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混凝土面板堆石坝发展综述作者：柯克( 加利福尼亚圣拉斐尔咨询工程师 ，美国 )摘要：文章回顾了混凝土面板堆石坝从19世纪60年代到目前的发展史；阐述了压性缝方面的一些近期发现；论述了混凝土面板堆石坝的接缝设计并对此类型坝的未来发展提出了一些建议关键词：混凝土面板堆石坝；压性缝；接缝设计1 简介柯克先生的论文（文献）对混凝土面板堆石坝的发展进行了全面的阐述最初的抛投法填筑，坝体渗水严重、变形大，从而使混凝土面板承受过大的应力并导致压性缝开裂六十年代初的欧洲，随着振动碾的出现，填筑方法由抛投法填筑转变为碾压填筑，一些采用碾压填筑技术修建的混凝土/沥青面板坝应运而生并运行良好此文章回顾了混凝土面板堆石坝从19世纪60年代到目前的发展史；阐述了压性缝方面的一些近期发现；论述了混凝土面板堆石坝的接缝设计并对此类型坝的未来发展提出了一些建议1.1 振动碾的发展在振动碾出现前，大部分混凝土面板堆石坝是采用分层抛投填筑修建的，每层18-60厘米，并按照水：石=3：1（体积比）对抛填体进行灌水堆石变形大，易造成面板开裂和表层剥落尤其需要特别提出的是采用抛投填筑修建的混凝土面板堆石坝，当坝高超过75米时，将出现与趾板平行的裂缝、压性缝深度开裂。

同时还观测到导致中部压性缝破坏的压应力和在坝肩附近产生的拉应力1960年Therzagui推荐使用碾压填筑技术，这项技术的使用减小了填筑体的变形以及由于填筑体变形给面板造成的损害 50年代末期在欧洲采用碾压填筑技术修建的高、中型混凝土面板堆石坝都取得了很好的效果，比较典型有： 库契 38m 苏格兰 3.5t 压路机海纳 48m 西 德 3.0t 夯板比格 48m 西 德 5.0t 夯板威尼莫 60m 挪 威 5.0t 振动碾然而，振动碾是随着60年代混凝土面板坝数量的不断增加而发展起来的振动碾开启了一扇提高堆石体密度和经济有效的使用不同材料的大门如今，有不同型号的振动碾（6吨到15吨） 振动碾的定义指的是作用在光滑滚筒上面的荷载而不是指碾子本身的总重量该荷载作用在滚筒上的力必须大于5t/m ，从而在1400-1800VPM的振动范围之间可以得到要求的碾压密实度1.2 混凝土面板堆石高坝的发展表1 简要的概括了混凝土面板堆石高坝的发展，从1971年澳大利亚建成的塞沙娜坝（110米高）见图1，到正在施工的中国的水布垭（233米高，2009年竣工）。

表1混凝土面板堆石高坝的发展名称高度（米）国家面板面积（ 米²）竣工时间备注塞沙娜110m澳大利亚3000019711971-1974安奇卡亚140m哥伦比亚2200019741974-1980莫哈勒145m莱索托870002002非洲最高萨尔瓦兴娜148m哥伦比亚575001983最高的砾石坝辛戈150m巴西135001994米苏可拉150m希腊510001995欧洲最高波尔塞三级155m哥伦比亚570002010正在施工阿里亚160m巴西13900019801980-1993滩坑161m中国680002006天生桥178m中国1800001999亚洲最高洪家渡182m中国760002007正在施工巴拉格兰德185m巴西1080002006马萨尔185m厄瓜多尔450002008正在施工三板溪186m中国940002008正在施工阿瓜密尔巴187m墨西哥13700019931993-2006埃尔卡洪189m墨西哥990002006竣工卡拉哈196m冰岛930002007正在施工坎普斯诺沃斯202m巴西10600020062006年最高巴贡205m马来西亚1270002007正在施工拉亚斯卡210m墨西哥1290002010正在施工水布垭233m中国1200002009正在施工塞沙娜坝和安奇卡亚坝的压缩模量较高（分别在145MPa和 135MPa之间），碾压充分、面板无损坏。

由于坝肩的几何形状比较特殊，一些平行于趾板的裂缝出现在碾压坝体中这些裂缝类似于抛投堆石坝体出现的裂缝堆石料级配对碾压坝的压缩模量至关重要用级配均匀（即粒径一致）的玄武岩填筑的坝体，空隙率很高、压缩模量低（在30MPA 到60MPa 之间）级配良好的堆石料，空隙率低、压缩模量高，压缩模量的范围在140MPa 到 400MPa之间，如塞沙娜坝、安奇卡亚坝、阿瓜密尔巴坝和萨尔瓦兴娜坝 砾石料通常级配良好、压缩模量高、面板变形小 图. 1塞沙娜坝, 澳大利亚， 1971-1974期间最高的坝 在确定填筑层厚，碾压遍数，加水量之前，评估堆石料的压缩模量是非常重要的目前，正在施工中的墨西哥的埃尔卡洪坝（189米高），加水量(>250 l/m³) ，填筑层厚0.80～1.00m，压缩模量为140MPa，碾压遍数为6，使用12吨的振动碾2 挤压墙施工技术的使用面板下面的过渡料--2B料被詹姆斯谢拉德先生改为：最大粒径为0.08～0.10m 的破碎料、含砂率为35-55%、通过200号筛的细颗粒为2～10％。

使用振动碾水平碾压的2B料，为了防止冲蚀，沿坝体上游边坡方向需要进行额外碾压许多坝都受到了大雨或导流围堰可能发生的漫顶所造成的冲蚀的影响因此，需要用乳化沥青或喷混凝土对大坝上游面进行永久保护，然而这样做，既耗时、成本又高在巴西艾塔坝（120米）的修建过程中，开发了挤压墙施工技术挤压墙施工技术简化了混凝土面板堆石坝的施工，具有很多优点现在很多国家的堆石坝都采用了这个技术，即在过渡料上修建混凝土挤压墙（见图2）这个方法的优点已被广泛的论证 [4] ，并在世界各地的高混凝土面板坝中得到广泛的应用3 压性缝的近期观察具有低压缩模量的抛投堆石坝中出现的压性缝开裂和超应力同样在混凝土面板堆石高坝也出现了首次压性缝开裂事件于2003年7月发生在中国天生桥一级面板堆石坝（178米）2004年这条已修补过的施工缝再次开裂，通过浇筑50毫米厚的可压缩填料对裂缝进行了重新修补后，目前没有该压性缝再次开裂的报道第2次压性缝开裂事件于2005年9月发生在巴西的巴拉格兰德坝（185米）上当时水库蓄水位已达最大水头的85%2005年10月，类似的压性缝开裂也出现在巴西的坎普斯诺沃斯坝（202米）裂缝损害延伸到大坝的底部，并出现一些斜向的开裂。

2006年2月，非洲莱索托的莫哈勒坝（145米）也出现类似情况，过大的压力破坏了混凝土，直接影响了止水并导致渗漏增加对于高坝，尤其是位于狭窄山谷的高坝，如果压缩模量低，那么面板变形将导致中部压性缝承受很高的压应力（图3）4 混凝土面板堆石高坝的设计标准本文所讨论的设计标准指的是堆石坝的碾压标准、面板尺寸和接缝的选择标准而对于边坡坡度的确定标准以及稳定性分析，因为在国际研讨会上已被广泛的讨论，因此就不在此阐述了 图2 挤压墙施工 图 3 作用于压性缝的超应力对钢筋、混凝土和止水产生的巨大影响 4.1 堆石填筑通常情况下，都是按照图1中的通用体系进行堆石体的设计2B区即垫层料区，2B区可进行分层填筑，层厚可根据振动碾的规格和大坝尺寸确定，一般为0.30米， 0.40米 和0.50米如使用滚筒上静荷载³5t/m的10吨振动碾，通常的碾压遍数为4-6遍3A区：层厚与2B料基本相同，碾压方式同2B料相同3B，3C和T区的分层和碾压参数采用表2中的推荐值： 表2：混凝土面板堆石高坝要求的碾压标准区层厚（米）振动碾碾压遍数水CU备注3B1.0m0.6-0.8 m10T12T4-6³ 6200l/m²>200³15£15适于使用较重的振动碾，滚筒上静荷载³5t/m3C1.200.8010T12T4-6³6200l/m³>200l/m³³15£15适于使用较重的振动碾，滚筒上静荷载³5t/mT1.00.8010T12T4-6³6200l/m³200l/m³³ 15£15位于坝的中部在A/H² £ 4的狭窄山谷建坝时，必须加强碾压以达到高压缩模量。

A = 面板的面积 H = 大坝的高度（米）4.2 混凝土面板面板厚度和配筋面板厚度按以下标准确定：a) 堆石料级配良好、高度在120米以下的堆石坝：采用的公式， 即: T= 0.30+0.002Hm T = 厚度（米） ; H = 高度（米）当压缩模量低于100MPa ，建议采用公式：T= 0.30+ 0.003Hm靠近坝肩区域采用双向配筋，每个方向的配筋率均为0.5% ；受压区也采用双向配筋，每个方向的配筋率均为0.4%b) 堆石料级配良好、高度在120米以上的堆石坝，采用公式： 对于高度在120米或以下的部分，T= 0.30+0.002H 对于高度在120米以上的部分 T=0.0045H配筋率见a)c) 堆石料级配均匀（即粒径一致），高度在120米以下的堆石坝,使用公式: T=0.30+0.003Hm靠近坝肩区域采用双向配筋，每个方向的配筋率均为0.5% ；受压区也采用双向配筋，每个方向的配筋率均为0.4%d) 堆石料级配均匀（即粒径一致），高度在120米以上的堆石坝，使用公式:对于高度在120米或以下的部分 T= 0.30+0.003H 对于高度在120米以上的部分 T=0.0045H如果压缩模量低于100MPa 时，需增加中心面板厚度到：对于高度在120米或以下的部分T=0.40m+0.003H 对于高度在120米以上的部分 T=0.0063Hm4.3 接 缝4.3.1 周边缝使用常规周边缝，图4 是 墨西哥埃尔卡洪坝（189米）采用的周边缝设计。

图 4 墨西哥埃尔卡洪坝的周边缝设计4.3.2 压性缝见图5采用的压性缝设计如下： (1) 保证砂浆垫层以上的理论厚度；(2) 在挤压墙内浇筑砂浆垫层；(3) 将铜止水的垂直翼檐高度减到2厘米；(4) 在接缝中使用填充料，木板或沥青板之类的填充料可减小过高的应力；(5) 取消上部V形槽或将V形槽深度减到2厘米；(6) 安装防止面板开裂的钢筋；图5 冰岛卡拉哈坝压性缝设计 5 结论（1）随着碾压设备和新的施工技术（如挤压墙）的发展，混凝土面板堆石坝施工技术被越来越多的应用，它的成功应用也促进了堆石坝坝体各组成部分的创新设计2）虽然混凝土面板堆石结构是安全的，然后正如本文所建议的，面板压性缝。