砌石坝 用块石砌筑而成的坝。砌石坝根据砌筑方式,可分为浆砌石坝和干砌石坝;根据坝顶是否允许过水,可分为溢流砌石坝和非溢流砌石坝;根据工作条件,可分为砌石重力坝(包括实体重力坝、宽缝重力坝、空腹重力坝等)、砌石拱坝、砌石硬壳坝和砌石支墩坝等。浆砌石坝采用水泥砂浆或细骨料混凝土砌筑条石或块石,干砌石坝则不用胶结材料。砌石坝一般用混凝土面板、浆砌块石面板、钢丝网水泥喷浆护面或其组合形式等作为防渗体,对中低坝也可用混凝土心墙及水泥砂浆勾缝等防渗形式。砌石坝一般修建于石料充足的地区,可就地取材,较混凝土坝节省水泥等材料;坝顶可溢流,较之土坝易于解决泄洪、导流和度汛等问题。但难于用机械化施工,施工速度慢,使用劳力多。
砌石坝为一种古老的坝型。埃及在公元前约2900年就利用砌石筑坝。中国在公元前219年用大块石和大卵石砌筑了灵渠上的溢流坝。20世纪50~80年代,砌石坝在中国得到较大发展。已建的最高砌石重力坝为河北省朱庄水库浆砌石坝,坝高95m;最高浆砌石拱坝为河南省群英砌石重力拱坝,坝高101m,厚高比为0.55。此外还有浙江省桐坑溪浆砌石双曲拱坝,坝高48m,厚高比0.11;山东省东风浆砌石双曲拱坝,坝高84m,厚高比0.16。这种坝型在新建的大、中型工程中已较少采用。
干砌石坝 不用胶结材料,直接用比较规则平整的石料砌筑而成的坝。干砌石坝的上游一般采用混凝土面板或浆砌石斜墙防渗。坝顶需要溢流时,可将溢流坝面全部用混凝土衬护,或只在堰顶和鼻坎部分用混凝土衬护,中间直线段使用浆砌石。在防渗体与干砌石体之间设浆砌石或干砌毛条石等过渡层,以控制变形。
坝的稳定受整体抗滑稳定控制。一般上游坝坡采用1:1:0.5~1:0.7,下游坝坡采用1:0.7~1:1.0,在地震区,坝坡应平缓一些。
干砌石坝体沉降变形如过大,将影响斜墙正常工作。因此,要求地基良好、石料坚硬、新鲜、形状方整、耐水、耐风化。根据坝高及岩石的类别和性质,中国的实践经验是,石料的湿抗压强度一般采用40~80 MPa。当坝较高且较长时,一般沿坝轴线每隔20~25m设温度、沉降缝,岸边缝设在地形变化较大处,缝中设止水。
图1为中国四川省资中县瓦店子干砌石非溢流坝。上游采用浆砌条石防渗斜墙,墙后设有尺寸较大的干砌毛条石过渡层,下游部位为干砌块石。
图2为中国浙江省文城县百丈漈二级水电站干砌石溢流坝,坝高22.6m。溢流堰顶采用厚1.0~1.5m的混凝土层,溢流面采用浆砌条石丁砌,下游反弧段及鼻坎由于经常处于动水冲击中,因此采用钢筋混凝土。鼻坎以下采用条石或大块石砌成厚约3.0~5.0m的浆砌石体,防止坝趾冲刷。防渗面板上部采用钢丝网水泥喷浆,厚6cm;下部采用钢筋混凝土。面板与干砌石间设1~1.5m厚的浆砌块石过渡层。
浆砌石坝 用胶结材料将比较规则平整的石料砌筑而成的坝,又称圬工坝。这种坝可就地取材,坝顶可以溢流,施工导流和度汛问题较易解决,比一般土石坝工程量少,比混凝土坝节省水泥和木材;但耗费劳力较多,工期较长。
浆砌石坝的主要形式有重力坝、拱坝、大头坝、连拱坝等。其工作条件、剖面尺寸、坝体稳定和应力的分析方法以及坝体构造和地基处理要求等,都与同形式的混凝土坝基本相同。一般都把砌体视为各向同性,但由于砌缝存在,使砌体实际上具有各向异性。
如果施工质量不佳或砂浆干缩,砌体中有可能形成空隙,甚至形成串通的缝,由于上游水压力的作用,将产生严重渗漏。因此,一般要在上游坝面设置防渗层。常用的防渗层有:①混凝土防渗面板(墙)。②水泥砂浆勾缝。③钢丝网水泥喷浆护面。④沥青混凝土防渗板。⑤土工薄膜等。沥青混凝土防渗板和土工薄膜的防渗性能好,适应砌体变形能力强,是很有发展前途的防渗措施。溢流坝面常用混凝土或钢筋混凝土衬护;有的只在溢流顶和反弧段用混凝土,而在直线段用较高强度水泥砂浆砌细琢料石衬护。还有的整个溢流坝面都用表面加工平整的料石丁砌而成。浆砌石坝通常不设纵缝,根据地形、地质、温度等因素,可设置沉降或温度横缝。混凝土防渗面板应设伸缩缝,缝距一般为10~20m。图示为溢流式浆砌石坝的典型剖面。
浆砌石坝要求使用质地坚硬、完整、不易风化的石料。根据坝高及岩石的类别和性质,中国的实践经验是,石料的湿抗压强度一般取用40~80 MPa。风化、半风化及有裂纹的石料不能使用。常用的胶结材料有水泥砂浆和细骨料混凝土两种。后者比前者水泥用量少,能改善砌体的物理力学性能,采用者日益增多,在毛石砌体中更是如此。有的工程在水泥砂浆中掺加适量的石灰、煅烧黏土、粉煤灰等掺合料,以节省水泥用量。胶结材料一般用28d龄期的强度作为设计强度。中国常用的水泥砂浆强度等级有M5、M7.5、M10和M12.5四种;细骨料混凝土强度等级有C10、C15两种。砌体的物理力学性能与石料性质、形状、尺寸和胶结材料的种类和强度等级、砌缝的宽度和质量等有关,应通过试验测定。无条件进行试验的工程,可参照中国SL25-91《浆砌石坝设计规范》和类似工程的资料选用。
砌体施工时要注意:①严格选用石料。②砌筑工艺要做到平(石块要砌平,层理要平砌)、稳(石块要长边座底,放稳)、满(胶结材料要填满砌缝,捣实)。③砌体要按规定养护,防止撬震。为使砌体与基岩紧密结合,在砌石前需先浇一层0.3~1.0m厚的混凝土垫层,垫层面需大致平整,以便砌筑坝体。
浆砌石坝历史悠久。中国远在唐朝就建成了条石溢流坝-它山堰。到20世纪末,中国、印度等国有些工程仍采用此类坝型。中国最高的浆砌石重力坝是河北省的朱庄坝,高95m;最高的浆砌石重力拱坝是河南省的群英坝,高100.5m。印度的纳加琼那沙加(Naarjuna Sagar)浆砌石重力坝,高125m,是世界上最高的浆砌石坝。中国还修建了许多其他形式的浆砌石坝,如湖南省的沅口大头坝(高63m)、岩屋潭空腹重力坝(高66m)和河北省的野沟门连拱坝(高45m)等。