2011-10-17 1
§ 8 面板堆石坝
一,概述
二,坝体结构
三,构造设计
四,材料分区
五,研究问题
2011-10-17 2
定义,
用堆石或砂砾石分层碾压填筑成坝体，用混凝土面板作
防渗体的坝，简称“面板堆石坝”或“面板坝”。
一、概述
发展过程,
?19世纪及 20世纪早期为抛填堆石坝阶段；
美国采矿、淘金 抛石填筑、高压水枪冲实 沉降
大 面板难以承受大变形
?1940年后的 20年内，抛填堆石坝向碾压堆石坝发展，
出现了土质心墙堆石坝、斜墙堆石坝；
太沙基 薄层碾压
?1965年后，碾压堆石坝。
2011-10-17 3 西北口面板堆石坝，坝高 95m
2011-10-17 4
江西东津 88.5m
2011-10-17 5 兴山 古洞口 118m
2011-10-17 6
面板堆石坝的优点,
?抗滑稳定性好。
水荷载 → 面板 → 坝体，整个堆石坝重量及面板上部分水
重抵抗水压；分层碾压的堆石密实度高，抗剪强度大。
坝坡 1,1.3或 1,1.4，对应坡角 37.6° 或 35.5°,接近
松散抛填堆石的自然休止角，大大低于碾压堆石的内摩擦角
（大于 45° ），大多数堆石坝不做稳定分析。
?坝坡陡，断面小，枢纽布置紧凑。
?透水性好，抗震性能强。
排水性好，处于无水状态，地震时不会产生孔隙水压力，
不会液化或坝坡失稳。
?施工导流方便，坝体可过水。
?施工受雨季影响小，可分期施工。
2011-10-17 7 振动碾
2011-10-17 8 坝面碾压
2011-10-17 9
二、坝体结构
混凝土面板堆石坝主要由 堆石体 和 防渗系统 组成。
2011-10-17 10
名称 位置 作用 要求
垫层区 面板下方
平整面板，避免应力集中；
减少水荷载引起的变形；辅
助防渗
粒径不能太大，有较多细
料；良好级配
过渡区
垫层区和
主堆石区
之间
保护垫层并起过渡作用
级配连续，最大粒径
≤ 300mm，低压缩性和高
抗剪强度，自由排水性能
主 堆
石 区 坝体上游 是承受水荷载的主要支撑体
低压缩性、高抗剪强度、
较好的透水性和耐久性。
硬岩堆石料或砂砾料
次 堆
石 区 坝体下游
与主堆石区共同保持坝体稳
定，其变形对面板影响轻微 软岩堆石料
1、堆石体
由垫层区、过渡区、主堆石区、次堆石区组成
2011-10-17 11
2、防渗系统
由钢筋砼 面板, 趾板,趾板地基的 灌浆帷幕,周边
缝和面板间的 接缝止水 组成。
a、面板
位于堆石坝体上游面起防渗作用的混凝土结构 。
应根据坝体变形及施工条件进行面板分缝分块。垂
直缝的间距可为 12～ 18m。
在两坝肩附近的面板应设张性垂直缝（ A缝），其余
部分的面板设压性垂直缝（ B缝）。张性垂直缝的数量可
根据地形地质条件参照工程经验或有限元计算确定。两
岸垂直缝在距周边缝法线方向约 0.6～ 1.0m范围内，应垂
直于周边缝布置成折线形式。
2011-10-17 12
2011-10-17 13
面板水平施工缝的设置宜考虑施工条件，满足临时挡水
或分期蓄水的要求。继续浇筑混凝土之前，施工缝的缝面应
经凿毛处理，清理干净，缝面用水湿润，铺一薄层高强度砂
浆。面板钢筋应穿过缝面。
分期浇筑的面板，其施工缝应低于填筑体顶部高程，高
差宜大于 5m。如发现已浇筑面板与垫层间有脱空现象，应以
低标号、低压缩性砂浆等灌注密实后再浇筑面板混凝土，保
证其良好结合。
2011-10-17 14
面板厚度的确定应满足下列要求,
?便于布置钢筋和止水，其相应最小厚度为 0.30m；
?控制渗透水力梯度不超过 200；
?在达到上述要求的前提下，应选用较薄的面板厚度，以
提高面板柔性，降低造价。
面板的顶部厚度宜取 0.30m，并向底部逐渐增加，在
相应高度处的厚度,
t＝ 0.30十 (0.002～ 0.0035)H
式中 t—— 面板厚度,m；
H—— 计算断面至面板顶部的垂直距离,m。
中低坝可采用 0.3～ 0.4m等厚面板。
2011-10-17 15
b、趾板,
连接地基防渗体与面板的混凝土板。保证面板与河床及岸
坡间的不透水连接，同时是基础帷幕的盖板和滑模施工的起始
工作面 。
岩基上趾板厚度可小于与其连接的面板厚度，最小设计厚
度应不小于 0.3m。高坝底部趾板厚度应不小于 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应不小于 0.9m。
趾板一般可不作稳定分析。厚度超过 2m时，需进行稳定和
应力分析。趾板稳定分析用刚体极限平衡法。计算中不计趾板
锚筋作用及面板与趾板之间的传力。堆石压力只能考虑堆石的
主动压力，或考虑面板下的堆石在面板承受水库压力后产生的
侧向压力。
2011-10-17 16
c、接缝止水
周边缝应设置止水。底部止水铜片应选为最基本的防渗线，
中部 Pvc或橡胶止水片及顶部止水视情况选用。顶部止水系统
一般由柔性填料、粉细砂 (或粉煤灰 )等材料构成，可以是其中
的一种止水材料，也可以是柔性填料和无粘性材料两种止水材
料。低坝和 50m以下中坝可以只采用一道底部止水。中坝及
100m以下高坝宜设置底、顶部两道止水。 100m以上的高坝宜选
用底、顶部两道止水，或底、中、顶部三道止水。
不同坝高的压性垂直缝均应采用硬平缝结构，都只需采用
一道底部止水。缝的一侧缝面应涂沥青乳液等防粘剂。止水铜
片下应设置 PVC垫片并粘合在水泥砂浆垫座上。止水铜片两侧
底角应设置沥青止浆条。高坝张性垂直缝宜采用底、顶部两道
止水，中、低坝可只采用一道底止水，其结构同压性缝。
2011-10-17 17
面板水平施工缝须用钢筋穿过，应不设止水。
趾板伸缩缝可采用铜片,PVC或橡胶片止水，并应与周边
缝止水构成封闭系统。
防浪墙与面板的水平接缝，宜设置底、顶部两道止水。
中间与顶部止水均应与相接缝的底部止水连接形成封闭
结构：周边缝 PVC止水带宜用夹具与垂直缝处的底部止水连接；
周边缝柔性止水可用柔性填料塞与垂直缝的底部止水连接。
止水面膜宜粘结或压结，固定在面板上。
寒冷地区在水位变动区不应采用角钢、膨胀螺栓作为柔
性填料面膜的止水固定件，宜采用粘结材料，以避免遭到冻
胀的破坏而失去其固定作用。
混凝土防渗墙与连接板之间的接缝止水，应按周边缝止
水设计。
2011-10-17 18
2011-10-17 19
2011-10-17 20
2011-10-17 21
三、构造设计
1、防浪墙
作用：挡 水、防浪，减少堆石填筑方量，防浪墙延伸
到两岸与坝头基岩连接，形成完整的防渗体系。
面板坝坝体稳定性能好，坝体沉降量较小，采用高防
浪墙可减少填筑方量，降低造价。多采用,L”型钢筋混
凝土墙。 防浪墙应设伸缩缝，其止水应和面板的止水或
面板与防浪墙问水平接缝的止水连接。
2、坝顶宽度
坝顶宽度根据坝高、交通要求、施工场地确定，若不
考虑坝高因素，可采用 5米。
2011-10-17 22
3、坝体坡度
根据岩基强度和构造、坝料性质以及坡面滚石的安全
性确定。岩基上，材料坚硬、级配良好坝高＞ 140m，采用
1,1.4；坝高小于 110～ 130m，采用 1,1.3；材料不够理
想，可放缓坝坡。
上游坡不设变坡，如无特殊要求，下游一般不设马道。
高山峡谷区，设“之”字形上坝公路。
2011-10-17 23
四、材料分区
1、目的
在保证大坝可靠运行前提下，尽量利用枢纽的开挖料
及坝址附近的材料，获得最大经济效益。
2、原则
?各区材料之间满足水力过渡要求，从上游向下游渗
透系数递增，下游坝料对上游相邻材料有反滤作用；
?变形模量从上游向下游递减，保证蓄水后坝体变形
小，防止面板和止水系统破坏；
?充分利用开挖石渣，以达到经济目的。
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坝体分区，并确定相应填筑
标准。
2011-10-17 24
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，
宜在面板上游面低部位设置上游铺盖区及盖重区。
垫层区、过渡区、主堆石区及下游堆石区材料的填筑标
准，应根据坝的等级、高度、河谷形状、地震烈度及料场特
性等因素，并参考同类工程经验综合确定。
特殊垫层区：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。
上游铺盖区：用粉土、粉细砂、粉煤灰或其他材料覆盖
在面板及周边缝上，起辅助防渗作用。
盖重区：覆盖在上游铺盖区上的渣料，维持上游铺盖区
的稳定，并起保护作用。
周边缝：面板与趾板或趾墙间的接缝。
2011-10-17 25
坝料填筑标准
料物或分区 孔隙率 (%) 相对密度
垫层料
过渡层细堆石料
主堆石区堆石料
下游区堆石料
砂砾石料
15～ 20
18～ 22
20～２ 5
23～ 28
0.75～ 0.85
各区坝料填筑标准可根据经验初步确定，其值可在上表范
围内选用。设计应同时规定孔隙率 (或相对密度 )、坝料级配范
围和碾压参数。设计干密度可用孔隙率和岩石密度换算。
2011-10-17 26
稳定分析
砼面板堆石坝坝坡参照已建工程选用，一般可不进行稳定
分析。存在下列情况之一时，须进行稳定分析,
?坝基有软弱夹层或坝基砂砾石层中存在细砂层、粉砂层或粘
性土夹层；
?坝址位于地震设计烈度 8,9度的坝；
?施工期堆石坝体过水或堆石坝体用垫层挡水度汛、且挡水水
深较高时；
?坝体用软岩堆石料填筑；
?地形条件不利。
应力和变形
100m以上高坝或地形地质条件复杂的坝，坝体应力和变形
宜用有限元法计算。有限元计算的参数宜由试验结合类似工程
分析确定。试验用模拟料、制样条件及加载方式应力求能反映
坝料的力学特性。其它的坝，可用经验方法估算坝体变形。
2011-10-17 27
地震区坝体的抗震措施
设计烈度为 8,9° 时，宜加宽坝顶，适当放缓坝坡和采用上
缓下陡的坝坡，并在坝坡变化处设置马道。下游坡面顶部宜用大
块石干砌，或用加筋堆石、表面用钢筋网加固。宜用较低的防浪
墙，并采取措施增加防浪墙的稳定性
地震区坝的安全超高，应包括地震涌浪高度。设计烈度为 8、
9° 时，安全超高应计入坝和地基在地震作用下的附加沉降。
加大垫层区的宽度，加强和地基及岸坡的连接。
宜在面板中间部分选择几条垂直缝，缝内填塞沥青浸渍木板
或其它有一定强度的填充板。
宜增加河谷中间顶部面板特别是顺坡向的配筋率。
宜增加坝体堆石料特别是在地形突变处的压实密度。
坝体用砂砾石料填筑时，应增加排水区的排水能力。下游坝
坡以内一定区域宜采用堆石填筑。
2011-10-17 28
?如何确定碾压堆石体的本构关系、测定其系数
?如何进行坝体在施工期和运用期中的静动力及变形
分析，做好止水设计
?如何快速大面积浇筑面板而防止开裂
?如何在较软弱地基上修建面板堆石坝
?200米以上高面板堆石坝的问题
五、研究任务
§ 8 面板堆石坝
一,概述
二,坝体结构
三,构造设计
四,材料分区
五,研究问题
2011-10-17 2
定义,
用堆石或砂砾石分层碾压填筑成坝体，用混凝土面板作
防渗体的坝，简称“面板堆石坝”或“面板坝”。
一、概述
发展过程,
?19世纪及 20世纪早期为抛填堆石坝阶段；
美国采矿、淘金 抛石填筑、高压水枪冲实 沉降
大 面板难以承受大变形
?1940年后的 20年内，抛填堆石坝向碾压堆石坝发展，
出现了土质心墙堆石坝、斜墙堆石坝；
太沙基 薄层碾压
?1965年后，碾压堆石坝。
2011-10-17 3 西北口面板堆石坝，坝高 95m
2011-10-17 4
江西东津 88.5m
2011-10-17 5 兴山 古洞口 118m
2011-10-17 6
面板堆石坝的优点,
?抗滑稳定性好。
水荷载 → 面板 → 坝体，整个堆石坝重量及面板上部分水
重抵抗水压；分层碾压的堆石密实度高，抗剪强度大。
坝坡 1,1.3或 1,1.4，对应坡角 37.6° 或 35.5°,接近
松散抛填堆石的自然休止角，大大低于碾压堆石的内摩擦角
（大于 45° ），大多数堆石坝不做稳定分析。
?坝坡陡，断面小，枢纽布置紧凑。
?透水性好，抗震性能强。
排水性好，处于无水状态，地震时不会产生孔隙水压力，
不会液化或坝坡失稳。
?施工导流方便，坝体可过水。
?施工受雨季影响小，可分期施工。
2011-10-17 7 振动碾
2011-10-17 8 坝面碾压
2011-10-17 9
二、坝体结构
混凝土面板堆石坝主要由 堆石体 和 防渗系统 组成。
2011-10-17 10
名称 位置 作用 要求
垫层区 面板下方
平整面板，避免应力集中；
减少水荷载引起的变形；辅
助防渗
粒径不能太大，有较多细
料；良好级配
过渡区
垫层区和
主堆石区
之间
保护垫层并起过渡作用
级配连续，最大粒径
≤ 300mm，低压缩性和高
抗剪强度，自由排水性能
主 堆
石 区 坝体上游 是承受水荷载的主要支撑体
低压缩性、高抗剪强度、
较好的透水性和耐久性。
硬岩堆石料或砂砾料
次 堆
石 区 坝体下游
与主堆石区共同保持坝体稳
定，其变形对面板影响轻微 软岩堆石料
1、堆石体
由垫层区、过渡区、主堆石区、次堆石区组成
2011-10-17 11
2、防渗系统
由钢筋砼 面板, 趾板,趾板地基的 灌浆帷幕,周边
缝和面板间的 接缝止水 组成。
a、面板
位于堆石坝体上游面起防渗作用的混凝土结构 。
应根据坝体变形及施工条件进行面板分缝分块。垂
直缝的间距可为 12～ 18m。
在两坝肩附近的面板应设张性垂直缝（ A缝），其余
部分的面板设压性垂直缝（ B缝）。张性垂直缝的数量可
根据地形地质条件参照工程经验或有限元计算确定。两
岸垂直缝在距周边缝法线方向约 0.6～ 1.0m范围内，应垂
直于周边缝布置成折线形式。
2011-10-17 12
2011-10-17 13
面板水平施工缝的设置宜考虑施工条件，满足临时挡水
或分期蓄水的要求。继续浇筑混凝土之前，施工缝的缝面应
经凿毛处理，清理干净，缝面用水湿润，铺一薄层高强度砂
浆。面板钢筋应穿过缝面。
分期浇筑的面板，其施工缝应低于填筑体顶部高程，高
差宜大于 5m。如发现已浇筑面板与垫层间有脱空现象，应以
低标号、低压缩性砂浆等灌注密实后再浇筑面板混凝土，保
证其良好结合。
2011-10-17 14
面板厚度的确定应满足下列要求,
?便于布置钢筋和止水，其相应最小厚度为 0.30m；
?控制渗透水力梯度不超过 200；
?在达到上述要求的前提下，应选用较薄的面板厚度，以
提高面板柔性，降低造价。
面板的顶部厚度宜取 0.30m，并向底部逐渐增加，在
相应高度处的厚度,
t＝ 0.30十 (0.002～ 0.0035)H
式中 t—— 面板厚度,m；
H—— 计算断面至面板顶部的垂直距离,m。
中低坝可采用 0.3～ 0.4m等厚面板。
2011-10-17 15
b、趾板,
连接地基防渗体与面板的混凝土板。保证面板与河床及岸
坡间的不透水连接，同时是基础帷幕的盖板和滑模施工的起始
工作面 。
岩基上趾板厚度可小于与其连接的面板厚度，最小设计厚
度应不小于 0.3m。高坝底部趾板厚度应不小于 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应不小于 0.9m。
趾板一般可不作稳定分析。厚度超过 2m时，需进行稳定和
应力分析。趾板稳定分析用刚体极限平衡法。计算中不计趾板
锚筋作用及面板与趾板之间的传力。堆石压力只能考虑堆石的
主动压力，或考虑面板下的堆石在面板承受水库压力后产生的
侧向压力。
2011-10-17 16
c、接缝止水
周边缝应设置止水。底部止水铜片应选为最基本的防渗线，
中部 Pvc或橡胶止水片及顶部止水视情况选用。顶部止水系统
一般由柔性填料、粉细砂 (或粉煤灰 )等材料构成，可以是其中
的一种止水材料，也可以是柔性填料和无粘性材料两种止水材
料。低坝和 50m以下中坝可以只采用一道底部止水。中坝及
100m以下高坝宜设置底、顶部两道止水。 100m以上的高坝宜选
用底、顶部两道止水，或底、中、顶部三道止水。
不同坝高的压性垂直缝均应采用硬平缝结构，都只需采用
一道底部止水。缝的一侧缝面应涂沥青乳液等防粘剂。止水铜
片下应设置 PVC垫片并粘合在水泥砂浆垫座上。止水铜片两侧
底角应设置沥青止浆条。高坝张性垂直缝宜采用底、顶部两道
止水，中、低坝可只采用一道底止水，其结构同压性缝。
2011-10-17 17
面板水平施工缝须用钢筋穿过，应不设止水。
趾板伸缩缝可采用铜片,PVC或橡胶片止水，并应与周边
缝止水构成封闭系统。
防浪墙与面板的水平接缝，宜设置底、顶部两道止水。
中间与顶部止水均应与相接缝的底部止水连接形成封闭
结构：周边缝 PVC止水带宜用夹具与垂直缝处的底部止水连接；
周边缝柔性止水可用柔性填料塞与垂直缝的底部止水连接。
止水面膜宜粘结或压结，固定在面板上。
寒冷地区在水位变动区不应采用角钢、膨胀螺栓作为柔
性填料面膜的止水固定件，宜采用粘结材料，以避免遭到冻
胀的破坏而失去其固定作用。
混凝土防渗墙与连接板之间的接缝止水，应按周边缝止
水设计。
2011-10-17 18
2011-10-17 19
2011-10-17 20
2011-10-17 21
三、构造设计
1、防浪墙
作用：挡 水、防浪，减少堆石填筑方量，防浪墙延伸
到两岸与坝头基岩连接，形成完整的防渗体系。
面板坝坝体稳定性能好，坝体沉降量较小，采用高防
浪墙可减少填筑方量，降低造价。多采用,L”型钢筋混
凝土墙。 防浪墙应设伸缩缝，其止水应和面板的止水或
面板与防浪墙问水平接缝的止水连接。
2、坝顶宽度
坝顶宽度根据坝高、交通要求、施工场地确定，若不
考虑坝高因素，可采用 5米。
2011-10-17 22
3、坝体坡度
根据岩基强度和构造、坝料性质以及坡面滚石的安全
性确定。岩基上，材料坚硬、级配良好坝高＞ 140m，采用
1,1.4；坝高小于 110～ 130m，采用 1,1.3；材料不够理
想，可放缓坝坡。
上游坡不设变坡，如无特殊要求，下游一般不设马道。
高山峡谷区，设“之”字形上坝公路。
2011-10-17 23
四、材料分区
1、目的
在保证大坝可靠运行前提下，尽量利用枢纽的开挖料
及坝址附近的材料，获得最大经济效益。
2、原则
?各区材料之间满足水力过渡要求，从上游向下游渗
透系数递增，下游坝料对上游相邻材料有反滤作用；
?变形模量从上游向下游递减，保证蓄水后坝体变形
小，防止面板和止水系统破坏；
?充分利用开挖石渣，以达到经济目的。
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坝体分区，并确定相应填筑
标准。
2011-10-17 24
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，
宜在面板上游面低部位设置上游铺盖区及盖重区。
垫层区、过渡区、主堆石区及下游堆石区材料的填筑标
准，应根据坝的等级、高度、河谷形状、地震烈度及料场特
性等因素，并参考同类工程经验综合确定。
特殊垫层区：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。
上游铺盖区：用粉土、粉细砂、粉煤灰或其他材料覆盖
在面板及周边缝上，起辅助防渗作用。
盖重区：覆盖在上游铺盖区上的渣料，维持上游铺盖区
的稳定，并起保护作用。
周边缝：面板与趾板或趾墙间的接缝。
2011-10-17 25
坝料填筑标准
料物或分区 孔隙率 (%) 相对密度
垫层料
过渡层细堆石料
主堆石区堆石料
下游区堆石料
砂砾石料
15～ 20
18～ 22
20～２ 5
23～ 28
0.75～ 0.85
各区坝料填筑标准可根据经验初步确定，其值可在上表范
围内选用。设计应同时规定孔隙率 (或相对密度 )、坝料级配范
围和碾压参数。设计干密度可用孔隙率和岩石密度换算。
2011-10-17 26
稳定分析
砼面板堆石坝坝坡参照已建工程选用，一般可不进行稳定
分析。存在下列情况之一时，须进行稳定分析,
?坝基有软弱夹层或坝基砂砾石层中存在细砂层、粉砂层或粘
性土夹层；
?坝址位于地震设计烈度 8,9度的坝；
?施工期堆石坝体过水或堆石坝体用垫层挡水度汛、且挡水水
深较高时；
?坝体用软岩堆石料填筑；
?地形条件不利。
应力和变形
100m以上高坝或地形地质条件复杂的坝，坝体应力和变形
宜用有限元法计算。有限元计算的参数宜由试验结合类似工程
分析确定。试验用模拟料、制样条件及加载方式应力求能反映
坝料的力学特性。其它的坝，可用经验方法估算坝体变形。
2011-10-17 27
地震区坝体的抗震措施
设计烈度为 8,9° 时，宜加宽坝顶，适当放缓坝坡和采用上
缓下陡的坝坡，并在坝坡变化处设置马道。下游坡面顶部宜用大
块石干砌，或用加筋堆石、表面用钢筋网加固。宜用较低的防浪
墙，并采取措施增加防浪墙的稳定性
地震区坝的安全超高，应包括地震涌浪高度。设计烈度为 8、
9° 时，安全超高应计入坝和地基在地震作用下的附加沉降。
加大垫层区的宽度，加强和地基及岸坡的连接。
宜在面板中间部分选择几条垂直缝，缝内填塞沥青浸渍木板
或其它有一定强度的填充板。
宜增加河谷中间顶部面板特别是顺坡向的配筋率。
宜增加坝体堆石料特别是在地形突变处的压实密度。
坝体用砂砾石料填筑时，应增加排水区的排水能力。下游坝
坡以内一定区域宜采用堆石填筑。
2011-10-17 28
?如何确定碾压堆石体的本构关系、测定其系数
?如何进行坝体在施工期和运用期中的静动力及变形
分析，做好止水设计
?如何快速大面积浇筑面板而防止开裂
?如何在较软弱地基上修建面板堆石坝
?200米以上高面板堆石坝的问题
五、研究任务
