二、钢筋混凝土面板堆石坝

（一）剖面尺寸

1.坝顶要求

面板堆石坝一般为梯形剖面，其坝顶宽度和坝顶高程的确定与土坝类似，其中坝顶宽度除了应参考土坝的要求外，还应兼顾面板堆石坝的施工要求，以便浇筑面板时有足够的工作面和进行滑模设备的操作，一般不宜小于5m。

面板堆石坝一般在坝顶上游侧设置钢筋混凝土防浪墙，以利于节省堆石填筑方量。防浪墙高可采用4～6m，背水面一般高于坝顶1.0～1.2m，底部与面板间应做好止水连接，如图6-36所示。对于低坝也可采用与面板整体连接的低防浪墙结构。

图6-36　面板堆石坝坝顶构造（单位：m）

2.坝坡

面板堆石坝的坝坡与堆石料的性质、坝高及地基条件有关，设计时可参考类似工程拟定。对于抗剪强度高的堆石料，上、下游坝坡在静力条件下均可采用堆石料的天然休止角对应的坡度，鉴于经过大型振动碾压的堆石体内摩擦角多大于45°，因此一般采用1∶1.3～1∶1.4。对于地质条件较差或堆石料抗剪强度较低以及地震区的面板堆石坝，其坝坡应适当放缓。

（二）钢筋混凝土面板堆石坝的构造

钢筋混凝土面板堆石坝主要是由堆石体和钢筋混凝土面板防渗体等组成。

坝体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分区，并相应确定填筑标准。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，宜在面板上游较低部位设置上游铺盖区和盖重区。

图6-37　堆石坝分区示意图

1.堆石体

堆石体是面板下游的填筑体，是面板堆石坝的主体部分，根据其受力情况和在坝体所发挥的功能，又可划分为：垫层区（2A区）、过渡区（3A区）、主堆石区（3B区）和次堆石区（3C区），如图6-37所示。

（1）垫层区。垫层区是面板的直接支承体，向堆石体均匀传递水压力，并起辅助渗流控制作用。垫层区应选用质地新鲜、坚硬且耐久性较好的石料，可采用经筛选加工的砂砾石、人工石料或者由两者混合掺配。高坝垫层料应具有连续级配，一般最大粒径为80～100mm，粒径小于5mm的颗粒含量为30%～50%，小于0.775mm的颗粒含量应少于8%。垫层料经压实后应具有内部渗透稳定性、低压缩性，抗剪强度高，并应具有良好的施工质量。垫层施工时每层铺筑厚度一般为0.4～0.5m，用10t振动碾碾压4遍以上。对垫层上侧面，由于重型振动碾难于碾压，因此对上游坡面还应进行斜坡碾压。垫层区的水平宽度应由坝高、地形、施工工艺和经济比较确定。当采用汽车直接卸料、推土机平料的机械化施工时，垫层水平宽度以不小于3m为宜。如采用反铲、装载机等及配合人工铺料时，其水平宽度可适当减小，并相应增大过渡区宽度。垫层区可采用上下等宽布置；垫层区宜沿基岩接触面向下游适当扩大，延伸长度视岸坡地形、地质条件及坝高确定。应对垫层区的上游坡面提出平整度要求。

特殊垫层区是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。可以采用最大粒径小于40mm且内部稳定的细反滤料，经薄层碾压密实，以尽量减少周边缝的位移。

（2）过渡区。过渡区位于垫层区和主堆石区之间，保护垫层并起过渡作用。石料的粒径级配和密实度应介于垫层与主堆石区两者之间。由于垫层很薄，过渡区实际上是与垫层共同承担面板传力。此外，当面板开裂和止水失效而漏水时，过渡区应具有防止垫层内细颗粒流失的反滤作用，并保持自身的抗渗稳定性。过渡区细石料要求级配连续，最大粒径不宜超过300mm，压实后应具有低压缩性和高抗剪强度，并具有自由排水性能。过渡区材料，可采用专门开采的细堆石料、经筛选加工的天然砂砾石料或挖洞石渣料等。该区水平宽度可取3～5m，分层碾压厚度一般为0.4～0.5m。

（3）主堆石区。主堆石区位于坝体上游区内，是承受水荷载的主要支撑体。它将面板承受的水压力传递到地基和下游次堆石区，该区既应具有足够的强度和较小的沉降量，同时也应具有一定的透水性和耐久性。主堆石区宜采用硬岩（抗压强度大于或等于30MPa的岩石）堆石料或砂砾料填筑。枢纽建筑物开挖石料符合主堆石区或下游堆石区质量要求者，也可分别用于主堆石区或下游堆石区。该区石料应级配良好，以便碾压密实。主堆石区填筑层厚一般为0.8～1.0m，最大粒径应不超过600mm，用10t振动碾碾压4遍以上。

（4）次堆石区。位于坝体下游区，与主堆石区共同保持坝体稳定，其变形对面板影响轻微，因而对填筑要求可酌情放宽。石料最大粒径可达1500mm，填筑层厚1.5～2.0m，用10t振动碾碾压4遍。下游次堆石区在坝体底部下游水位以下部分，应采用能自由滤水、抗风化能力较强的石料填筑；下游水位以上部分，使用与主堆石区相同的材料，但可以采用较低的压实标准，或采用质量较差的石料，如各种软岩（抗压强度小于30MPa的岩石）料、风化石料等。

另外，混凝土面板上游铺盖区（1A区）可采用粉土、粉细砂、粉煤灰或其他材料填筑；上游盖重区（1B区）可采用渣料填筑；下游护坡可采用干砌石；或选用超径大石，运至下游坡面，以大头向外的方式堆放。

2.防渗面板的构造

（1）钢筋混凝土面板。采用钢筋混凝土面板作为防渗体，在堆石坝中应用较多，少量土坝也有采用。它位于堆石坝体上游面起防渗作用。下面介绍钢筋混凝土面板的构造要求。

钢筋混凝土面板要求下游非黏性土坝体必须具有很小的变形，而面板本身也应能够适应坝体的相对变形。为此，钢筋混凝土面板在坝体完成初始变形后铺筑最为理想。

钢筋混凝土面板防渗体主要是由防渗面板和趾板组成，如图6-38（a）所示。面板是防渗的主体，对质量有较高的要求，即要求面板具有符合设计要求的强度、不透水性和耐久性。面板底部厚度宜采用最大工作水头的1%，考虑施工要求，顶部最小厚度不宜小于30cm。

为使面板适应坝体变形、施工要求和温度变化的影响，面板应设置伸缩缝和施工缝，如图6-38（b）所示。垂直伸缩缝的间距，应根据面板受力条件和施工要求确定。面板中部一带的垂直伸缩缝间距可以取大些，一般以10～18m为宜，靠近岸坡的垂直缝间距则应酌情减小。垂直缝宜采用平接[图6-38（c）]，不使用柔性填充物，以便最大限度地减少面板的位移。水平施工缝一般设在坝底以上1/4～1/3坝高处。采用滑模施工时，为适应滑模连续施工的要求，也可以不设水平施工缝。

为控制温度和干缩裂缝及面板适应坝体变形而产生的应力，面板需要布置双向钢筋，每向配筋率为0.3%～0.5%。由于面板内力分布复杂、计算有一定的难度，故一般将钢筋布在面板中间部位。周边缝、垂直缝和水平缝附近配筋应适当加密，以控制局部拉应力和边角免遭挤压破坏。

（2）趾板（底座）。趾板是连接地基防渗体与面板的混凝土板，是面板的底座，其作用是保证面板与河床及岸坡之间的不透水连接，同时也作为坝基帷幕灌浆的盖板和滑模施工的起始工作面。

趾板的截面形式和布置如图6-38（a）所示，其沿水流方向的宽度b取决于作用水头H和坝基的性质，一般可按b=H/J确定，J为坝基的允许渗透比降。无资料时可取相对趾板位置水头的1/10～1/20，最小3.0m，低坝最小可取2.0m。对局部不良岸坡，应加大趾板宽度，增大固结灌浆范围。趾板厚度一般为0.5～1.0m，最小厚度0.3～0.4m。配筋布置可与面板相同。分缝位置应与面板分缝（垂直缝）对应。如果地基为岩基，可设锚筋与岩基固定。

图6-38　面板与趾板及分缝布置

（a）趾板横剖面图；（b）面板与趾板的分缝；（c）止水

（3）接缝与止水。面板坝的接缝按位置和作用可分为周边缝、面板垂直缝、趾板伸缩缝、面板与防浪墙水平缝、防浪墙伸缩缝以及施工缝，这些接缝是防渗系统中薄弱环节，容易发生止水失效和渗漏等问题，如图6-39所示。

图6-39　接缝细部结构图

（a）周边缝；（b）防浪墙与面板接缝；（c）面板垂直缝；（d）面板施工缝

面板接缝设计（包括面板与趾板的周边接缝和趾板之间接缝）主要是止水布置，周边缝止水布置最为关键。面板中间部位的伸缩缝，一般设1～2道止水，底部用止水铜片，上部用聚氯乙烯止水带。周边缝缝受力较复杂，一般设2～3道止水，在上述止水布置的中部再加PVC止水。如布置止水困难，可将周边缝面板局部加厚。

（4）面板与岩坡的连接。面板与岸坡的连接是整个面板防渗的薄弱环节，面板常随坝体产生的位移而产生变形，使其与岸坡结合不紧密，甚至出现脱离岸坡或产生错动的现象，形成集中渗流。设计中应特别慎重对待。

面板与岸坡的连接是通过趾板与岸坡连接的，面板与趾板又通过分缝和止水措施防渗。为此，了解面板与岸坡的连接，就必须了解趾板与岸坡的连接。

趾板作为面板与岸坡的不透水连接和灌浆压帽，应置于坚硬和可灌浆的弱风化至新鲜基岩上（低坝或水头较小的岸坡段可酌情放宽），岸坡的开挖坡度不宜陡于1∶0.5～1∶0.7；对置于强风化或有地质缺陷岩基的趾板，应采用专门的处理措施。趾板基础开挖应做到整体平顺，不带台阶，避免陡坎和反坡，当有妨碍垫层碾压的台阶、反坡或陡坎时，应作削坡或回填混凝土处理。

为保证趾板与岸坡紧密结合和加大灌浆压重，趾板与岸坡之间应插锚筋固定。锚筋直径一般为25～35mm，间距为1.0～1.5m，长为3～5m。

趾板范围内的岸坡应满足自身稳定和防渗要求，为此，应认真做好该处岸坡的固结灌浆和帷幕灌浆设计。固结灌浆可布置两排，深3～5m，帷幕灌浆宜布置在两排固结灌浆之间，一般为一排，深度按相应水头的1/3～1/2确定。灌浆孔的间距视岸坡地质条件而定，一般取2～4m，重要工程应根据现场灌浆试验确定。为了防止岸坡坍塌而砸坏趾板和面板，趾板高程以上的上游边坡应保持稳定。

趾板范围内的基岩如有断层、破碎带、软弱夹层等不良地质条件时，应根据其产状、规模和组成物质，逐条进行认真处理，可用混凝土塞作置换处理，延伸到下游一定距离，用反滤料覆盖，并加强趾板部位的灌浆。

趾板地基如遇深厚风化破碎及软弱岩层，难以开挖到弱风化岩层时，可以采取如下处理措施：①延长渗径，如加宽趾板、设下游防渗板、设混凝土截水墙等；②增设伸缩缝；③下游铺设反滤料覆盖。

工程案例

小浪底水利枢纽

1.工程概述

小浪底水利枢纽工程位于中国河南省洛阳市以北约40km的黄河中游最后一个峡谷出口处，上距三门峡水利枢纽130km，下距郑州黄河京广铁路115km。工程目的以防洪、防凌、减淤为主，兼顾供水、灌溉和发电、蓄清排浑。与现有其他防洪工程联合运用，可使黄河下游防洪标准由60年一遇提高到千年一遇，基本解除凌汛威胁。小浪底水库采用蓄清排浑运用方式，具有75.5亿m3拦沙库容，汛期调水调沙，可减少下游河道淤积96亿t，相当于20年下游河床不淤积抬高，同时每年增加20亿m3的供水量。主体工程于1994年9月12日开工，1997年10月28日截流，2000年1月9日第一台机组发电，2001年12月31日竣工。

坝址基岩主要为二叠、三叠纪砂岩、粉砂页岩，存在有强度较低的“泥化夹层”。河床覆盖层为冲积砂卵石层。深槽右侧岩坡在坝轴线附近，有一个高差达48m左右、坡度70°的基岩陡坎。坝基下游有12条断层，左岸泄洪建筑物布置区有6条断层。坝址基本地震度为Ⅶ度。

坝址控制流域面积69.4万km2，占黄河流域总面积的92.2%，多年平均含沙量36.9kg/m3。正常蓄水位275m，死水位230m，防洪库容40.5亿m3，调水调沙库容10.5亿m3，淤积库容75.5m3。设计洪水标准为千年一遇，相应洪水流量为28000m3/s；校核洪水标准为万年一遇，相应洪水流量37700m3/s。工程淹没耕地1.58hm2，迁移人口18.8万人。

2.枢纽布置和建筑物

枢纽由拦河大坝、泄洪排沙建筑物、引水发电建筑物、灌溉引水洞、正常溢洪道、非常溢洪道、副坝等组成（图6-40）。除拦河大坝外，所有建筑物都布置在左岸。

图6-40　小浪底水利枢纽总平面布置图

（1）拦河大坝。坝型为黏土斜心墙堆石坝，坝顶长1667m，坝顶宽15m，坝顶高程281m，最大坝高154m，最大坝底宽度864m。坝体体积5185万m3。大坝上游坡1∶2.6，下游坡1∶1.75。上游围堰成为坝体的一部分。堰顶高程185m，上游坡1∶3.5。坝基采用两道混凝土防渗墙防渗，一道设在上游围堰下，距坝轴线400.5m，一道设在主坝心墙下，距坝轴线80m，上游围堰防渗墙为塑性混凝土防渗墙，墙厚0.8m，面积1.37万m2，最大墙深80m。主坝混凝土防渗墙最大孔深度82m，防渗墙面积2.18万m2，墙厚1.2m。

坝体分区包括防渗体、反滤层、过渡层、过渡区、堆石壳体、护坡层等。防渗体由黏土斜心墙、上游围堰斜墙、上游水平铺盖组成。心墙下游有两层反滤层，第一层颗粒级配0.1～2.0mm，水平厚4～6m，第二层颗粒级配为5～60mm，水平厚4m。心墙上游内铺盖及坝基的反滤层颗粒级配0.1～60mm，水平厚度4m。斜心墙的过渡区颗粒级配为0.1～250mm，小于5mm颗粒小于30%。上游坝壳石料取自料场，软岩含量应小于5%，下游坝壳料利用进水口、地下洞室的开挖料。

（2）泄水和排沙建筑物。包括3条明流泄洪洞、3条孔板泄洪洞、3条排沙洞、1条正常溢洪道和1条非常溢洪道。对泄水建筑物的总要求是：千年一遇洪水，库水位274m时，总泄洪能力13480m3/s，万年一遇的洪水，库水位275m时，总泄洪能力13990m3/s；调水调沙时，库水位为220m和230m，总泄洪量分别为7000m3/s和8000m3/s左右。

孔板泄洪洞由导流洞改建。圆形断面，直径14.5m。闸前洞内设3道环形孔板。进口段采用龙抬头的形式与原导流洞衔接，洞长分别为1134m、1121m和1121m。进口底板高程175m。最大泄洪量分别为1727m3/s、1549m3/s、1549m3/s。

明流洞的断面为城门洞型，尺寸分别为10.5m×13m、10m×12m和10m×11.5m。相应洞长分别为1093m、1079m和1077m。相应最大泄量分别为2680m3/s、1973m3/s和1796m3/s。

排沙洞为圆形压力洞，直径6.5m，每条长1105m，采用后张法预应力混凝土衬砌，单洞最大泄流量675m3/s，最大水头122.3m。

正常溢洪道为陡槽式，由3孔11.5m×17.5m的弧形闸门控制。进口高程258m，库水位275m时下泄流量为3764m3/s。非常溢洪道布置在左岸桐树岭以北，为心墙堆石体，泄洪时需爆破坝体。在库水位275m时，最大泄量3000m3/s。

（3）水电站建筑物。包括进水口、引水隧洞、主厂房、主变室、尾水闸门室、尾水洞、防淤闸等。

6条引水隧洞分别为6台水轮发电机组供水。洞长324.27～423.79m，洞径均为7.8m。引水流量6×296m3/s。每两台机连接一条尾水洞。共3条尾水洞，城门洞形断面，尺寸为12m×19m，洞长805～906m。

地下厂房位于左岸T形山梁山体内，洞室长251.5m，宽25m，高57.9m。采用无柱吊车梁。厂房内装6台单机容量为30万kW的立轴混流式水轮发电机组，最大水头138.92m，设计水头112m。水轮机转轮直径6.3m，额定转速115.4r/min，单机引用流量296m3/s。主变室距主厂房32.8m，洞室尺寸为长174.7m，宽14.4m，高17.85m。尾水闸门室距主变压器24.80m，洞室尺寸为长175.8m，宽10.6m，高20.65m，三者平行布置。副厂房为地面式。

500kV和220kV开关站为屋外式，位于左岸地面，面积分别为200m×102m和131m×117m。

（4）进水塔。16个进水口组成10座进水塔一字形排列集中布置在大坝上游风雨沟内东侧，以便排沙和排漂。3条明流洞设3个单独的进水塔，进水口高程分别为195m、209m、225m，塔宽分别为20m、16m、16m；3条孔板泄洪洞设3个单独的进水塔，进水口高程175m，每座塔宽20m；3条排沙排污洞和6条发电洞组合成3座进水塔，排沙洞的进水高程223m，塔宽11m，塔高93～113m，顺流向长54～70m，塔群前缘总宽276.4m。塔内设置各种闸门孔口总数为91孔，其中检修闸门47孔，事故闸门23孔，工作闸门3孔。启闭机26套，塔顶门机2台。

（5）消力塘。3条明渠泄洪洞、3条孔板泄洪洞、3条排沙洞和1条正常溢洪道，下游共用一个消力塘消能。消力塘分为二级，一级消力塘长165m，宽365m，水深28m；二级消力塘长45m，宽352m，水深15m；护坦长82m，宽360m，水深10m。