文献综述.浆砌石坝特性

浅谈浆砌石坝的特性及发展方向[摘要]：浆砌石坝使用范围比较广，中小型工程中，凡事石料丰富能建混凝土坝的地方一般都能建造同类型的浆砌石坝。在发展中国家，尤其是中国浆砌石坝发展很快。浆砌石重力坝在工用上拥有混凝土重力坝的一些优点，同时可以就地取材，节约钢材和水泥，在当前中国具有较好的发展前景。本文将对浆砌石重力坝[关键词]：浆砌石重力坝构造特点设计特点施工工艺发展方向一、浆砌石坝的历史回顾和背景介绍浆砌石大坝的历史悠久，数量较多，是重要的坝型之一。中国、印度、西班牙用石块修堤筑坝历史悠久。公元16世纪西班牙用灰浆、石料修建了阿尔曼察坝。1982年印度修建了世界最高的斯里赛勒姆浆砌石重力坝,坝高144m。中国山区面积广大,石料丰富，早在2000多年以前就利用石块修建水利工程。1927年在福建修建了上里浆砌石拱坝。1932年在四川嘉陵江支流龙溪河修建了浆砌条石溢流拱坝。1949年以来，我国修建了很多浆砌石重力坝，如河北省朱庄水库重力坝，坝高95m。1971年建成的河南群英坝，是世界最高的浆砌石重力拱坝，坝高100.5m。在20世纪60年代以前各国以兴建浆砌石重力坝为主。60年代以后中国轻型浆砌石坝发展很快。70年代开始，在中小型水利工程中，轻型浆砌石坝在数量上逐渐趋于主导地位。轻型坝以拱坝为主，支墩坝和混合坝为辅，并且创造了硬壳坝和框格填碴坝等形式。我国是世界上建造浆砌石大坝最多的国家，据统计，坝高在15m以上的浆砌石大坝有2000多座。多建于改革开放前的中、小型大坝。在发展中国家，尤其是中国浆砌石坝发展很快。但由于浆砌石坝施工机械化较困难，在发达国家中较少采用。二、浆砌石重力坝于混凝土重力坝对比与混凝土总理坝相比，浆砌石重力坝具有以下一些优点：①、就地取材，节省水泥；②、由于水泥用量少，水化热温升低，因而不需要采取温控措施；也不需要设纵缝；③、节省模板，减少脚手架，因而木材用量较少，减少了施工干扰；④、施工技术易于掌握，施工安排比较灵活可以分期施工，分期受益，在缺少施工机械的情况下，可用人工砌筑。浆砌石重力坝的缺点有：①、人工砌筑，砌体资粮不宜均匀；②、石料的修整和砌筑难以机械化，需要大量劳动力；③、砌体本身防渗性能差，需要另作防渗设备；④、工期较长。通过对比我们可以知道，浆砌石重力坝相对于混凝土重力坝更具适应性。由于砌石是筑坝的主要材料，能够就地取材，同时减少了水泥用量，能够较好的避免混凝土重力坝筑坝时水化热过高的问题。但是由于浆砌石坝机械化程度不高，需要大量的人工劳动力，很难实现机械化施工，从而降低了施工效率。当前人工费逐渐增长，需要大量人工的浆砌石重力坝的成本也相对上升。三、浆砌石重力坝的设计要点浆砌石坝工作原理与同类型的混凝土坝相似。通过对一些实体浆砌石重力坝的研究，很多浆砌石重力坝的应力研究都采用了同混凝土重力坝假设一致的思想来构建模型研究，其研究和设计的方法主要都是借用混凝土坝设计理论，按均质弹性体考虑。重力坝在水压力及其他荷载的作用下，主要依靠坝体自重产生的抗滑稳定来满足稳定要求；同时依靠坝体自重产生的压应力来抵消由于水压力所引起的拉应力，以满足强度要求。为了检验大坝在施工期和运用期是否满足强度要求，在设计过程中需要对大坝进行应力分析。目前对重力坝进行应力分析的方法可归结为理论计算和模型试验两大类。坝体应力计算，对于中等高度的重力坝可采用材料力学的方法，对横缝灌浆形成的整体的重力坝用悬臂梁与水平梁共同受力的分载法，对于结构复杂和复杂地基的中、高坝用线性或非线性有限元计算，必要时可用结构模型试验复核。目前应用最为广泛的是材料力学方法，该方法假定大坝为均质、连续、各向同性的弹性材料，坝段为固定在地基上的悬臂梁，不考虑地基变形对坝体应力的影响，各坝段独立工作，横缝不传递力。坝体水平界面上的垂直正应力按直线分布，不考虑廊道等对坝体应力的影响。20世纪70年代以来虽进行了许多科学试验研究，但尚未形成适合砌体特性的系统设计理论。各种浆砌石坝的结构大体相同，坝体多采用浆砌石。由于砌石体的透水性远大于混凝土，因此在浆砌石坝体上游部位设置专门的防渗设施，常采用混凝土防渗面板、混凝土防渗墙或水泥砂浆勾缝防渗（用高标号水泥砂浆把质地良好的条石或料石砌筑成一层防渗层，并在表面进行勾缝）。和混凝土重力坝一样，为减少坝身和坝基渗透压力，还要在坝体内设置排水系统，在两岸岸坡和坝基下设置灌浆帷幕和基础排水系统。四、筑坝材料浆砌石坝的主要建筑材料为石料、骨料和胶结材料。石料的性能和形状对砌体强度有很大的影响。坝的高度不同、部位不同，对石料的要求也不同。砌体所用石料必须质地坚硬、新鲜、完整、不得有剥落层和裂纹，上坝的石料一定要洁净，一面影响与胶结材料的黏结。石料可分为：①毛石。无一定规格形状，单块重量宜大于25kg，中部或局部厚度不宜小于20cm，毛石最大边长不宜大于100cm。②块石。形状大致呈方形，上下两面基本平行，且大致平整。，无尖角，薄边，块厚宜大于20cm，块石最大边长不宜大于100cm。③粗料石。应棱角分明，六面基本平整。同一面最大高差不宜大于石料长度的3%，石料长度宜大于50cm，宽度、高度不宜小于25cm。骨料分细骨料和粗骨料，分别要满足规范的要求。胶结材料有由水、水泥、砂组成的水泥砂浆和由水、水泥、小石子组成的小石砂浆。此外还有两种混合砂浆，一种是在水泥砂浆中渗入一定比例的粘土、石灰或壳灰（壳灰是用贝壳烧制而成）；另一种是不用水泥而用石灰、粘土或用粘土烧制成代水泥。填料用的干砌石一般不用胶结材料，要求采用较大块度的块石，间错砌筑以增加相互的咬合力。五、浆砌石重力坝构造特点1、坝体防渗设施由于浆砌石重力坝筑坝材料由毛石、块石或粗料石等材料通过胶结材料粘合构成，其本身并没有如同混凝土重力坝那样的抗渗性。相反，浆砌石重力坝的抗渗性能较差，在坝体的迎水面需采取施来抗渗。常见的措施有以下三种：①、混凝土防渗面板或防渗墙。在坝体迎水面浇筑一道防渗面是大、中型浆砌石重力坝广泛采用的一种防渗设施。这种防渗设施的有点是：防渗效果好，面板位于坝体表面便于检修。缺点是：易受气温变化影响，有的防渗面板不同程度地产生了一些裂缝；施工时需要立模，耗用木材较多。为简化施工，节省木材，中、小型工程常用一层浆砌石或预制混凝土块代替模板，在其后做混凝土防渗墙，墙距上游面0.5～2m，与砌石浇筑在一起。这种方法的主要缺点是检修不便。②、浆砌石，水泥砂浆勾缝。在坝体迎水面用水泥砂浆将质地良好的粗料石或形状较规则的块石砌筑成防渗层。并用高标号的水泥砂浆勾缝。这种防渗体比较经济，施工也简便，但防渗效果较差，适用于中、低水头的浆砌石坝。③、钢丝网水泥喷浆护面。在坝的迎水面挂一层或两层钢丝网，喷上水泥砂浆作为防渗层，可收到较好的防渗效果，防渗层厚度根据水头大小而定，一般为5～6cm，为使防渗层能均匀传递水压力，要求在下游侧用块石浆砌一层垫层，该垫层需要砌得平直，不要勾缝。2、溢流坝面的衬护当过坝流速过大时，溢流坝面可用混凝土衬护，厚约0.6～1.5m，衬护内需要配置温度钢筋，并用插筋将混凝土衬护与砌体锚固在一起。沿坝轴线方向每个10～20m做一条伸缩缝。如过坝流速不大，可以只在堰顶和鼻坎部位用混凝土衬护，直线段采用细琢的粗料石。对一些单宽流量较小的溢流坝，可以全部用质地良好、抗冲力强、经过细琢的粗料石作为溢流坝面得衬护。3、坝体分缝浆砌石重力坝由于水泥用量少，施工期分层砌筑，散热条件好，所以一般不设纵缝。横缝的间距也可以比混凝土重力坝稍大，一般为20～30m，最大不宜超过50m，并应与防渗设备的伸缩缝一致。在坝轴线方向基岩岩性或地形变化较大处应设横缝，以适应可能发生的不均匀沉降。为使砌体与基岩紧密结合，在砌石前需先浇筑一层0.3～1.0m厚的混凝土垫层，垫层面应大致平整，以便砌石。六、浆砌石重力坝发展方向之我见浆砌石重力坝有着混凝土重力坝的优良特性，同时跟土石坝一样能就地取材，造价较低，由于主要的筑坝材料为石料，对地区的适应能力也比较强，能够避免大量的混凝土凝结产生的水化热，理应为一种比较重要的坝型，但是它的施工工艺大致如下：基础（层面凿毛）处理——铺浆——振捣——安放石料——竖缝灌浆——振捣——养护——质检。通过施工工艺我们可以看出，浆砌石坝的一些关键步骤需要靠人工来完成，很难实现机械化作业，这也是浆砌石坝一个限制其发展的条件。如何解决这一问题将是浆砌石坝的一个重要的突破方向。参考文献:[1]林继庸，王光纶·水工建筑物（第5版）·中国水利水电出版社·2008[2]水利电力部·浆砌石坝设计规范（SL25-91）·水利电力出版社·1992[3]水利电力部·浆砌石坝设计规范（SL25-2006）·水利电力出版社·2006[4]罗全胜，田静，靳建伟·复杂坝基浆砌石重力坝稳定分析·人民黄河·2009，31（3）：72-73.[5]段满洲，杜芳娥·浅谈浆砌石重力拱坝施工技术·城市建设·2010，（20）：262.[6]彭成山，王甜，张东东·浆砌石重力坝应力分析研究·中国水运（下半月）·2010，10（5）：122-123.