壓縮性性、施工工方便和和經濟合合理等要要求進行行壩體分分區(qū)，并并確定相相應填筑筑標準。。2023/3/1723從上游向下游游宜分為墊層區(qū)、過渡區(qū)、主堆石區(qū)、下游堆石區(qū)；在周邊縫下下游側設置特特殊墊層區(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，并參考同類工程經驗綜合確定。特殊墊層區(qū)：：位于周邊縫縫下游側墊層層區(qū)內，對周周邊縫及其附附近面板上鋪鋪設的堵縫材材料及水庫泥泥沙起反濾作作用。上游鋪蓋區(qū)：：用粉土、粉粉細砂、粉煤煤灰或其他材材料覆蓋在面面板及周邊縫縫上，起輔助助防滲作用。。蓋重區(qū)：覆蓋蓋在上游鋪蓋蓋區(qū)上的渣料料，維持上游游鋪蓋區(qū)的穩(wěn)穩(wěn)定，并起保保護作用。周邊縫：面板板與趾板或趾趾墻間的接縫縫。2023/3/1724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)壩料填填筑標準可可根據經驗驗初步確定定，其值可可在上表范范圍內選用用。設計應應同時規(guī)定定孔隙率(或相對密度度)、壩料級配配范圍和碾碾壓參數(shù)。。設計干密密度可用孔孔隙率和巖巖石密度換換算。2023/3/1725穩(wěn)定分析砼面板堆石壩壩壩坡參照已建工工程選用，一般般可不進行穩(wěn)定定分析。存在下下列情況之一時時，須進行穩(wěn)定定分析：壩基有軟弱夾層層或壩基砂礫石石層中存在細砂砂層、粉砂層或或粘性土夾層；；壩址位于地震設設計烈度8、9度的壩；施工期堆石壩體體過水或堆石壩壩體用墊層擋水水度汛、且擋水水水深較高時；；壩體用軟巖堆石石料填筑；地形條件不利。。應力和變形100m以上高壩或地形形地質條件復雜雜的壩，壩體應應力和變形宜用用有限元法計算算。有限元計算算的參數(shù)宜由試試驗結合類似工工程分析確定。。試驗用模擬料料、制樣條件及及加載方式應力力求能反映壩料料的力學特性。。其它的壩，可可用經驗方法估估算壩體變形。。2023/3/1726地震區(qū)壩體的抗震震措施設計烈度為8、9°時，宜加寬壩頂，，適當放緩壩坡和和采用上緩下陡的的壩坡，并在壩坡坡變化處設置馬道道。下游坡面頂部部宜用大塊石干砌砌，或用加筋堆石石、表面用鋼筋網網加固。宜用較低低的防浪墻，并采采取措施增加防浪浪墻的穩(wěn)定性地震區(qū)壩的安全超超高，應包括地震震涌浪高度。設計計烈度為8、9°時，安全超高應計計入壩和地基在地地震作用下的附加加沉降。加大墊層區(qū)的寬度度，加強和地基及及岸坡的連接。宜在面板中間部分分選擇幾條垂直縫縫，縫內填塞瀝青青浸漬木板或其它它有一定強度的