一种特殊地形上混凝土面板堆石坝结构及其施工方法技术领域
本发明涉及一种特殊地形上混凝土面板堆石坝结构及其施工方法，主要适
用于水利水电工程中特殊地形上建造的混凝土面板堆石坝等类似工程。
背景技术
在水利水电工程中，当坝址区地形复杂、冲沟发育、横向沟梁相间、地形
起伏差较大时，建造混凝土面板堆石坝一般会遇到堆石体坝坡稳定的控制难题。
国内外混凝土面板堆石坝工程中建设在特殊地形上的案例较少，特别是斜坡上
的混凝土面板坝工程；巴西、墨西哥等国家对斜坡上建设混凝土面板堆石坝均
有过试探性的研究，但最终均被其它方案所代替；我国斜坡上建设的混凝土面
板堆石坝工程极少，仅江苏宜兴抽水蓄能电站上水库已建成投产，该工程上水
库为混凝土面板堆石坝，最大坝高75m，自运行以来各项监测指标良好。
特殊地形中，特别是斜坡上建设混凝土面板堆石坝坝坡稳定控制为设计中
的难点，大多数工程中均因此最终选择调整坝型坝线，或者选择基础大开挖的
方式；上述调整不仅影响枢纽的整体布置，同时也增加工程投资。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种设计简单、
施工便捷，同时具有较高可靠性的特殊地形上混凝土面板堆石坝结构及其施工
方法。
本发明所采用的技术方案是：一种特殊地形上混凝土面板堆石坝结构，其
特征在于：该堆石坝坐落于斜坡上，斜坡内具有由若干排水洞和排水孔组成的
坝基排水系统；所述堆石坝施工时开挖形成台阶状的建基面，该建基面的顶部
为堆石坝的主堆石区，建基面斜坡侧依次铺设有顶部高程均与建基面顶部平齐
的过渡层和增模区；所述过渡层和增模区顶部为与主堆石区相接的次堆石区，
增模区与次堆石区的表层设有浆砌石结构的坡面防护；所述堆石坝坝体下游坡
脚处设有衡重式的挡墙，挡墙内水平向埋设有与挡墙的衡重台同高的排水管，
挡墙前端设置与该挡墙的钢筋搭接的抗滑桩。
所述排水洞设置于斜坡内地下水位线以下、并在高程上相对错开布置；所
述排水孔由排水洞洞壁或洞顶向上打入斜坡内地下水位线以上。
所述建基面的每级台阶的高度H＝8～15m，每级平台宽3～5m。
所述抗滑桩的深度为10～20m，断面尺寸优选3×3m，布置间距为3～5m；抗
滑桩的钢筋外露长度为0.5～1.0m，并与上部挡墙的钢筋充分搭接。
所述排水管采用直径为150mm的PVC管，布置间距为3～5m，排水管与过
渡层相接触的一端采用土工布包裹。
所述过渡层采用微风化的新鲜岩石，厚度D＝3～5m，最大粒径为30cm，直
径为0.075mm的颗粒含量<4.5％，直径为4.75mm的颗粒含量<20％，施工控制
孔隙率<20％，渗透系数≥1～5×10-2；所述增模区采用压缩模量较大的石料填筑
而成，最大粒径为60cm，直径为0.075mm的颗粒含量<5％，直径为4.75mm的
颗粒含量<20％，施工控制孔隙率<20％，渗透系数≥1～5×10-1。
所述坡面防护采用浆砌石结构，浆砌石厚度≥40cm，浆砌石下部设置碎石垫
层料，厚度为20cm。
一种特殊地形上混凝土面板堆石坝结构的施工方法，其特征在于包括以下
步骤：
a、坝基排水系统的实施：坝基排水系统由排水洞和排水孔组成，排水洞设
置于斜坡内地下水位线以下、并在高程上相对错开布置，通过在排水洞洞壁或
洞顶向上打排水孔，使排水孔通入斜坡内地下水位线以上；
b、建基面的开挖：斜坡段建基面开挖成台阶状，每级台阶的高度H＝8～15m，
每级平台宽3～5m；
c、挡墙的浇筑：堆石坝坝体下游坡脚处浇筑衡重式的挡墙；
d、抗滑桩的施工：在混凝土挡墙的前端设置抗滑桩，抗滑桩的钢筋外露长
度为0.5～1.0m，便于与挡墙的钢筋充分搭接，抗滑桩的深度为10～20m，断面尺
寸为(2～3.5)×(2～3.5)m，布置为间距3～5m；
e、挡墙内排水管埋设：在挡墙内埋设排水管，该排水管采用直径为150mm
的PVC管，布置间距为3～5m；排水管与挡墙的衡重台同高程；在排水管端部采
用土工布能包裹防止排水管与过渡区接触部位堵塞；
f、降低坝体沉降措施实施：降低坝体沉降变形措施，包括在斜坡段设置过
渡层和增模区；在建基面的斜坡侧设置过渡区与增模区；过渡层采用微风化的
新鲜岩石，厚度D＝3～5m，最大粒径为30cm，直径为0.075mm的颗粒含量<4.5％，
直径为4.75mm的颗粒含量<20％，施工控制孔隙率<20％，渗透系数≥1～5×10-2；
增模区采用压缩模量较大的石料填筑而成，最大粒径为60cm，直径为0.075mm
的颗粒含量<5％，直径为4.75mm的颗粒含量<20％，施工控制孔隙率<20％，渗
透系数≥1～5×10-1；
g、下游坝坡及坡面防护：建基面顶部为堆石坝的主堆石区，过渡层和增模
区顶部为堆石坝的次堆石，在次堆石区与增模区的表层设有坡面防护，该坡面
防护采用浆砌石结构，浆砌石厚度≥40cm，浆砌石下部设置碎石垫层料，厚度为
20cm。
本发明的有益效果是：本发明鉴于斜坡上建设混凝土面板堆石坝坝坡稳定
控制的难题，结合相关类似工程的成功经验，以及试验的研究成果，提出了一
种特殊地形上混凝土面板堆石坝结构及其施工方法；本发明设计简单、施工便
捷，同时具有较高的可靠性，整个方法系统详实，可为类似工程提供借鉴。
附图说明
图1是本发明的剖面布置图。
具体实施方式
如图1所示，本实施例为一种特殊地形上混凝土面板堆石坝结构及其施工
方法，该堆石坝坐落于斜坡上、并具有由若干排水洞1和排水孔2组成的坝基
排水系统，排水洞1设置于地下水位线以下、并在高程上相对错开布置，排水
孔2由排水洞1洞壁或洞顶向上打入地下水位线以上；该堆石坝施工时开完形
成台阶状的建基面3，该建基面的顶部为堆石坝的主堆石区101，建基面斜坡侧
依次为过渡层7和增模区8，过渡层7和增模区8顶部高程均与建基面3顶部平
齐、为与主堆石区101相邻的次堆石区102；在次堆石区102与增模区8的形成
的堆石坝斜坡表层设有浆砌石结构的坡面防护9；堆石坝坝体下游坡脚处设有衡
重式的挡墙4，挡墙内埋设有与挡墙的衡重台同高的排水管6，排水管6与过渡
层7相接触的一端采用土工布能包裹；采用挡墙前端置有与该挡墙的钢筋搭接
的抗滑桩5。
本实施例中，建基面3的每级台阶的高度H＝8～15m，每级平台宽3～5m；
抗滑桩5的深度为10～20m，断面尺寸为(2～3.5)×(2～3.5)m，布置为间距3～5m，
抗滑桩的钢筋外露长度为0.5～1.0m，并与上部挡墙4的钢筋充分搭接；排水管6
采用直径为150mm的PVC管，布置间距为3～5m；过渡层7采用微风化的新鲜
岩石，厚度D＝3～5m，最大粒径为30cm，直径为0.075mm的颗粒含量<4.5％，
直径为4.75mm的颗粒含量<20％，施工控制孔隙率<20％，渗透系数≥1～5×10-2；
增模区8采用压缩模量较大的石料填筑而成，最大粒径为60cm，直径为0.075mm
的颗粒含量<5％，直径为4.75mm的颗粒含量<20％，施工控制孔隙率<20％，渗
透系数≥1～5×10-1；坡面防护9采用浆砌石结构，浆砌石厚度>40cm，浆砌石下
部设置碎石垫层料，厚度为20cm。
本实施例的具体施工步骤如下：
a、坝基排水系统的实施：由于堆石坝坐落于斜坡上，要确保坝坡的稳定，
首先要保证斜坡的稳定；坝基排水系统可有效地降低斜坡体内的地下水位线，
对斜坡的稳定十分有利；此外，只有将斜坡体内的水体排除，才能确保下游堆
石体的干燥，堆石体的强度才能充分发挥，有利于坝坡的稳；。坝基排水系统由
若干排水洞1和排水孔2组成，排水洞设置于地下水位线以下，通过在排水洞1
的洞壁或洞顶向上打排水孔2，来形成坝基的统合排水体系；排水洞1在高程上
应错开布置，间距根据地下水的分布等情况综合确定，排水洞1尺寸应满足施
工期设备的运行需要；排水孔2一般进入地下水位线以上；
b、建基面3的开挖：为加大建基面3与堆石体的接触面积，从而有效地增
大堆石体的阻滑力，增强堆石体的抗滑稳定性，将建基面3开挖成台阶状；每
级台阶的高度H＝8～15m，每级平台宽3～5m，建基面3的坡度根据岩体的力学
指标综合确定；建基面3斜坡段的开挖坡度应满足施工期及运行期稳定的要求，
必要时根据现场情况采取支护措施，即在进行建基面3斜坡段的开挖时，尽量
保持开挖面的凹凸起伏，起伏差一般控制在5～10cm，从而增大堆石体与建基面
的抗剪强度与咬合力；现场试验研究表明，当基岩面凹凸起伏高差从0cm增大
到1～3cm时，抗剪强度内摩擦角![]()
提高4～6°，咬合力c提高13～45kPa；当基岩
面凹凸起伏高差从1～3cm增大到4～8cm时，抗剪强度内摩擦角![]()
提高3～5°，咬
合力c提高24～64kPa；
c、挡墙4的浇筑：在坝体下游坡脚部位设置衡重式的挡墙4，主要为增强
下游堆石体的稳定，挡墙一般设计为衡重式，主要利用衡重台上覆土压力来增
加挡墙的稳定性，挡墙的高度、体型等应结合下游坝坡进行技术经济比较后综
合确定；
d、抗滑桩5的施工：在混凝土挡墙4的前端设置抗滑桩5，以增加挡墙的
抗滑稳定性，抗滑桩的设计深度根据地质条件来确定，抗滑桩5的深度为
10～20m，断面尺寸为(2～3.5)×(2～3.5)m，布置为间距3～5m，抗滑桩5的钢
筋外露长度为0.5～1.0m，便于与挡墙4的钢筋充分搭接；
e、挡墙4内排水管6埋设：为将坝体可能的渗水排除，在挡墙4内埋设排
水管6，排水管6与衡重台同高程；一般情况下，排水管采用直径150mm左右
的PVC管，间距3～5m；为防止排水管6与过渡层7的接触部位堵塞，在排水管
6的端部采用土工布能包裹；
f、降低坝体沉降措施实施：为斜坡上混凝土面板堆石坝坝坡的稳定性，与
坝体沉降变形关系紧密，因此，降低坝体沉降变形为控制坝坡稳定的关键；相
关工程的实践与研究表明，在斜坡段设置过渡层7和增模区8对抑制下游堆石
体的沉降变形效果显著；过渡层7设置于建基面与下游堆石体之间，即在建基
面3的斜坡侧依次设置过渡层7与增模区8；增模区8采用压缩模量较大的石料
填筑而成，顶高程与非斜坡段建基面平齐，作为堆石坝的次堆石区102的基础；
在施工过程中，应严格按照上述指标，对过渡层7和增模区8的施工质量从严
控制；过渡层7的过渡料一般为微风化的新鲜岩石，厚度D＝3～5m，最大粒径为
30cm，粒径为0.075mm颗粒含量应<4.5％，粒径为4.75mm颗粒含量应<20％，
施工控制孔隙率<20％，渗透系数≥1～5×10-2；增模区8采用压缩模量较大的石
料填筑而成，顶高程与非斜坡段建基面平齐，其最大粒径为60cm，粒径为
0.075mm颗粒含量应<5％，粒径为4.75mm颗粒含量应<20％，施工控制孔隙率
<20％，渗透系数≥1～5×10-1；
g、下游坝坡及坡面防护9：下游坝坡应根据主堆石区、次堆石区、增模区、
挡墙等综合计算分析确定；由于斜坡上混凝土面板堆石坝的情况特殊，因此，
坝体的整体稳定性应通过多种计算方法(一般有剪摩法、剪切强度储备法、分项
系数法、分段计算法)分析比较后确定；在建基面3顶部堆设堆石坝的主堆石区
101，过渡层7和增模区8顶部堆设与主堆石区101相邻的次堆石102，在次堆
石区102与增模区8的表层设有坡面防护9，由于下游堆石体渗透系数较大，因
此，为防止水体通过坝后坡渗入，坡面防护9采用浆砌石结构，浆砌石厚
度>40cm；浆砌石下部设置碎石垫层料，厚度在20cm左右。