沥青混凝土面板堆石坝技术设计大纲

沥青混凝土面板堆石坝技术设计大纲 4 4 4 9 9 13 17 20 21 223.设计基本资料 工程系建在河(江)游，距市(县)km。水库总库容亿m3，是以、为主和、的综合利用水库。本工程主(副)坝为沥青混凝土面板堆石坝，坝高m，坝顶长m。属等工程。工程初步设计报告于年月经审查通过，并以文进行了批复。2.设计依据文件和规范2.1有关本工程或本专业的文件(1)工程初步设计报告；(2)工程初步设计报告的审批文件；(3)工程专题研究报告；(4)工程有关文件或会议纪要。2.2主要设计规范(1)SDJ12-78水利水电枢纽工程等级划分及设计标准(山区、丘陵区部分)和补充规定(试行)；(2)SDJ218-84碾压式土石坝设计规范及修改和补充规定；(3)SLJ01-88土石坝沥青混凝土面板和心墙设计准则；(4)SDJ10-78水工建筑物抗震设计规范(试行)；(5)SDJ20-78水工钢筋混凝土结构设计规范(试行)；(6)SDJ14-78水利水电工程地质勘察规范(试行)；(7)SL52-93水利水电工程施工测量规范；(8)SL47-94水工建筑物岩石基础开挖工程施工技术规范；(9)SDJ207-82水工混凝土施工规范；(10)SDJ213-83碾压式土石坝施工技术规范；(11)SD220-87土石坝碾压式沥青混凝土防渗墙施工规范；(12)SL62-94水工建筑物水泥灌浆施工技术规范。3.1工程等级3.1.1根据审批文件，本工程为等工程，沥青混凝土面板堆石坝按级建筑物设计。3.1.2根据文件，本工程地震基本烈度为度，由SDJ10-78规范规定，沥青混凝土面板堆石坝按度地震烈度设防。3.2测量基准与地形图3.2.1测量基准高程控制为级，平面控制为级。3.2.2地形图(1)坝址地形图(比例1:200～1:1000)；(2)沥青混凝土面板与岸坡和坝基连接部位地形图(比例1:500～1:200)；(3)库区地形图(比例1:1000～1:50000)。3.3坝址工程地质与水文地质3.3.1工程地质(1)工程地质报告；(2)1:200～1:1000地质平面图；(3)1:200～1:500主要地质构造和建筑物基础地质剖面图；(4)1:200～1:500沥青混凝土面板与岸边和坝基连接部位局部地质平面图和剖面图；(5)1:200～1:1000基岩等高线图；(6)坝基覆盖层与基岩的物理力学性质和地质构造特性。①岩石物理力学性质如表1所列：项目干容重kN/m3吸水率%变形模量MPa泊桑比μ干抗压强度MPa湿抗压强度MPa软化系统kg/cm3新鲜岩石弱风化岩强风化岩断层带夹层或夹泥破碎带②对建筑物产生重大影响的地质构造的主要参数见表2所列：构造或构造面构造面性质结构产状构造带宽度m影响高程m力学指标fc,MPa断层fi裂隙或裂隙组合破碎带断层裂隙组合面③坝基覆盖层提示：覆盖层的厚度、分层、有无软弱夹泥层，各层的颗粒组成、渗3.3.2水文地质(1)地下水位m；(2)基岩单位吸水率：①=L/(min.m.m)；(3)相对不透水层单位吸水率①=L(min.m.m)，高程m；(4)可能形成渗漏通道的地质问题说明。提示：库区的单簿分水岭；灰岩地区喀斯特；坝肩构造裂隙可能产生3.4水库特性3.4.1水库(1)总库容亿m3；(2)正常蓄水位以下库容亿m3;(3)调洪库容亿m3；(4)防洪库容亿m3；(5)调节库容亿m3；(6)死库容亿m3。3.4.2水位(1)校核洪水位m；(2)设计洪水位m；(3)正常蓄水位m；(4)汛前限制水位m；(5)死水位m；(6)工作深度m；(7)水位骤降速度m/s；(8)设计淤砂高程m，淤砂饱和容重kN/m3；淤积年限a。3.5水文气象3.5.1气温(1)多年月气温见表3所列：项目月份123456789多年月平均气温多年月最高气温多年月最低气温(2)年日平均气温低于5℃时的多年平均天数；(3)日最低气温低于0℃时的多年平均天数；(4)出现年极限最低气温时(降温速度快，低温持续时间长)，48h有代表性的典型降温过程线。3.5.2坝址以上控制流域面积的降雨(1)多年平均降雨mm；(2)汛期占全年降雨%；(3)历年最大降雨量mm；(4)历年最小降雨量mm；(5)历年一次最大暴雨过程线(6)多年平均降雨天数。3.5.3风速、风向(1)多年平均风速m/s；(2)多年平均最大风速m/s；(3)历年瞬时最大风速m/s；(4)风向m；(5)风区长度m。3.5.4冻土深度(1)多年平均冻土深度m；(2)历年最大冻土深度m。3.6建筑材料3.6.1堆石料的物理力学性质提示：根据初设阶段已选定的料场及补充料场的各类堆石料均需进(1)物理力学性质见表4：石料物理指标抗剪强度变形指标单块抗压强度MPa软化系数直剪大三轴变形模量Ei波干容重摩擦角凝聚力摩擦角凝聚力干饱和松干抗压饱和抗压kg/cm3kg/cm3MPaMPaMPaMPa比新鲜石料弱风化石料强风化石料掺入破碎带的碎石混合料断层破碎带的碎石和夹泥(2)用非线性有限元法计算坝体应力、应变时，各堆石料的试验参数(列表)。(3)级配曲线(包括不均匀系数、曲率系数)；0.1mm以下的颗粒含量所占百分数；设计干容重时的渗透系数。3.6.2用做过渡料和反滤料的砂砾石、粗砂、细砂的性能试验成果3.6.3沥青混凝土骨料3.6.3.1新鲜或微风化碱性岩石(如白云岩、灰岩)的基本性能(1)比重kg/cm3、抗压强度MPa、含泥量%；(2)破碎好的骨料级配曲线(包括2.5mm以下的级配情况)。3.6.3.2粒径为2.5mm～0.074mm的细骨料(1)应优先采用碱性岩石加工粗骨料时的筛余石屑，或用碱性岩石加工的人工砂；(2)使用河砂时，应选用未风化的料，并限制含泥量。4.坝体布置4.1核实初步设计报告审批确定的布置方案并进行优化提示：在初步设计报告审批确定的布置方案的基础上，结合补充资4.2核实各主要建筑物的合理布局(2)电站尾水出口、泄洪建筑物的消能设施与下游坝坡脚应变形、稳定进一步分析论证，特别是埋管与防渗面板交4.3沥青混凝土面板与岸坡和坝基岩石的连接提示：在进一步详细勘探的基础上，必要时可适当调整坝线，使沥岸坡和坝基的接头尽量做到基岩上，并使防渗墙或防渗5.坝体设计5.1坝料规划提示：(1)根据料场基本资料，结合各个料场的开采条件和运距，(2)优先考虑利用能满足填筑要求的洞挖石碴、(3)应充分利用坝址附近的各种可上坝料，以期降低造价。5.2坝断面分区设计5.2.1碎石排水垫层α般为10-7cm/s～10-9α——面板与水平线夹角；5.2.2过渡层5.2.3主堆石区提示：(1)堆石料应是质地坚硬，有一定的抗水、抗风化能力，具细料的软岩，只要选择切实的压实参数，断面设计合褥垫排水，并做好反滤使浸润线降低到可满足水库5.2.4主堆石区的分区提示：按常规大体上分位于坝轴线上游部分和坝轴线下游部分。位软岩或一般的开挖石料，特别是本部分浸润线以上5.2.5碾压试验按坝体分区和不同分区料，分别进行碾压试验，以确定填筑标准和压实参数。经试验确定的参数见表5。分区振动碾行车速度km/h铺料厚度cm碾压遍数n加水量%干容重g/cm3孔隙率%试验设计试验设计主堆石区过渡层排水层斜坡面5.3坝的细部设计5.3.1确定坝顶超高5.3.2坝顶结构设计(1)确定坝顶宽度面板可用简单的机械结合人工施工，或将防(2)防浪墙设计(3)坝顶排水设计提示：坝顶宜做沥青混凝土路面，路面向一侧或好排水，以防雨水进入上游碎石排水垫层及沥青混凝土面板5.3.3坝体排水至少设两个进出口，以供排水、通气、检查和5.3.4护坡和坝面排水(2)下游坝面与岸坡连接处必须设置排水沟，排除坝6.坝的计算6.1稳定计算6.1.1施工期的稳定分析坝体填筑后，尚无沥青混凝土面板时，要进行施工期坝体挡水和坝体内过水情况的稳定渗流计算，并按各种情况计算坝坡稳定。6.1.2运行期应分别按正常和非常条件计算以下情况(1)岩基存在软弱夹层或构造面；(2)以砂砾石为坝基特别是含有夹泥层；(3)最大坝高断面、或坝体用软岩填筑和使用了代替料的有代表性的坝体断面。6.1.3静力稳定计算采用刚体极限平衡法6.2应力和变形计算提示：通过计算估计坝体在自重及其他外荷载作(1)确定竣工时坝顶应预留的超高；(2)预估坝体各部位的不均匀沉降量，以判断坝体和沥青混凝土面板发生裂缝的可能(3)分析沥青混凝土面板，在岸坡和坝基垂直防渗体的连接部位及与其他建筑物的连接部位，是否因应力或不均匀沉陷产生剪力破坏；(4)面板在水荷载和各种不同工作条件下，因坝体应变可能产生的开裂和渗漏；(5)用粘弹性理论分析沥青混凝土面板的应力。计算参数应考虑到实际可能出现的低温和外荷载的作用速度，7.碾压式沥青混凝土面板设计7.1确定面板的坡度7.2排水垫层设计提示：排水垫层设在沥青混凝土面板与填筑体或基础之间，作用是整冻胀，并使摊铺机具能正常行走。根据建筑(1)碎石(或卵石)排水垫层，若直接铺筑到基础上，垂直7.3沥青混凝土面板断面选择排水层、下防渗层、整平胶结层；筒式断面只有一个防渗层复式断面。断面选择需经技术经济比较确定。同一坝面可选(1)筒式断面，因层数少，较经济，可缩短工期。一7.4面板各层作用和要求提示：(1)封闭层厚度为2mm左右，起封闭上防渗层缺陷，(6)在变坡和坝周线为曲线时，应参考有关工程资料，采取加7.5沥青混凝土材料选择7.5.1矿料(为粗骨料、细骨料、填料的总称)(1)填料(即矿粉)提示：(1)矿粉应采用石灰岩或白云岩粉，亦可用滑石(2)细骨料成的人工砂，要求质地坚硬、不风化、不因加热引起性质变化(3)粗骨料(6)骨料最大粒径，指总通过率大于或等于95%7.5.2掺料提示：掺料的作用，是改善沥青混凝土的物理力学性质。如掺消石灰稳定性；掺石棉改善沥青混凝土的热稳定性；掺橡胶或其他混凝土的低温抗裂性能。所有掺料必须经严格的试验，并有7.5.3沥青序号检验项目技术要求1针入度，(100g，5s)10mm25℃70～9025℃2延度不小于，cm(5cm/min)15℃0℃43软化点(环球法)℃47～524溶解度(三氯乙烯三氯乙烷苯)不小于99重量损失不大于，%0.6薄膜加热加热后针入度比不小于，%605试验25℃(163℃)延度不小于，cm(5cm/min)15℃70(50)4℃56闪点(开口式)不小于，℃2307蜡含量(蒸馏法)不大于，%2.58比重(实测值)9脆点不大于，℃-10表是全国水工沥青科研技术协调组的讨论值。70号可用于南方，9资料来源1979年昆明会议初稿1984年提出用于大型或重要碾压式沥青混凝土沥青标号907050907050针入度，1/10mn100～8180～6160～41100～8080～6060～40软化点℃45～5047～5650～6045～5047～5650～60延度25℃100～8080～60cm15℃脆点℃不大于-10-10蒸发减量%不大于蒸发后针入度%不大于606060606060闪点℃不小于200200230230230230溶解度%不小于99.099.099.099.099.099.0水分%不大于0.20.20.2薄膜烘箱针入度比%不小于5055565055567.6沥青混凝土面板各层的配合比由于沥青混凝土的物理力学性质随温度和荷载作用时间而条件应根据工程运行的实际温度和荷载作用情况，7.6.1防渗层提示：孔隙率一般为2%～4%，表层的孔隙率略低于里层，便于排水、排气。渗透系数应7.6.2排水层7.6.3整平胶结层重的4%～6%。7.6.4封闭层沥青玛蹄脂分子聚合物)。其沥青的针入度为20～40、软化点应高于60℃。要求高温不流淌，低温不开裂，与沥青混凝土防渗层有很好的8.面板与岸坡、基础及刚性建筑物的连接8.1接头部位处理8.1.1岸坡和基础处理除满足9.1条的要求外，还应做到：(1)连接部位：岸坡应平顺，不能有反坡或突然变坡，当岸坡上缓下陡时，变坡角应(2)土质岸坡一般不陡于1:1.5，岩石岸坡不陡于1:0.75～1:0.5。8.1.2岸墩设计提示：面板应通过混凝土岸墩或灌浆排水廊道与8.1.3混凝土建筑物直墙(如溢洪道边墙)与沥青混凝土面板的连接。提示：(1)连接部位的结构型式与尺寸,应满足接头要求,要与直(2)直墙接头部位下卧填筑体的密实度设计要极度重视，并有8.2接头设计8.2.1接头设计内容(3)刚性联接墩头最优形状尺寸的计算及8.2.2接头型式的选择浆楔体组成。以可滑动的垫层发生相对位移来释放对沥青(2)转动式接头：系在排水垫层与沥青混凝土面板之间，设一成加厚的向面板方向缓变消失的扩大部分，起始厚度为面板厚度的3～5倍，缓变(4)上述三种接头，在面板靠近被连接建筑物的部位，可用具能力好的柔性止水材料，做一个倒梯形封头，以利于变形。加强层，材料可用具有好的止水和变形能力的防水卷材，以8.2.3接头部位的材料也宜使用这类材料。但对这种材料的粘接能力、抗老化性9.基础处理9.1坝基和岸坡的强度、变形等处理坝基和岸坡范围内的基础，应根据静力和动力稳定、容许沉降量、不均匀沉陷等要求进行处理。9.2基础处理内容9.2.1坝基的一般处理(1)坝基和岸坡上的草皮、树根、含有机物的表土、蛮石和(2)对失水很快变质或遇水很快崩解泥化的基岩，开挖时应先预(3)对密实度高的砂砾石覆盖层，经论证原则上可作为坝基。但(4)坝基的断层破碎带，宽度较大或已经泥化部分，除做好表面(5)沥青混凝土面板堆石坝，原则上应避开易液化土、软粘土、(6)坝基河床覆盖层达到一定深度后，视不同坝高应进9.2.2坝基和岸坡的防渗处理10.原型观测10.1观测目的(1)监视坝的安全运行。(2)根据施工期观测资料，控制施工或及时检验和修改设计。(3)根据长期观测资料，检验设计的正确性。(4)为科学研究提供资料。10.2观测项目(1)坝体变形观测：包括坝顶、下游面、坝体内部的垂直位移和水平位移。(2)坝基沉陷。(3)坝基、岸坡地质构造部位的位移。(4)沥青混凝土面板纵向或横向垂直位移和水平位移。(5)垂直面板向的渗透压力、渗流量，坝基、坝体、绕坝等渗流量及坝内浸润线。(6)地震观测。(7)面板接头变形观测。(8)面板表面裂缝观测，特别是岸边接头部位。(9)沥青混凝土面板的表面和内部温度观测。(10)库水位和水温观测。10.3观测设计布置10.3.1外部观测(1)控制网的设置，应能保证不受外界干扰，能顺利进行观测作业，并有好的通视和交通条件。(2)水平和垂直变位观测点，可与坝轴线平行和垂直两个方向大致等间距分布。10.3.2坝体内部观测设施，至少沿坝轴线设一个纵断面和最大坝高处(或其他有代表性的断面)设一个横断面，必要时可加设横断面。10.3.3坝肩和基岩断层带、坝基覆盖层最深处、承压水层、坝下埋管或廊道处，根据需要设置观测项目。10.3.4沥青混凝土面板，应布置一定的专用观测设备，以进行面板的应力、温度等项观测。10.4观测设备的安装，保护与管理10.4.1观测设备尽可能保证观测作业有较好的交通及照明条件，施工时便于安装，并设保护装置，不易遭受破坏。10.4.2沥青混凝土系高温混凝土，防止观测设备因高温损坏失灵。提示：施工过程中，观测设备埋设时，采取的高温防护措施，在观10.4.3观测与管理提示：(1)施工单位在施工期间，应保证各项观测设施的完好(2)验收交接时，应将所有的观测设备、观测成果、资料，(3)观测人员应相对稳定，测读、资料整理除按有关规定外11.技术专题研究(含试验)(1)沥青、矿料性能试验。(2)沥青混凝土配合比试验研究。提示：结合工程的实际运行工况，进行力学性能，防渗性能试验研究(3)沥青混凝土面板与刚性建筑物接头试验研究。(4)沥青混凝土面板施工的热拌合、运输、推铺、碾压等各级温度控制的室内试验。(5)堆石料(排水垫层、过渡层、主堆石区、排水料)的力学性能和级配试验。(6)坝体稳定与变形分析研究。12.工程量计算12.1工程量计算说明(1)混凝土12.2工程量计算12.2.1开挖量(按部位分项计算)(1)土方开挖(2)石方明挖(3)石方槽挖(4)石方洞挖12.2.2坝体填筑量(1