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RCC 坝、硬填方坝（FSHD） 或硬填方型 RCC 坝 参考资料
院信息档案馆 2010 年 8 月 25 日
前言.编者的话 1. 碾压混凝土坝早期三个有代表性工程简介及启示（艾克明） 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 硬填方坝（FSHD）新坝型概述（艾克明） 土耳其欧峪克（Oyuk）硬填方坝设计概述（徐 超译，艾克明校） CSG 坝筑坝材料特性 与抗荷能力研究（福建院 杨首龙）
土耳其皮达格坝设计变更为硬填方型 RCC 坝（艾克明译） 欧德米尔：摩洛哥不分缝和不设面板的大型 RCC 坝（艾克明译） 美国陶姆绍克电站上库新硬填方坝设计简介（艾克明译） 澳大利亚 Crottyy 面板堆石坝溢洪道（艾克明摘译） 菲律宾 Can-Asujann 面板对称断面硬填方坝的设计与施工（艾克明摘译）
10. 国内外已建硬填方坝和硬填方型 RCC 坝统计表（艾克明编）
为了不断推进技术进步，我们收集了艾克明、徐超等同志新近撰写或编译的有关 RCC 坝、硬填 方坝（FSHD）和硬填方型 RCC 坝方面的资料共 10 篇，供研究参考。 1．RCC 坝是上世纪 80 年代发展起来的新坝型，基于它的施工速度快等诸多优点，迅速在各 国推广应用，技术日趋成熟。但技术是不断进步的。例如我国江垭的斜层碾压、变态混凝土（国外 也称 GE RCC）等技术已迅速在国外推广应用。摩洛哥也推出了不分横缝的 RCC 筑坝技术。 2．早在上世纪 50 年代，有学者提出利用粘土水泥修筑堤坝，以防浪护坡。该技术已在少数工 程中应用，但发展不快。自从 RCC 坝和面板堆石坝（CFRD）面世以后，汲取面板坝和混凝土碾压技 术的诸多优点， “粘土水泥”概念有所跨越，又出现了面板对称断面硬填方筑坝技术（FSHD） ，简称 硬填方坝。 在日本和我国福建， 利用砂卵石做骨料， 修建硬填方坝， 也称此坝为水泥砂砾石坝 （CSG） 。 目前此类硬填方坝或硬填方型 RCC 坝全世界已近 20 座，并有迅速发展的趋势。由于它的断面比重 力坝大，上游面放坡较大，对基础要求低于重力坝，加以施工简便、胶凝材料用量少，造价低等原 因，对于基础地质条件较差、地震活动较强烈的地区尤为适用。如希腊已建硬填方坝 6 座，土耳其 已建和待建 FSHD 坝二座超 100m。土耳其坝高 93m 的皮达格 RCC 坝，上游坡 1:0.35，胶凝材料用量 为水泥 60kg/m ，粉煤灰 30kg/m 。承受的地震最大水平加速度为 0.44g，坝踵不出现拉应力。人们 称此坝为硬填方型 RCC 坝。 3．对于 FSHD 坝或 CSG 坝，我国已有许多单位和学者从不同角度进行研究。特别是福建省水电 院，已在街面水电站、洪口水电站施工围堰（分别高 16.5m 和 35.5m）进行了试验研究并取得成功。 目前正在进行白沙水电
站高 73.4mCSG 坝的初步设计。预期此种坝型在我国也将有大的发展。 4．关注今日技术进步是明日创新的基础，作为一块垫脚石，本文集资料，尚可从本院内网科 技信息专栏中找到，希望广为利用。
院信息档案馆 2010 年 8 月 25 日
碾压混凝土坝早期三个有代表性工程简介及启示
艾克明 (湖南省水利水电勘测设计研究总院， 长沙市 410007) 内容提要：文章对碾压混凝土坝早期三个有代表性工程:日本的島地川，美国的柳溪和上静水作了 详细介绍，对它们的不同设计思想和吸取的经验教训做了阐述.在“啟示”中提出了借鉴柳溪贫水 泥碾压混凝土筑坝的经验发展对称断面面板硬填方坝的设想。 关键词：碾压混凝土坝、RCC、RCD、硬填方坝、FSHD 碾压混凝土筑坝是上世纪 70 年代发展起来的一项新技术，是筑坝技术上的一个重大创新，它 具有施工速度快，工期短，造价低等优点，现将早期三个有代表性的工程简介如下：
1.三个有代表性工程
1.1 日本的島地川坝(Shimajigawa)
年 日本修建了世界上第一座碾压混凝土坝--島地川（见图 1） 。该坝高 89m，顶长 240m，体积 322 万 m3。 坝体采用”金包银”形式，即坝体内部采用碾压混凝土填筑 ( 水泥用量 84~91kg/m3 ；粉煤灰用量 36~39kg/m3)，外部包围 2~3m 厚的常规混凝土(VCC)。此种“金包银”式的碾压混凝 土坝习称 RCD 坝，島地川坝的坝体未设纵缝， 横缝按 VCC 方法按 15m 设置。邻近上游面，横缝内设二道金属片止水，止 水片后设排水井.层面做了加鋪水泥砂浆层处理.经大口径压水 试验，渗透系数 k=1.47~2.76310-5cm/s .工程于 1982 年建成投 产，未发现上，下游贯穿性裂缝，渗漏量可忽略不计.工程运行良好。 1.2 美国的两座 RCC 坝 继日本之后， 美国于上世纪 80 年代修建了 12 座碾压混凝土坝， 基本采用全断面碾压方式施工， 习称 RCC 坝。 1.2.1 柳溪(Willow Creek)RCC 坝（见图 2） 美国修建的第一座全断面碾压混凝土坝是柳溪 坝，这也是世界上第一座全断面碾压混凝土坝. 该 坝由美国陸軍工程兵团设计和修建. 坝高 52m，顶 长 543m，体积 33.1 万 m3。 坝体填筑从 1982 年 4 月开始，9 月中旬完成.历时 4 个多月. 工期为堆石 坝的 1/3， ，造价为其一半. 柳溪坝的主要技术特征 是大坝混凝土的主要部分为内部贫混凝土，要求具 图2 图1
有最低的水泥水化热和足够的抗剪强度. 因此水泥用量降低到 47kg/m3，粉煤灰用量为 19kg/m3。 坝体的上， 下游面及溢洪道均为富胶凝材料碾压混凝土，厚 2~3m，全断面碾压.其坑压强度 90d 为 7.3Mpa，抗拉强度 365d 为 0.51Mpa，坝体大口径钻孔压水试验获得渗透系数 k=10-3~10-5cm/s， 重度为 2466kg/
m3，绝热温升为 11.78℃。柳溪坝的上游面采用非粘合的预制常规混凝土企口模板， 板后为水泥用量较高的碾压混凝土，一直浇筑到廊道为止，廊道下游为贫水泥碾压混凝土。层面未 铺砂漿处理.整个坝体未分纵缝和横缝.1983 年春蓄水后，立即在排水廊道和下游面出现了渗水，其 量为 170 l/s， 两个月后減至 150 l/s，为此用纯水泥漿对坝体进行了灌漿处理.一年半后渗水量减至 13.8 l/s。 1.2.2 上静水(Upper Stillwater )RCC 坝（见图 3） 1987 年 6 月，由美国垦务局设计建成了上静水坝，该 坝高 87m， ，顶长 825m， ，坝体未设纵缝和横缝，坝体体积 113 万 m3。RCC 浇筑用 10 个月完成.这是美国继柳溪坝之 后设计建成的另类碾压混土坝。它吸取柳溪坝层面结合不 良， 胶凝材料用量过低的经验教训， 采用了高胶凝材料筑坝， 其 水 泥 用 量 为 79.5~92kg/m3 ， 粉 煤 灰 用 量 为 172.7~203.5kg/m3， 这种高胶凝材料的 RCC 提高了抗拉， 抗 剪强度和密实性。其抗压强度为 21.1~24.8Mpa(90d)，重度 为 2339kg/m3，绝热温升为(28d)18.08~25.28℃坝体坡为１： 0.6，相对于常规 VCC 重力坝减少了坝体体积。上静水坝的 上，下游面采用水平滑模浇筑厚 0.6m 的常规混凝土护面层 图3
防渗，下接碾压混凝土坝体。工程蓄水后，发现了 12 条上，下游贯穿坝体的横向裂缝，平均缝距 75m。
三种不同设计思路[2]
島地川坝，柳溪坝和上静水坝同是上世纪 80 年代设计建成的碾压混凝土坝，在设计思想上各
具特色，代表了三种不同的 RCC 坝设计方法。它们的不同点不仅在结构设计上，同时还在 RCC 的 配合比上。 2.1 島地川坝 防渗由上游厚 3m 的常规混凝土和碾压混凝土坝体承担，另外该坝较高，要求坝体混凝土具有 较高的抗剪抗拉力学指标，因此 采用了富胶凝材料筑坝.在富胶凝材料中水泥用量较大，为防止浇 筑过程中出现“泠缝” 影响坝体的防渗性能，因而要求对层面进行处理。另外，为防止水泥水 ， 化热造坝体裂缝，按常规混凝土坝的技术要求，对坝体设置了横缝.以上设计思想明确，技术处理 得当，因而工程建成投产后，运行正常。此种 RCD 坝设计施工方法在日本一直延续到现在。 4
2.2 柳溪坝 富胶凝材料筑坝固然防渗性能好和力学指标较高， 但施工工艺要求高， 时间上和经济上对于只 有中等坝高(52m)的柳溪坝不尽合算， 因此美国陸軍工程兵团采用了贫水泥干硬性碾压混凝土筑坝， 以使其工艺上变的更经济。坝的防渗由上游厚 3m 的富胶凝材料 RCC 和坝体承担.由于采用贫水泥 筑坝，初凝时间较长，水泥水化热低，因而坝体填筑时未做层面处理，坝体也未设纵缝和横缝。工 程蓄水后发现坝
体渗漏.这就迫使设计者们在此类工程的设计中研究了多种上游坝面防渗结構，包 括预制混凝土面板外衬或外喷膜料等多种型式.上世纪 80 年代在美国采用贫水泥碾压混凝土施工建 成的中等坝高工程可列举如表１。
表1 坝名 柳溪 Willow Creek 大鹿溪 ELK Creek 蓋斯威尔 Galesvile 蒙克斯威尔 Monksville 斯特吉科奇 Stagecoach 格来斯通峡 Grindstone canyon 中福克 Middle Fork
美国上世纪 80 年代部分 RCC 坝一览表
RCC 开工 4/82 4/87 5/85 3/86 6/88 5/86 7/84 RCC 竣工 9/82 12/87 8/85 8/86 7/88 7/86 9/84 坝高 m 52 51 51 48 46 42 38 坝顶长 m 543 786 291 671 115 396 125 RCC 万 m3 33.1 24 16.1 22 3.4 8.8 4.2 水泥 kg/m3 47 70 53 63 71 76 66 粉煤灰 kg/m3 19 33 51 0 77 0 0
2.3 上静水坝 上静水坝坝高 87m，与島地川坝接近.属高坝.美国垦务局采用了高胶凝材料筑坝，以达到提高 RCC 坝体的防渗性能和使层面具有较高抗拉，抗剪指标的目的.坝体未设纵缝和横缝，施工鋪筑时 也未做层面处理. 工程蓄水后发现 12 条贯穿坝体上，下游的横向裂缝.这就提醒工程師们在往后的 设计中设置横缝，美国笫一座设置横缝的工程是大鹿溪坝(ELK Creek))在坝顶长 786m 的坝体上设 置了 10 条横缝，最大缝距 91m(平均 73m)，在靠近上游面的横缝里设二，道止水，止水后设排水 井，在另一座奎尔溪南坝上采用了较小的横缝距 14.6m，对坝体裂缝的扩展得到了有效控制，1990 年以来美国修的 RCC 坝中约有 50%设置了横缝，缝距在上述两坝缝距之间。
碾压混凝土坝早期三个有代表性工程的设计思想有些差异，但其实践结果共同表明，施工速
度是很快的，其费用比其他坝型省.相对于传统的重力坝是一项巨大的创新。 3.2 三个工程的运行整体上是成功的， 但有的也不十分完美.正是这些不完美之处推动了 RCC 坝不
断向前发展.如柳溪坝的坝体渗漏，警示人们对于贫水泥碾压混凝土坝必须采取坝面防渗措施;上静 水坝出现的贯穿坝体的 12 条横向裂缝，警示人们对于富胶凝材料筑坝应考虑对坝体设置横缝。 3.3 低胶凝材料筑坝，其力学指标和防渗性能不及富胶凝材料，但其水泥水化热低，初凝时间较
长，施工工艺较简单，比较适用于中等及中等以下坝高.但事物是发展的，上世纪 90 年代出现了断 面对称面板硬埴方坝(FSHD)，由此借鉴低胶凝材料筑坝技术，可能是发展 FSHD 坝的一个方向.如 5
土耳其 2002 年开始，已设计和施工两座 100m 以上 FSHD 坝(Cindere & Oyuk)，就是一个良好的例 证[3] .因为同一坝高条件下，FSHD 坝坝体和建基面的受力条件都优于传统的重力坝，.对于基础条 件较软弱的地方，强地震区和缺少防渗材料的地区，尤其有它的优势。 3.4 根据
島地川和上静水等高坝的经验， 对于中等以上的高坝，基于防渗性能和抗剪抗拉指标的
要求，选取富胶凝材料筑坝是很自然的.但坝体上游面和坝体的防渗，横缝设置和裂缝控制，以及 层面抗剪强度的控制等一系列技术问题， 应根据工程具体情况慎重处理.在满足力学指标和防渗性 能的前提下，尽量降低胶凝材料特別是水泥用量是大家所期望的.如我国江垭全断面碾压混凝土坝， 坝高 131m 坝顶全长 368m,设 12 条横缝,缝距 14.5m~35m,未设纵缝, 最大仓面 3755m2..初凝前覆盖 上一层 RCC 时,层面不做处理.经过大量试验研究和计算分析論证，采用Ａ1 区(上游防渗区，C20) 水泥用量 84kg/m3， 粉煤灰用量 103kg/m3； 区(坝体区， A2 C10)水泥用量 65kg/m3， 粉煤灰用量 98kg/m3 属中等胶凝材料坝。 江垭全断面碾压混凝土坝,在同类坝型中是世界最高的.自 1999 年投产运行以来 一直正常, 说明它在继承和发展碾压混凝土筑坝技术上是一个良好范例.[,4]
主要参考文献 [1]许百立等，水利水电工程勘测设计专业综述(水工)，电子科技大学出版社，1993 年 7 月。 [2] Kenneth Hansen P.E Diverging Views on RCC， 《Water Power & Dam Construction》 ，Vol.48 No8， Aug.1996. [3] S. Matmaz 等，Design of The 100 in-high Oyuk Hardfill Dam， 《International Journal on Hydropower & Dams》Vol.10 2003. [4] 刘红运主编，江垭水库，中国水利水电出版社，2007 年 7 月，北京。
硬填方坝（FSHD）新坝型概述
艾克明 (湖南省水利水电勘测设计研究总院,长沙市,410007) 内容提要:文中对硬填方坝新坝型的概念,突出优点,国内外应用情况,坝体的稳定与应力分析,对建 坝材料及施工要求,细部设计及其安全与经济评价作了介绍。 工程实践表明,硬填方坝对于缺少防渗 材料的地区,基础条件比较差的地区和强地震区特别适应,不失为很有推广应用价值的新坝型。 关键词:碾压混凝土坝(RCC) 硬填方坝(FSHD) 面板堆石坝(CFRD) 对称断面 贫水泥砂砾石或碎石 料
1.硬填方坝的概念
上世纪 80 年代, 出现了碾压混凝土重力坝(RCC),它是对于传统的常规混凝土坝(VCC))的一个 巨大技术进步, 主要表现在采用振动碾压混凝土施工, 速度快: 水泥掺量少, 水化热低, 坝体不 易裂缝; 造价低.但是 RCC 坝对基础的要求仍然较高, 不适应強地震区, 施工工艺要求也较高.因 之,上世纪 90 年代, 出现了称之为硬填方坝(FSHD)的新坝型。硬填方坝的特点：断面基本对称; 采 用上游面防渗,坝体内不设排水； 采用贫水泥和砂砾石或山场碎石振动碾压填筑， 故称硬填方坝 （见 图 1）. 亦有人称硬填方坝是碾压混凝土坝的一种新概念。
图 1 水泥固结（硬填方坝） 硬填方坝是介于碾压混凝土坝（RCC）与面
板堆石坝（CFRD）之间的一种新坝型：与 RCC 坝比， 它的体积略大，水泥和胶凝材料少，强度低，造价低；它与 CFRD 坝相比，体积小，掺了水泥，强 度高，总造价一般低于 CFRD 坝。
2.硬填方坝的突出优点[1],[2]
2.1 由于坝基面积大，坝体内及基础上的应力较低，因而允许修建在软弱的基础上。 2.2 由于使用火山灰（粉煤灰或矿粉）和少量水泥，硬填方的成本较低。 2.3 由于其断面的对称性，坝体和基础上的正应力较均衡；同时，水库蓄水后产生的静压效应使得 正应力变化极小。 2.4 坝体和基础上的平均剪应力约为传统重力坝横截面上的一半。 2.5 在强地震荷载作用下，对称断面不易受到强拉应力影响，而传统重力坝的坝踵承受的拉应力较
大，导致坝踵开裂。 2.6 对坝体的砂石料仅有抗压强度要求，无抗拉强度要求。 2.7 硬填方坝施工期可以过水，完建后坝上可以设置溢洪道，还可以抵御意外的过载涌浪（如超泄 或山体滑坡引起的涌浪等） 硬填方坝由于有上述一些固有优势,特別适用于缺乏防渗材料的地区, 。 基础条件比较差的地区和强地震区使用。
3.硬填方坝的国内外应用情况
硬填方坝的新概念于 1970 年由 J.M.Raphael 提出， 后由原国际大坝委员会主席 （现名誉主席） 法国人 P.Londe 先生于 1988 年旧金山第 16 届国际大坝委员会讨论“问题 62”上加以总结和阐述， 1992 年又与法国咨询工程师 M.Lino 先生一起著文，刊登在《Water Power & Dam Construction》 上，February,1992。 上世纪 90 年代以来，世界各国修建的硬填方坝或围堰如下表(1). 工程名称 St.Martin de Londress Moncion 反调节坝 Marathia Ano Mera Nagashina 长岛 街面水电站 洪口水电站 白沙水电站 Can-Asujan Cindere Oyuk 所在国家 法国 多米尼加 希腊 希腊 日本 中国福建 中国福建 中国福建 菲利宾 土耳其 土耳其 坝（围堰）高（m） 25 28 28 32 33（围堰） 16.4（围堰） 40（围堰） 73.4 40 107 100 建成年份 1992 年 不详 1993 年 1997 年 1998 年 2004 年 2006 年 2007 年（设计） 建设中 2002 年施工 2003 年初设
图 2 希腊某胶凝砂砾石坝剖面
图 3 福建街面水电站下游围堰剖面
图 4 土耳其欧峪克（Oyuk）坝典型横剖面
4.RCC 重力坝、FSHD 坝、CFRD 坝的应力,稳定分析与对比
4.1．重力坝 4.1.1 重力坝的设计准则： Maurice Levy 条件：σ u-γ wH＞σ 1； Oscar Hoffman 条件：dσ u/da＞0。 式中：σ u——上游面垂直总应力； γ w——水的重度； H——坝高； σ 1——混凝土的总侧限拉应力； a——上游面测起的裂缝长度。 4.1.2 最优剖面:上述条件使最优重力坝剖面为上游垂直 （或接近垂直） 下游为斜面， ， 接近于 1:0.8 （见图 5） 。
图 5 表示高 100m 的重力
坝的应力情况 4.1.3 坝基应力:经文献[1]]的计算分析,获得高 100m 重力坝的坝基应力如图 5 所示。其中点 A：坝
踵压应力，0.84MPa（满库） ，点 B：坝趾压应力，1.56MPa（满库） 点：2.4MPa（空库） 点： ，C ，D 0MPa （空库） 。 平均剪应力（坝基） ：0.63MPa。 为满足上述设计准则， 坝踵拉应力不大于 0.16MPa， 如遇地震 0.2g， 坝踵拉应力可达 1～2MPa， 产生裂缝的危险增大了。 4.1.4 安全因数:图 5 上同时绘有坝基扬压力 u 与φ 角和安全因数（SFF）的关系：当扬压力折减系 数 u=0.4 时，φ 角为 32°（通常设计取φ 37°，充分排水） 。当 u=0.4 时，安全因数 SFF=1.4。 4.2 FSHD 坝（硬填方坝）
图 6 FSHD 坝的稳定分析 图 6 上绘有高 100m，上下游坡比为 1:0.7 的 FSHD 坝的稳定分析图。 满库时，A 点压应力 1.39MPa ；B 点；1.41MPa 空库时，C 点压应力 1.15MPa ；D 点；1.15MPa 当扬压力 u=0.4 时，φ =18°；当扬压力 u=0.4 时，SFF=2.8。
图 7 FSHD 坝的剪磨系数(SFF)和φ角
图 8 100m 高的 FSHD 坝的基础总垂直应力 10
图 7 上，绘有 FSHD 的安全因数和φ 随坝坡大小以及扬压力折减系数变化的关系。 图 8 上绘 100m 高的 FSHD 坝的基础总垂直应力随坝坡大小以及蓄水情况变化的关系。 比较同为 100m 高的重力坝与硬填方坝的基础应力和安全因数可见,硬填方坝的工作条件优于 重力坝。 4.3．面板堆石坝（CFRD）
硬填方坝具有较大的刚度， 排除了与面板堆石坝进行应力比较的必要性。 然而它们的基础应力 如何，却是一个十分有趣的问题。
图 9 同高度的 CFRD 坝与 FSHD 坝的应力摩尔圆 图 9 上给出了同高度的 FSHD 坝与 CFRD 坝的应力摩尔圆。 图上 Cethana 面板堆石坝 C 点的应力 摩尔圆，取自于参考文献[ASCE,J,of G.Eng.Vol.116.N05 May 1990]，而硬填方坝 FSHD P 点的应 力来源于三维有限元应力分析，由图 9 比较，二者的应力十分接近。
5.硬填方坝对材料和施工的要求
如前所述，首先提出对称断面概念的是 J.M.Raphael，基本设计思想是设计一种坝断面介于重 力坝与土石坝之间，其材料特性介于砼与土之间。从而提出了采用水泥+粘土+土料运移施工技术建 坝的设想。 后来经过多个国家的工程实践形成了目前的贫水泥胶凝材料加砂砾料或碎石经简单拌和 和振动碾压筑坝的硬填方技术。 5.1,通过上面的应力和稳定分析，可以得出二条重要结果： 1）硬填方坝仅有无侧限抗压强度要求，完全不要求抗拉强度。高 100m 的硬填方坝，最大压应 力低于 1.5MPa，它要求材料的无侧限压应力仅只 4～6MPa（安全因数为 3～4） 。 即令出现某些地震，在对称断面上也不存在拉应力。图 10 土耳其欧峪克坝采用地震加速度 A=0.4ｇ, 用三维
有限元进行分析计算得到的应力分布图。由图可见,坝踵尚未出现垃应力。
图 10 欧峪克坝计算模型（正常运行条件，a=0.4g 下总荷载，kpa） 2）不要昂贵的层面处理费用，即令是在填筑时有间歇，存在“冷缝” ，也不存在危险。国为 100m 高坝基础上的剪应力仅只 0.36MPa。 5.2 硬填方坝的防渗，由上游面的防渗面板或土工膜完成，坝体内允许孔隙存在，填筑时的离晰现 象是可以宽容的。 5.3 混凝土或 RCC 的变形通常都低于基岩，坝体像一个刚性的整体被变形更大的物体支承，这将造 成结构应力和裂缝。硬填方坝具有高透渗性和低刚度（低于 10GPa） ，更适合于基础的变形。 5.4 骨料可以是任意的河床冲积物或软山岩，少加处理即可使用，可以免除昂贵的筛分工作。(欧 峪克坝的最大上坝粒径&75福建街面等三个工程的上坝粒径&150mm)。高含粉量（30%或以上）是 允许的。
5.5 水泥含量低是硬填方的一个基本特点（约 50～60kg/m ） 。温升小，绝热温升约为常规 RCC 的一 半，因而一般无需构造缝。 5.6 硬填方坝的材料配比及强度:(1)土耳其 Oyuk 硬填方坝的配合比及强度试验表（采用混合物编 号 4 于工程实际） ，可供借鉴参考.见表 2. 表 2：配合比及强度 混 合 物 编 号 1 2 3 4 5 6 7 8 骨料 (＜75mm) (kg) 6.00 7.96 9.57 6.91 平均抗压强度 2 （kg/cm ） 7天 18 19.2 21 25.5 21 26.7 18 18 28 天 24.4 27.7 28.5 31.0 41.5 28.0 20.8 16.6 90 天 38.3 35.8 24.2 60.5 46.3 38.4 23.1 18.8
水泥 3 （kg/m ） 45.0 49.5 60.3 50.1 50.4 60.0 50.0 40.0
粉煤灰 3 （kg/m ） 34.84 31.35 22.99 100.31 53.88 0 0 0
水 （kg） 135 135 135 140 140 135 135 135
水/水泥 +粉煤灰 1.69 1.67 1.62 0.93 1.34 2.25 2.70 3.38
空气(%) (体积) 1.68 1.68 1.68 1.69 1.68 2.51 2.51 2.51
(2)福建街面水电站下游胶凝砂砾石围堰，采用配合比为：水泥 40kg/m ，粉煤灰 40kg/m ，砂 率 21%，水 70kg/m ，减水剂 FDN-FZ 掺量为水泥用量的 0。8% ，其抗剪断试验结果如下表 3 及图 11。 凝结力 C/MPa 摩擦系数 f 28d 0.75 0.85 60d 1.00 0.75 90d 1.07 1.02 180d 1.70 0.90
图 11 试料强度随龄期增长曲线
6.硬填方坝的细部设计
6.1 上游面的防渗设计:上游面防渗是 FSHD 坝不可缺少的组成部分，其概念与应用和面板堆石坝是 一样的，图 12 是土耳其欧峪克坝的上游防渗面板设计图，可供参考。
图 12 土耳其 Oyuk 硬填方坝上游护面详图 （说明：1：PVC 带；2：砂胶填料；3：压缩填料；4：PVC 止水；5：铜止水 ；6：橡胶筒；7：泡 沫聚苯乙烯填料；8：多孔混凝土；9：穿孔 PVC 管；10：钢筋；11：防止混凝土裂缝及保护止水的 钢筋；12：沥青涂层护面；13：砂石沥青混料） 6.2 开敞式溢
洪道: 硬填方坝的优势之一是施工期坝体上可以过水,完建之后可以在坝体上布置开 敞式溢洪道。图 13 绘有大坝坝体上设置的溢洪道。土耳其欧峪克坝上设置了宽 12m 的开敞式溢洪 道。其最大单宽流量为 44.16m /S.
图 13 标准的 FSHD 堰，表示开敞式溢洪道
7、安全与经济评价
7.1 坝体体积:FSHD 坝的体积比重力坝大，见图 14。图 15 上同时绘有硬填方坝（FSHD）与面板堆 石坝（CFRD）的体积比关系。
图 15 图 14 FSHD 坝与 1：0.8 的重力坝的方量比较
FSHD 坝和重力坝的
体积比较、FSHD 坝和 CFRD
坝的体积比较 说明硬填方坝的体积比面板堆石坝的体积小。体积大小，只构成造价高低的一个因素。
7.2 坝体单价:另一个重要因素是坝体的单价，法国 BaCaRa 曾对 RCC 坝与 FSHD 坝的单价作过比较， 认为以硬填方坝的单价作为参数，则 RCC 坝的单位造价为 FSHD 坝的 1.7 倍。 经对世界不同地方（欧洲和美洲）几个工程的详细比较，相对于 RCC 重力坝来说，FSHD 坝是 一种经济的方案。 另外，BaCaRa 又曾对法国一座高 33m 的 FSHD 坝与同等高度的 CFRD 坝作过比较，认为 FSHD 的 单价约为 CFRD 坝的二倍，但坝体的总投资二者接近。考虑到 FSHD 坝体上可以过水，而 CFRD 坝要 开挖岸边溢洪道，因此从总体讲，FSHD 坝比 CFRD 坝经济。 7.3 坝体安全:除了经济外，另有安全的考虑.从前面做过的分析来看，FSHD 坝在抗击地震力上，比 RCC 重力坝要好。从泄洪的意外抗击涌浪等方面看，FSHD 坝又比 CFRD 坝要安全。 14
总之，FSHD 坝不失为一种又经济又安全的新坝型，有研究和推广应用广阔前景。
上面介绍的对称断面面板硬填方坝实际上是一种低造价的 RCC 坝2它的低造价来自于对现有 RCC 的強度,止水性能和接触缝处理的现有要求的放宽。与常规的 RCC 重力坝相比，FSHD 坝的优点 是增加了大坝的稳定性。這意味着可以很安全地修建在软弱基础上和強地震区。对于无防渗材料地 区修建 FSHD 坝比修建 CFRD 坝的工程量要省。 自从上世纪 90 年代以来. 世界各国已设计建成 FSHD 坝 10 余座,其最大坝高巳愈 100m..足见 FSHD 坝不失为一种既经济又安全的新坝型, 大有研究和推广应用的广阔前景。
主要参考文献 1．P.Londe, M.Lino, (法国)“The Faced Symmetrical Hardfill Dam: a New Concept For RCC.” 《Water Power & Dam Construction》,February 1992,pp.19-24。 2．P.J.Mason(英国),“the Evolving Dam”,《Hydropower & Dams》Vol. Four, Issue Five 1997,pp.69-73。 3．P.Londe, M.lino,(法国)“FSHD, the Faced Symmetrical Hardfill Dam”,《Proceedings of International Symposim on High Earth –Rockfill Dams》October 1993, Beijing ，China， Vol.1。 4.S.Batmaz,A.Koksal,I.Ergeneman & D.pekcagliyan( 土耳其), “Des
ign of the 100m in High Oyuk Hardfill Dam, Hydropower & Dams” ，Issue， Five, 1993。 5．贾金生等，胶凝砂砾石坝材料特性研究及工程应用， 《水利学报》 ，第 37 卷，第 5 期，2005 年 5 月。 6.杨首龙, CSG 坝筑坝材料 与坑剪荷载能力研究”, 《土木工程学报》,第 40 卷第 2 期，2007 年 2 月。
土耳其欧峪克（Oyuk）硬填方坝设计概述
S. Batmaz（土耳其 安卡拉 国家水利工程总局） A. Koksal, I.Ergeneman（土耳其 Hido Dizayn 工程公司） D.Pekcagliyan（土耳其 安卡拉 Dolsar 工程有限公司）
摘要：本文以土耳其欧峪克（Oyuk）坝（高 100m）为例，介绍了硬填方坝坝址条件、设计依据及 拟定施工方法等情况；详细讨论了设计原理，包括选择硬填方坝型的理由，廊道及上游面的设计， 二维有限元应力分布分析，配合比设计以及大坝监测等。 硬填方的设计方法来源于寻找一种具有高内聚力和强抗冲蚀力坝体土石料的想法 [Londe & Lino,1992 ]。本设计方法的基本特征即采用贫水泥碾压混凝土（通称硬填方） ，对称横截面，防水 上游面，以及无坝体内排水。这种设计的优势如下（Batmaz et al.,2000 ） ： ? ? ? ? ? ? ? 由于坝基面积大，坝体内及基础上的应力较低，因而允许建在软弱的基础之上。 由于仅使用火山灰和少量水泥，硬填方的成本较低。 由于其对称性， 基础上的正应力较均衡； 同时， 水库蓄水产生的静压效应使得正应力变化极小。 平均剪应力约为传统横截面的一半。 在强地震荷载下，对称截面不易受到拉张应力，而传统横截面上游坝踵将承受巨大张力。 对坝体土石料仅有抗压强度要求，无抗张强度要求。 硬填方坝可抵御意外的过载涌浪。此类过载涌浪因溢洪道泄洪能力过小产生，或由山崩滑坡落
入水库产生的浪涌引起。 全世界范围内现有三座已建成的硬填方坝（2003 年数据，译者注） ，即希腊的 Marathia 坝和 Ano Mera 坝，以及多米尼加共和国的 Moncion 坝。近年来，硬填方坝因其固有的优势受到土耳其的青睐，特 别是在： ? ? ? 缺少防渗材料的区域； 基础条件不好的区域； 高地震活动性的区域。
土耳其现有两座硬填方坝正在施工中，另有三个采用硬填方坝的项目已经完成了最终设计。
1. 欧峪克（Oyuk）硬填方坝概况
欧峪克（Oyuk）坝位于土耳其西 Anatolian 区的 Aydin 省。该坝为对称硬填方面板坝，位于 Alangullu 支流，Germencik 区以北 2 公里处，提供灌溉用水。欧峪克（Oyuk）坝项目业主为国家 水利工程总局（DSI） ，其最终设计由 Dolsar 工程有限公司和 Hido Dizayn 工程公司完成。土建工 程施工及详细设计尚未招标。 欧峪克（Oyuk）坝有效库容约为 59310 m ，至河
谷底线高度为 93m，至坝基高度为 100m，为 该类坝型最高。上下游坡比均为 0.7H:1V，坝顶长 212m。欧峪克（Oyuk）坝总体布置及典型横截面
分别如图 1、图 2 所示。[Dolsar 及 Hidro Dizayn，2001 ]。 上游围堰也按硬填方坝设计，高 21m，位于坝轴线上游 197m 处。该围堰同时将作为实验填方，其 最终设计参数，如分层厚度、碾压遍数等，都将在施工过程中确定。下游围堰采用不透水粘土心墙 填石结构，高 5m，位于坝轴线下游 152m 处。 闸门溢洪道位于坝体上，设计流量为 529.85m /s。导流隧洞位于右坝肩，设计流量为 76.16m /s。
图 1：欧峪克（Oyuk）坝总布置图
图 2：坝体典型横剖面图
2. 现场条件
2.1 气候 坝址处气候为典型地中海式气候条件，冬季温和多雨，夏季干燥炎热，年均降雨量和年平均气 温分别为 640mm 和 18℃。坝址区域无重大气候气象问题，但在施工期，如遇雨季或异常高温天气， 需采取保护措施。 2.2 地址及基础 17
大坝坐落于峡谷之间，两岸坝肩陡峭。坝基由变质岩、片麻岩和云母片岩组成。两岸坝肩接近河流 面的片麻岩新鲜坚硬，但峡谷较高位置处的片岩已经风化 [Dolar 和 HidroDizayn，2001 ]。 河床冲积层的最大深度为 5.6m；坝肩岩屑堆积层的最大厚度为 3m。开挖工作应实现足够的几 何基础，良好的围岩条件和稳定的切面，以避免在施工过程中，松散岩体或落石延误、妨碍施工， 或造成安全问题。清除河床上的岩堆和淤积物，修整坝肩上的起伏不平面，以提高坝体与岩体的接 触。 设计考虑了固结灌浆和帷幕灌浆。帷幕灌浆深度较大，河床位置灌浆深度为 40m，坝肩位置约 为 70m。灌浆帷幕两边各有两条封闭灌浆帷幕。 2.3 地震强度 稳定性分析对不同地震情景采用了两种地震系数， 即最大可信地震 （MCE） 和运行基准地震 （OBE） [USCOLD, 1999 ]。 在项目场址进行了详细的地震风险等级分析，该区域位于《土耳其地震区域分布图》一级地震 带。经动态分析和准静态分析，如采用 MCE 标准，地震系数为 0.24g，即在震源距≤33km 时，百年 一遇地震概率为 10%，在震源距＞33km 时，百年一遇地震概率为 23%；如采用 MCE 系统，地震系数 为 0. 4g，即在震源距≤33km 时，千年一遇地震概率为 20%，在震源距＞33km 时，千年一遇地震概 率为 50%。
3. 大坝设计
最高水位为 168m，坝顶高程确定为 171m，有 3m 的超高。 3.1 上游护面和廊道 在考虑热应力、可能裂缝、经济性、安装简便性，以及独立防水上游面优势的前提下，为控制 沿硬填充层接缝穿过坝体的渗漏，将采用钢筋混凝土上游护面。硬填方坝体完成后，一旦出现热裂 缝或结构裂缝，就将放置
上游护面。上游护面采用滑模施工，成 12m 宽竖直板状，上端连接坝肩底 座，下端连接河床常规混凝土块。护面厚度计算采用以下公式： t=0.3+0.00235H(m) t=护面厚度；H=至坝顶距离；单位均为米。 护面下的排水系统将确保硬填方体的干燥， 并避免渗透效应产生颗粒材料流失和老化。 通常情 况下， 就大型坝体而言， 排水系统汇入护面底部的廊道内。 排水系统的施工方式作了以下几种设想： ? ? ? 将排水管埋入护面下的多孔混凝土中（如希腊的 Marathia 大坝、多米尼加的 Moncion 副坝） ； 安装空心预制构件。这些预制构件在施工工程中被用作硬填方模板，可提供大流量排水； 使用土工膜，采取 RCC 坝垂直面的防护措施（如 Riou 坝和 Concepcion 坝）. 欧峪克（Oyuk）坝采取的方式是将多孔排水管安装在上游护面的下部（见图 3） ，直至排水廊 道，并连接至导流隧洞。排水廊道还将用于观测和放置仪器。 18
内有排水管的预制混凝土块在大坝上、下游面中均将使用。这些预制混凝土块在硬填方层砌筑过程 中将起到模板的作用。下游预制块将砌筑成整齐、施工难度小的下游面。上游预制块将为上游混凝 土护面、垂直缝和排水系统的施工提供适当的表面。
图 3：上游护面详图 （说明：1：PVC 带；2：砂胶填料；3：压缩填料；4：PVC 止水；5：铜止水 ；6：橡胶筒；7：泡 沫聚苯乙烯填料；8：多孔混凝土；9：穿孔 PVC 管；10：钢筋；11：防止混凝土裂缝及保护止水的 钢筋；12：沥青涂层护面；13：砂石沥青混料）
图 4：欧峪克（Oyuk）坝计算模型（正常运行条件 a=0.4g 下总荷载 kPa） 3.2 导流隧洞 欧峪克（Oyuk）坝为于狭窄河谷之中，考虑到硬填方坝体的施工期较短，洪水漫过上游围堰不 会造成重大破坏，且大坝下游无设施或居民区，导流隧洞的设计流量为 10 年一遇洪水。 3.3 溢洪道 鉴于坝体为混凝土结构，较之于岸边溢洪道方案（溢洪道独立于坝体之外） ，采用溢洪道在大 坝坝体上的方案更为经济。溢洪道设有弧形闸门及泄槽，宽 12m，与坝轴线成 73°夹角，以使泄槽 与下游河床平行。
4. 稳定性分析
稳定性计算中考虑的因素包括倾覆稳定性，抗滑稳定性，底座压强及临界点压强。就欧峪克 （Oyuk）坝而言，除上述考虑因素外，还使用 GEO-SLOPE 计算程序的 Seep/W 和 Sigma/W 功能执行 了二维有限元解法分析。Seep/W 用于岩基内位移和空隙水压力分布分析。借助于 Seep/W 的输出成 果，可实施各荷载条件下坝体及其基础有限元应力及变形分析。在两类稳定性分析中均考虑了以下 三种荷载条件： 1. 施工条件（不考虑上游来水及尾水） ：用以分析无地震条件下
的情况。 2. 正常运行条件（考虑正常上游水位、最低尾水位） ：用以分析地震条件下（OBE 及 MCE）的情况。 3. 可能最大洪水（PMF）条件（考虑 PMF 条件下的上游水位、洪水位下的尾水） ：用以分析无地震 条件下的情况。 计算机程序输出结果以图形表示，说明各荷载条件下的应力等值线。临界情况考虑为 MCE 下 （a=0.4g）正常运行条件，其相应应力等值线如图 4 所示。需要指出的是，采用 Sigma/W 的有限元 解法时，在坝趾处观测的应力集中点。由于现实中并不存在应力集中点，因此，输出的估算结果不 考虑应力集中点。 根据分析方式和硬填方 90 天抗压强度 605t/m （实验室试验成果）计算出安全系数，稳定性分 析结论如表 1 所示，并附上美国垦务局（US Bureau of Reclamation, USBR 1987 ）推荐的安全系 数。
表 1：稳定性分析结果 荷载条件 施工条件 （无地震） 正常运行条件 （无地震） 正常运行条件 （MCE, a=0.4g） 可能最大洪水 分析类型 典型 Geo-Slope 典型 Geo-Slope 典型 Geo-Slope 典型 Geo-Slope σ
安全系数 3.67 3.80 3.59 3.16 2.33 2.02 4.00 3.32
USBR 推荐最小 安全系数 3.0 3.0 1.0 2.0
165.04 159.09 168.70 191.43 259.85 300.00 151.22 182.20
Geo-Slope 分析法模拟现实条件中坝体下的压力分布，而传统分析法则按均一（或线性）方式 考虑坝体下压力分布，因此，两种分析方式得出的压力值不同。 尽管规定的最小安全值适用于各分析方案和硬填方强度下的各种荷载条件， 设计中仍决定在下 游坝趾处，90 米高程以下的一段梯形区域（加宽宽度 10m 至 71 米高程） ，采用高水泥含量和高抗 压强度的硬填方方式施工（见图 2） 。
5. 配合比设计
适当的硬填方混合物配比对于混凝土的经济型及耐久性至关重要。 通过配合比设计研究后， 配
合比由实验室试验选择确定。欧峪克（Oyuk）坝配比设计采用由美国陆军工程师兵团开发的“渐进 式硬填方混合物配比程序” 。该程序的考虑因素包括耐久性、强度、材料和易性、发热性、含水量 及骨料级配等。 硬填方混合物既应有足够的稳定性， 以支持振动压路机和其他重型设备， 也应具有良好的和易 性，允许一定程度的骨料重组。重组应允许砂浆或灰泥在碾压过程中填充入骨料颗粒间的孔隙。为 减少砂浆内的孔隙数量，降低泌水倾向，生产出粘性及和易性更佳的混合物，需添加细粒物料。出 于这一目的添加的火山灰，还能减少需水量，减低水泥含量，以及提高极限强度。混合物最终的火 山灰和水泥比例对确保硬填方混合物的经济性和功能性十分重要。 由于火山灰对硬填方强度的影响 无法推测，故只能通过实验室试验确
定。 欧峪克（Oyuk）坝项目采用坝址下游 3 公里处的一处料场作为其自然骨料来源。根据实验室试 验结果，依照统一土分类法，该料场材料为 GP-SP（分级差的砾石及分级差的砂石） ，SP-GM（砾砂 及粉质砾石） ，以及一小部分 GW-GM（级配优良的砾石和粉质砾石混合物） 。材料与粉煤灰经筛选， 去除粒径大于 75mm 的骨料后，材料特性则适宜于用作硬填方骨料（见图 5） 。 火山灰选用来自 Yatagan 火电厂的 F 类粉煤灰，PC-42.5 水泥（常规硅酸盐水泥）将从 Aydin Soke 水泥厂采购。各类型混合物的配比确定下来后，应通过实验室试验验证其和易性及强度。实验室将 测试八种混合比例的以下项目： ? ? ? ? 凝结时间 水化热 收缩膨胀分析 各类混合物 9 个Ф =30cm, H=45cm 圆柱形样品，7 天、28 天及 90 天的强度
表 2：配合比及强度 混合物 编号 水/水 空气 平均抗压强度 骨料 2 泥 (%) （kg/cm ） (＜75mm) +粉煤 (体 (kg) 7 天 28 天 90 天 灰 积) 1 45.0 34.84 135 1.69 .68 18 24.4 38.3 2 49.5 31.35 135 1.67 .68 19.2 27.7 35.8 3 60.3 22.99 135 1.62 .68 21 28.5 24.2 4 50.1 100.31 140 0.93 .69 25.5 31.0 60.5 5 50.4 53.88 140 1.34 .68 21 41.5 46.3 6 60.0 0 135 2.25 .51 26.7 28.0 38.4 7 50.0 0 135 2.70 .51 18 20.8 23.1 8 40.0 0 135 3.38 .51 18 16.6 18.8 八种混合物的混合比例及强度值如表 2 所示。 试验结果表明使用粉煤灰作为火山灰能够增强硬 水泥 3 （kg/m ） 粉煤灰 3 （kg/m ） 水 （kg）
填方的抗压强度。从表中可以看出，随着粉煤灰用量的增加，各类混合物之间，7 天强度的差异很
小，但 90 天强度的差异较大。预计硬填方 7 天强度将达到 90 天强度的一半。同时，随着水/水泥+ 粉煤灰比例的提高，抗压强度将降低，这说明了含水量在混合物中的重要性。 比较发现，4 号混合物适宜于欧峪克（Oyuk）坝的建设。由于在实验室中配置无坍落稠度的混合物 非常困难，水量通常是不断增加的。在现场混凝土拌制厂生产硬填方材料时，有可能通过降低含水 量，实现抗压强度的增加，并重新评估所需的水泥和粉煤灰含量。
图 5：骨料平均颗粒尺寸分布曲线
6. 监测仪器
监测仪器是大坝的重要组成部分， 确保了对特定参数的精确定量。 通过对比实际测量数据和设 计阶段的计算数据，监测仪器实现了大坝安全水平检测，并可及时实施调整措施。由于硬填方坝涉 及一些新的施工工艺，从监测系统获取的信息将为未来硬填方项目提供参考。欧峪克（Oyuk）坝监 测仪器的选用主要考虑以下三条标准： ? ? ? 获取测量数据的可靠性（无偏差、清晰、准确） ； 依据相关标准，监测仪器的寿命； 自
动读数的简易性，对有效地收集和解读数据不可或缺。
为观察欧峪克（Oyuk）坝的运行及稳定性，在坝基、坝体内部及表面均将安装一些仪器。为观 测大坝的不均匀性，仪器将安装在关键点位置上。选用的自动仪器将通过管道中的线缆，将数据传 送到坝顶两端的监控室内。所有数据均由这两处监控室收集。为减少对电缆接头及控制面板接头的 侵蚀，在接头凹处将安装一个电热丝加热器。欧峪克（Oyuk）坝选用的监测仪器及其数量如表 3 所 示。
设备名称 引伸计 振弦式压力计 孔隙水压力计 测缝计 测压仪 应力计 加速度计 水位计 应变计 振弦式应变计 倒垂线 标桩 三角堰
表 3：欧峪克（Oyuk）坝监测仪器 位置 坝体下 坝体下 把体内 面板缝 坝趾下 坝体内 沿坝轴线 坝上游 坝体内 面板上 排水廊道内 大坝面上 闸室
数量 4 19 14 28 4 8 4 1 52 29 1 33 1
Cine 大坝是土耳其第一座 RCC 坝， 高达 130m， 是世界第五高的 RCC 坝。 随后将建成的 Cindere 坝，利用硬填方坝的优势，采面板对称 RCC 结构，高度将达 170m。 欧峪克（Oyuk）坝则是近期采 用硬填方坝这一新技术的典型工程。硬填方坝技术在土耳其广为接受，并由于其经济性和技术优势 深受欢迎。可以预见，这种新坝型将会受到越来越多的青睐，特别是在高地震活动度和/或基础条 件较差的地区，硬填方坝将在世界上众多重要坝型中找到自己的位置。
1. Lond, P,. and Lino M., “The faced symmetrical hardfill dam: a new concept for RCC”. Water Power and Dam Cosntruction, 1992. 2. Batmaz, S., Demircigil, E., and Orhon, M, “Faced Symmetrical hardfill dam”, Advances th in Civil Engineering 4 International Congress, KKTC, 2000. 3. Dolsar and Hidro Dizayn, “Final Design Report of Aydin Ortakalar Project Oyuk Dam”, Dolsar Engineering Ltd. Co. and Hidro Dizayn Engineering, Consulting, Construction and Trade Ltd. Co. Ankara, Turkey, 2001. 4. USCOLD, “Updated Guidelines for Selecting Seismic Parameters for Dam Projects”, Untied Stated Committee on Large Dam, Denver, Colorado, USA, 1999. 5. USBR, Design of Small Dams, Third Edition, Denver, Colorado, USA, 1987. 6. USACE, “Roller Compacted Concrete”, Engineer Manual 6, Washington, DC, 7. USA, 2000. 本文译自 Hydropower & Dam, Issue Five, 2003, 翻译：徐超（湖南省水利水电勘测设计研究总院 翻译室）
土耳其皮达格坝设计变更为硬填方型 RCC 坝
N. Demirors ，O.Polat (土耳其) 艾克明 摘译
提要： 93m 的土耳其皮达格坝(Beydag dam)原设计为粘土心墙坝。 高 然而， 经详细技术经济比较后， 诸多因素导致设计变更改用硬填方型 RCC 坝。 本文对设计变更的因素和工程的主要特点作一讨论。 关键词：粘土
心墙坝 、RCC 坝、硬填方型 RCC 坝、胶凝材料
皮达格坝位于 Kucuk Manderes 河上，在土耳其西部 Anatolian 地区，Izmir 省。最初的开发目 标是灌溉。现在该地区的灌溉用水为抽取地下水。工程完建后，不再用水泵抽水，每年大约能节省 抽水电能 345Gwh。
1．工程的主要特征
基础以上 RCC 坝高 93m，坝顶高程 131m。坝顶长 800m，宽 9m。上游面为钢筋混凝土板组 成，宽 4m，高 2m，内埋 PVC 膜。上游坡 1：0.25，下游坡 1:0.8。图 1、图 2 分别表示枢纽的总 布置和典型坝断面。
图 1 枢纽总布置
典型坝断面
坝体 RCC 总量为 2.5310 m 。坝上设无闸门控制的溢流堰，宽 70m，下接台阶式泄槽。泄洪 能力为 735m3/s.泄入长 14m 的消力池内。洞径 为 5m 的导流洞长 570m，设在右岸。隧洞中央部位 设堵头。洞径为 2.5m 的压力钢管就从堵头处开始，钢管末端设压力室，并设引水发电阀和灌溉取 水阀各 1 个。
2．设计变更
工程于 1993 年招标，1 年后导流洞开始施工。由于受到资金的制约，大坝施工未如期开展。 最初采用的是粘土心墙坝型，后经 2004 年详细的技术经济研讨，確定更改役计为 RCC 坝型。同年 晚些时候恢复了施工。选择 RCC 坝型的主要理由如下： 31
(1)、合适做粘土心墙的土料造价贵。一个可用料场离工地很远，另一个料场的土质不好，为 利用此土料还需进行昂贵的加工处理。 (2)、对于心墙坝，需要开挖岸边溢洪道，而 RCC 坝则溢洪道可以布置在坝体上。 (3)、对于心墙坝，基础需开挖砂卵石和强风化料共深 45m，而对于 RCC 坝则开挖量大大减 少(心墙坝的勘探成果表明，厚层砂基遭遇地震活动时，有可能产生振动液化)。 (4)、由于开挖量的减少，开采和运输粘土质砂卵石至弃料场的费用大为减少。 (5)、心墙坝方案时粘土料场为农田，坝型改变后，这些农田就可以保留。 (6)、RCC 坝的施工期比心墙坝短。 目前已按 RCC 坝施工，其相关单位如下：DS I(国家水电管理总理事会)是业主，同时负责监 理工作；承包商是土耳其 Ozaltin 施工公司；设计单位是 Temelsu 国际工程服务有限公司。
3． 现场情况
3.1 气象 坝址区为地中海沿岸气侯。冬季潮湿多雨，夏季炎热、干燥。温和季气是 7 月和 8 月，冬季 是正月，年平均气温为 17℃。雨季是 12 月、正月和 2 月，其间的降雨量约为年降雨总量的 52%。 3.2 地质 坝址区和水库区为云母片岩、 石灰质片岩和大理石片岩互层， 是有名的米安德耐斯厚层构造体 (Menderes Massive)。如前已述及，冲积层厚达 45m。虽然整个岩体广泛存在折皺，但片岩系列仍 然横穿河谷， 并逐渐倾向下游。 未见明显的剪切和断层区， 而这些区域工程上是需
要做专门处理的。 坝轴线下游河床上的冲积物和岸坡上的坡积物都已被移走。混凝土浇筑前软岩区已被清理到 E 岩/E
≥0.25。 坝基岩体可分为二区。第一区的地质强度指数(GSI)为 50，单轴坑压强度(UCS)=25Mpa，
承载能为 q=11Mpa。第二区的 GSI=35，UCS=15Mpa，和 q=2.8Mpa。 3.3 地震 坝址坐落在 Gediz 河和 Menderes 河之间的地沟上，是在一个地震十分活跃的地区。在坝址周 围尽管有地震活动，但在深 45m 河床冲积层开挖的边坡上未曾发现有差动错位或位移存在。这儿 的河床很平坦，应能揭示活断层的存在。 坝址位于土耳其地震烈度分区图的第一区。 坝址处的地震基本设汁烈度(GBE))的动峰值加速度 为 o.21g；地震最大临界值(MCE)的动峰值加速度为 o.44g。
4．大坝设计
4.1 坝体 大坝体 RCC 量较大，为 2.53106m3，坝顶长 800m。根据温控分析，为了坝体不产生裂缝，将 坝体按 20m 一段用橫缝分开。坝段作为一个整体，预期能较好地适应不均匀沉降。基于上游面坝 32
踵处应力应变的要求，全河床在基岩上设有深 3m、宽 15m 和长 500m 的常规混凝土垫(见图 2)，其 起点设在坝踵的末尾处。 接着进行基础处理，即紧接上游面开始，在将浇筑 RCC 的岩面上先铺一层水泥砂浆，以增强 抗剪能力并保证坝体防渗。层面砂浆在高程 174m 处的宽为 7m，从高程 174m 至坝顶，宽度为 5m。 压实后的 RCC 每层厚 0.3m。RCC 与坝头岩面接触处浇厚 1m 的常规混凝土。坝体内设底部廊道和 二条水平廊道，水平廊道的底部高程分別为 176m 和 201m。底部廊道用来灌浆和排水，水平廊道 则用来排水、监测和设备运输并安置观测系统。廊道之间设二个楼梯间和一个垂直升降电梯，以方 便交通。为了电缆走线还设有二个辅助竖井。 坝体横断面设计，应满足坝体稳定安全要求并应最为经济。坝的结构设计，按众所周知的两个 分析方法进行，即经典的重力法和有限元法。在这二项技术中，采用了传统的准动力学方法(包括 静力相似惯性力法)，以计算地震的侧向荷载。 第一阶段，稳定分析，考虑所有荷载，包括大坝正常运行期和施工期。 第二阶段，有限元方法(FEM))用来计算坝体和基础承受静荷载和动荷载时的应力分布情况。 RCC 坝和坝基受力分析的最终设计参数匯总于表 1 和表 2。
RCC 和基岩(1)、(2)的物理特性 弹模 (Mpa)
2056 单位重 (KN/m ) 23 24 24
表2 材料 RCC 基岩(1) 基岩(2)
RCC 和基岩(1)、(2)的强度特性 180d 抗压 强度(kPa) 0d 抗拉 强度(kPa) 675 58 180d 粘结 强度(kPa) 675 1245 内摩擦 角(度) 45 30
材料 RCC 基岩(1) 基岩(2)
泊桑比 0.22 0.3 0.3
重力分析的主要结果表明， 设计的坝体断面在预期正常
运行荷载下抗倾和抗滑均满足稳定安全 要求。由有限元分析获得的主要成果表明，RCC 的强度，可以满怀信心地说是足够的。 此外，进 行的温度分析(RCC 的水泥用量为 60kg/m3，粉煤灰用量为 30kg/m3)说明，坝体用横缝分块可以避 免出现温度裂缝。计算块体间的最小缝距为 22m，因而设计采用了 20m。 4.2 上游面 上游面的衬砌，要求不透水是基本的。经过对各种不同衬砌方案优缺点的分析比较，最终推荐 采用预制混凝土板内衬 PVC 膜料方案。预制板和 RCC 之间为 1m 厚的常规混凝土。这个常规混凝 土体也是一个结构件，用来支撑预制板，调整它们的高程和直线对准的。这层混凝土也可认为是坝 体防渗的第二道防线。 双层 PVC 止水分别设在预制板后 0.2m 和 0.6m 处， 将其横跨接触缝。 PVC 膜的下方分别被固定在坝踵的基础混凝土内，上部则覆蓋在坝的上游面上；坝头处 PVC 膜被固定 在岸坡的常规混凝土底座内。 通过 PVC 膜渗过来的所有水都将通过带孔的埋管匯集到排水廊道里， 再外排。基础以上至高程 155m 的 20m 坝高的上游面是铅直的。高程 155m 以上上游坝面的坡比为 33
1:0.25。 4.3 下游面 下游面衬砌系统的选择没有上游面那么复杂。 主要考虑点是它的耐久性和外观。 因而下游面外 露部分选用了 1.5m 厚的常规振搗混凝土。低于消为池高程 170m 的台阶高 0.6m，高程 170m 以上 台阶高 1.2m。由基础至高程 150m 这 15m 是铅直的，这个高程以上的坝下游面坡比为 1:0.8。 4.4 监测 坝体和基岩内埋设和安装了许多仪表，用来观测 RCC 的应力应变特性和坝体的发热量、接缝 的开合度、扬压力、通过排水系统的渗漏量和绕坝渗流量等。
5． 大坝施工材料
混凝土配合比设计的着眼点是简化材料供应并使 RCC 产量尽可能高一点。在设计阶段曾进行 了许多组配比试验。由于采用了预制板和 PVC 膜料以及混凝土衬护，坝体防渗得到保证，因此将 拌和物设计成贫水泥 RCC，其 VeBe 值在 40s 以上(按 ASTM C11.70 確定)。 5.1 骨料 为了勘探生产混凝土所需骨料，曾对坝上、下游河床冲积物的多个料场进行了勘查。勘探表明 河床冲积物作为骨料，质量优良。从环境影响角度来说，上游料场更为优越。试验表明，大量的河 床冲积物用于 RCC 拌和物都具有良好的级配性能，其试验成果见图 3。级配曲线曾与三次方筛分 曲线相比较，并给出如下公式：P=(d/MSA)1/33100% 式中：P—小于筛网孔径 d 的物料百分数； d—筛网孔径，mm； MSA—最大骨料粒径。 选择骨料粒径为 50mm 时其级配曲线与三次方筛分曲线最为吻合(见图 4)。根据骨料的级配情 况，准备了多种可供比较的拌和物组合，结果选择了 0~50m
m 光滑级配曲线作为 RCC 骨料。
图 3 料场勘探曲线
图 4 料场级配曲线与 3 次方曲线比较
5.2 胶凝材料 采用 42.5Mpa 水泥作为 RCC 的主凝材料。粉煤灰从 Yatagan 褐煤电厂获得，在拌和物中属火
山灰材料。在选择拌和物配比之前，曾做了 100 多个配方，并用不同用量的胶凝材料和不同的水灰 比做了试验。选择的几种不同用量的拌和物绘于图 5。最终选择了 RCC 拌和物中水泥用量为 60kg/m3、 粉煤灰用量为 30kg/m3 和水 125kg//m3 的配比方案。 它能满足设计标准中的多个参数要求。
图 5 试验抗压强度图
皮达格坝选用了一种简单的施工方法。在 RCC 拌和物中采用了河床沖积物作骨料，它无需破 碎和冷却。在设汁阶段，排除了在坝体中使用大强度的混凝土结构物，从而避免了妨碍 RCC 浇筑 的情况发生。所有这些措施都促成了大坝的快速施工。 本文译自 N.Demirors & O.Polat(Tyrkey)： Change of design simplifies construction of Beydag dam， 《Hydropower &Dams》 ，Issue Two，2009. (2010 年 8 月 7 日译)
译后语： 1、 《Hydropower &Dams》 ，Issue Two，2007。Page 98， “Focus on Turkey”中称 Beydag dam 为“RCC Hardfill type Dam” ，故本文标题采用了“硬填方型 RCC 坝”的称谓。 2、Beydag dam 的型式是否对涔天河扩建的枢纽布置有借鉴意义，译者认为可以研究。
欧德米尔：摩洛哥不分缝和不设面板的大型 RCC 坝
A.F.Chraibi，Ingema，Morocco 著文 艾克明 摘译 提要：现已蓄水的欧德米尔(Oued Rmel)RCC 坝，釆用了多项首次应用于摩洛哥的设计和施工技 术。本文对工程的主要特点、它的满意运作和采用方法的技术经济先进性做了简述。欧德米尔是摩 洛哥的第 15 个大型 RCC 坝。 关键词：RCC 坝 、不分缝 、不设面板 。
欧德米尔坝修建在离直布罗多海峡边界数公里的地方，它位于摩洛哥的最北边，离 Tangierr 市约 40km。其主要用途是给 Tangier Med 港口城市和下游地区供水和防洪。坝址区的平均年降雨 量、气温和径流量分别为 900mm、17.2℃和 12310 m 。100 年和 10000 年一遇洪峰流量分别为 4700 和 800m /s。年泥纱沉积量约为 100000m /年。 大坝于 2004 年设计，20066 年开始施工，2009 年 5 月刚完建就蓄水。欧德米尔坝是摩洛哥投入运营的第 15 座大型 RCC 坝。
2. 大坝的主要特征
坝址区为 V 形河谷，两岸坡相对对称，坡比为 1:1.2~1:1.4。坝基为厚层砂岩，横向河谷，有 薄层泥灰质夹层，倾向下游，倾角约 50 度。倾向下游的主要夹层和连续性良好的砂岩，在坝趾处 96%以上有覆蓋物保护，因而选定了重力坝。因为泥灰质夹层对坝体的稳定没有影响，即令它们的 连续性较好。它们实际上在坝基上起隔水层作用。
进行过的地质勘探工作包括压水和灌浆试验用的 钻孔、 平硐、 平板加載试验和物探等。 大坝的建基面放在地震折射速度为 3000m/s、 地表以下 10~15m 的地方。大坝的布置和上游高程见图 1。大坝的标准断面见图 2，其主要特征值见表 1。 表1 基础以上最大坝高(m) 坝顶 长/ 宽(m) 3 RCC 坝体积(103m ) 3 库容(106m ) 3 溢洪道最大泄流量(m ) 3 底孔最大泄流量(m /s) 大坝特征值表 78.50 250/7.0 250/230 25 510 33
大坝上游为鉛直面，下游面的坡比为 1:0.75。坝踵底部廊道设在离上游面仅 2m 的地方。坝体 排水和观测水平廊道在 46m 高程处离上游面仅 1m。上游坝面与廊道间的空间用常规钢筋混凝土振 捣回填(CVC)。对于此种中等坝高，廊道及相关的灌浆和排水孔应尽可能的离上游面远一点。坝体 排水孔离上游面也仅有 3m。由于基础上的砂岩层倾向下游，坡度陡，为此增设了一个下游排水廊
道，以便通过向上游倾斜的排水孔匯集渗水，由廊道排走。此外，两岸坡也设了排水廊道。
图 1 (a)总体布置，(b)大坝上游面高程
图 2 大坝标准断面图
坝上设有无闸溢流堰，长 50m，堰下接光滑泄槽。在槽长 40m 处设有挑坎，其高程为 40m。溢 洪道布置在坝的右侧，这样，水舌的冲击区可直接落在河床的中央。左岸明渠与上下游围堰相接， 用作为施工导流。明渠在坝趾处，其顶部是封闭的。
坝体为 RCC 坝，其主要特点如下：
3.1 尽可能的减少上、下游面的常规混凝土(CVC))厚度。 其最小厚度为 200mm，相应于模板间使用夯实机械的最小距离。同时也考虑了采用灌注富胶凝 材料， GE RCC 的办法。 即 但承包商更多的是采用了 CVC。 值得指出的是即令采用低胶凝材料， RCCC GE 仍然能获得满意的衬砌效果，其要令是要在摊铺的 RCC 上分二层即 150mm 一层进行灌注。 3.2 设计中采用了斜层浇筑法。 其结果是下游最末一级台阶与起始浇筑点之间的高差达 3m。为此承包商应用水平 浇筑法先勉 强地浇筑到这个高度，然后再进行斜层浇筑。承包商在取得经验后，改变了原来的一些想法。图 3 上绘有斜层 浇筑法详图。径过现场试验和坝体取样表明，无论从最终质量或工程进度来说，斜层 浇筑法是很有益处的。该法的优越性由 B.A. Forbes 先生阐述[2002]]并获认可。
图 3 斜层碾压法详图 3.3 系统地用砂浆对层面进行了处理。 其处理宽度是随水头增大而变化的(見图 2)。宽度的增长率约为水头的 20%。坝顶处的宽度最 小为 3m。为了保证采用斜层法产生的斜接缝处的质量，曾考虑取消接缝处的砂漿或者减小它的宽 度。然而，由于是首次采用此种浇筑法，因此確定还是保持水平浇筑法时采用的层
面处理办法。 3.4 完全取消了通常的横缝。 坝体裂缝的扩展由设 置 在上游坝面的钢筋混凝土板 控制。采用覆盖面长度为 100m。 至高程 19.5m 处横向钢 筋的直径为 16mm。 此高程以上 为 20mm。钢筋间距为 200mm。 竖向钢筋的表述与此类似， 相 应为 12mm 和 14mm，見图 4。 这一举措为控制裂缝开展和 坝体防渗提供了条件。 当库水 位仅低于正常蓄水位 3m 时， 坝体排水和廊道内都是干的。 图 4 上游坝面详图
去掉橫缝和坝的上游面采用钢筋混凝土衬护的有效性是基于如下一些理由： (1)、上游面钢筋混凝土的浇筑不影晌施工进度，不像分横缝一样要在铺筑上一层 RCC 之前要进行 切缝，而切缝一般都是很长的。 (2)、坝的上游面上不设止水。由于接近止水处有比较宽一段 CVC，给 RCC 的压实帶来了困难，同
时止水之后还设有排水井。沿横缝的整个长度大约有 1%%的一段即有几米长需要修理。 (3)、钢筋混 凝土的造价与锯缝、设止水等在同一水平上。 (4)、大坝修建一个整体结构，从抗击地震荷载来讲更优，因为钢筋混凝土板墙同样能帮助坝的上 游面，无论坝体的上部或下部， 使水平裂缝都以分散。实际上，1mm 左右宽的裂缝仅在坝下游面 是张开的，但它们都是干的。而在上游面上它们是紧紧闭合的。这样的设计曾首次在阿联酋的 Showkahh 坝成功采用[见 Chraibi、Alami & Arjouan、2002]。 雖然该坝的 RCC 摊铺是在热天完成 的，周围的气温超过 40℃。
在摩咯哥仅只有 OPC 水泥可以利用。 因为电厂生产的粉煤灰不足以满足国际需求， 从而不允许
用来做胶凝材料。因此摩洛哥和其他非洲国一样，在 RCC 中仅采用 OPCC 水泥。水泥用量为 60~120kg/m ，视坝型和坝高而定。当其掺量未能达到配制优质拌和物的要求，则其优质拌和物有 赖于或者添加填充物， 如单一的骨料级配， 或者添加砂料， 如果它在优质拌合物中的含量足够的话。 欧德米尔坝的骨料靠砸制优质的石灰石。骨料采用三级配：砂(0/5)，去掉 0.08mm 者，含量占 17%， 5/16mm 和 16/63mm。 粗骨料的洛杉矶系数接近 20%。经室内试验，选取了二种配合比并进行了全 面的测示，见表 2。 表2 拌和物 采用的二种配合比和现场 RCC 的特性 3 配合比(kg/m ) 0/5 5~16 16/63 水泥 水(升) 外加剂% 1# 860 523 997 100 112 0.8 2# 857 523
0.8 外加剂的用量是取水泥重量的百分 重度 3 KN/m 25.7 25.7 无侧限抗压强度， 7d 28d 90d MPa 13.1 18.5 20.5 11 16.3 20.2
比。拌和物的最优含量(去掉 0.08mm)，包 括水泥在内，压实前约 为 10%，压实后为 12~13%，从而使之具有很高的密实度、高 强度和良好的抗性能。拌和物 1﹟水泥用 量为 100kg/m ，用在坝的下
部。拌和物 2 ﹟(90kg/m )，用在坝的上部 20m。异常地 高强度源自于灰岩料的凝硬性反映。图 5 为无侧限抗压强度曲线。 当龄期为 90d~2.5 年变化时其强度的增长差不多为 20%。此
图 5 RCC 无侧限抗压强度与龄 期 关 系 曲 线 ( 水 泥 用 量 3 100kg/m )
外，90d 龄期无侧限抗压强度的变差系数约为 6%，证明拌和物的性能稳定，有良好的规律性。应用 于水平层面和斜坡层面处理的材料是由 20mm(Dmax))的混凝土组成， 其中 OPC 水泥用量为 350kg/m ， 水灰比为 0.55。塌落度为 200mm。摊鋪在 B0bcatt 上进行，厚度平均为 20mm。
RCC 坝的设计与施工视设计人员和业主的需要， 几乎已经标准化， 特别是在已经修建过许多 RCC 坝的国家更是如此。这样就很难提出新的思路，特別是在其他经验还不够丰富的国家。为此目的， 比基于留意过去已经成功的案例并简单地复制这些经典案例，应该付出更大的努力。基于欧德米尔 坝的具体情况，业主(摩洛哥行政主管部门)思想开放，认同了钢筋混凝土护面、不设横缝的设计方 案，同时采用了斜层浇筑法。 2008 年 11 月开始， 该坝已投入运行。 撰写本文时， 库水位已达 71m 高程， 低于正常蓄水位 5.5m。 除开基础排水外，几乎无渗漏，因此其运行表现令人满意。摩洛哥待设计修建的 RCC 坝，对于类似 的设计，同时采用 GE RCC，是很有兴趣的。
本文译自 A.F. Chraibi、 Ingema、 、Morocco、 Oued Rmel：a large RCC dam in Morocco with no joints or membrane、 《Hydropower & Dams》 ，Issue Six、2009. ( 2010 年 8 月 2 日译.)
美国陶姆绍克电站上库新硬填方坝设计简介
艾克明 编 译 ( 湖南省水利水电勘测设计研究总院 长沙 410007)
提要： 美国密苏里州， 赖斯特维纳附近的陶姆绍克(Taum Sauk))抽水蓄能电站上库的堆石堤坝于 1963 年修建，2005 年 12 月 14 日突然溃决，需要重建。按计划，将按美国 FERC 等规程规范要求铺设 2. 碾压混凝土，是美国最大的 RCC 工程。同时堤坝具有对称断面和相对较低強 RCC 的 特点，即类似于硬填方坝。现将设计中的主要情况和技术措施简介如下。 关键词：抽水蓄能 上庫 堆石坝 RCC 硬填方坝
1． 原有上库情况[1]
陶姆绍克抽水蓄能电站装二台水泵-水轮发电机组，总装机容量 450MW。上庫堤坝呈腰子形， 周长 2km。原堤坝为面板堆石坝。库底高程 458m 以上坝高 26m。坝顶宽 3.6m，坝顶高程 484m。 坝顶建有高 3m、厚 1.3m 的防浪墙，顶高程 487m。上库未设溢洪道，水库水源由下抽水和库面降 水组成。正常蓄水位为 486m，发电时消落水深一般为 9m，最低消落水位可降至 462m。
2． 事故情况
2005 年 12 月 14 日凌晨 4 时堤坝的西北部拐角
处突然溃决，决口堤段长 213m。库水沿西山坡 下泄，注入黑河的中福克河段。事故过后曾组织调研究，认为决口的主要原因是水量急速增加，堤 坝漫顶，决口段地质条件软弱，渗透水量加大，导致坝体失稳等。
3． 新上库的设计
3.1 水力学设计标准 上库位于陶姆绍克山顶上，库面降雨是水源一。按可能最大暴雨洪水(PMF))校验，在保持原有 发电功能不变的前提下，对上库的水力设计指标做了调整并增加了溢洪道(见表 1 和表 2。
表1 项目 正常蓄水位 坝顶高程 防浪墙顶高 程 堤底高程 设计高程 高程 m 486.6(原 486.0) 488(原 484.0) 489.1(原 487.0) 445.0~457.2(略低于原堤底 高程) 表2 堰顶高程 泄流量 宽度 消能设施 溢洪道设计指标 487.4m(较坝顶低 0.6m) 151.7m /s(相当二台机流量) 按 Chansom 控制坝面流速&9.1m/s) 坝面台阶、坝趾 USBR 消力池。
3.2 稳定设计标准 新坝轴线在原坝轴线基础上向上游移动 30m，如图 1 所示为桩号 55+00 处最大坝高断
面。岩面线向下游的坡度控制在等于或 小于 10 度，大于此坡度则要求开挖。按规程规范 要求，新坝体的稳定进行了以下计算分析：(1)、正常荷载(含冰压力) 和非正常荷载如水泵 超抽蓄水等静力学分析；(2)、按 Ch0paa 提出的准动力学方法进行地震力分析；(3)、有限元 模型和坝体应力分析。
高 程 原坝剖面线
图 1 典型断面图
距离(英尺)
RCC 坝按新坝要求设计，考虑的主要原则如下：(1)、正常运行、非正常运行和极端情 況运认为 RCC 坝体是“湿润的” ，即取湿容重。(2)、堤坝应满足震后有足的安全因数要求。 (3)、堤坝的建基面应设在微风化至新鲜岩石之上。(4)、抗滑稳定分析时不考虑粘结为作用。 (5)、排水廊道设在坝踵下游 9m 处。(6)、扬压力折减系数取 0.67。(7)、正常运行时冰压力 为 22.2KN。(8)、RCC//岩石层面摩擦角取 45 度，不考虑粘结力作用。(9)、基岩中的泥化夹 层的抗剪强度不计粘结力影响，摩擦角取 25 度。 3.3 地震设计标准 按美国 USGS 给出的上库区地震动加速度反映谱(2500 年一遇) 取最大值 SA=0.7g，其 相应的水 平峰值加速度 PGA=0.33g。经对上库区周围几个震源点的分析，重建上库区可能 遭受的地震烈度为 7.7(发生在 New Madridd 地震区，距上库 110km))至 5.8(发生在库周边 Backgound，距上库 20km)。
4．设计基础工作
4.1 建基面的抗剪强度和施工准备 由老坝址地表以下资料及新坝址补充钻探资料均表明， 坝基里存在不连续的软弱层， 有 些地段还是低塑粘土。 为此就不同深度地层中存在粘土软弱层进行稳定分析。 当粘土层与基 岩/坝接触面平行并向下游倾斜为 10 度时最为危險。 分析
认为， 具有 1： 对称断面的 RCC 0.6 坝沿建基面的坡度为等于或小于 10 度时， 可满足 FERC 规范的稳定要求， 即使坝基以下 6m 深遇到粘土层，且其层间摩擦角为 25 度。通常 RCC 坝要求 RCC/基岩以及岩体的抗剪强度 42
的摩擦角应为 47 度，当为对称断面时，其抗煎强度的摩擦角可放锾至 30~355 度。由此陶姆 绍克上库的新 RCC 坝诸多方面近似于硬填方坝。鉴于坝基上存在软弱层，施工前尚应在每 个坝段建基面以下补打 3 个钻孔，孔深 10m(如图 2 所示)，並进行孔内电视录相，弄清软 弱层的分布、 层厚、 倾向、 连续性以及岩层倾向下游的坡度等。 以便確定为了满足稳定要求， 是否将软弱粘土层挖除。
原坡度&10°
现坡度&10°
图 2 钻孔布置 4.2 RCC 配比设计 RCC 配比设计曾主要考虑以下因素：(1)、重复 利用已有的流纹岩堆石体砸制 RCC 骨 料；(2)、就近利用非商用粉煤灰；(3)、由于是对称断面，要求坝体材料的强度较低，因而 允许采用较少的胶凝材料。初期阶段曾利用现有石料做了 16 组不同配比的混合物试验。采 用胶凝材料的总量为 90.7kg/m3(水泥和粉煤灰)，每立方米 RCC 的骨料用量为 1.6t。产品一 年龄期的抗压強度为 10.3Mpa，重度为 2331kg/m3。以后各阶段的试验指标与前者相近。 4.3 地震力分析 坝体按 27m 段分块，用带止水的竖直横缝分开。分块进行了平面有限元的坝体应力计 算。结果表明，由于地震荷载产生的坝体最大应为 0.9Mpa((拉应力和压应力均有)。综合计 入坝体自重、水压力等以后，全为压应力，最大值为 1.3Mpa，低于碾压混凝土所能承载的 能力。
(1)、陶姆绍克上库新坝选用了对称断面 RCC 新坝型、提高了坝体挡水高度并增加了溢 洪道，从而提高了工程的安全可靠性。 43
(2)、原作者称新坝 为 RCC 坝，同时又称此坝在许多方面类似于硬填方坝。二者并无 不妥。因为正如许多学者专家所认为的：硬填方坝是 RCC 坝的一种新概念，或新型式。[2] (3)、通过陶姆绍克上库 新坝的设计可見：相对于传统的重力坝型，采用对称断面和低 胶凝材料修筑 RCC 坝，其坝体和坝基应力以及其稳定性大有改善。对于强地震区、坝基地 质比较软弱的地区以及缺少防渗材料的地区，大有推广应用的前景。
主要参考文献
[1] P.C.Rizzo and J.P.Osterle，Paul C.Rizzo Associates， Design of the new upper reservoir for Taum Sauk，USA 《Hydropower and Dams》Issue Four 2009. [2] P.Londe,M.Lino,The faced symmetrical hardfill dam:a new concept for RCC， 《Water Power & Dam Construction》,February 1992,pp.19-24
澳大利亚 Crotty 面板堆石坝溢洪道
Steven S．Y．Li，William F．Tindall 艾克明 摘译 1． 任务要求
溢洪道为开敞式宽顶
堰，掺气泄槽宽 12.2m 见(图 3)。泄槽的边墙高 3m，当设计洪水流 量为 435m3/s 时，要求下泄的流量为 245m3/s。最大泄流量时边墙估算的最小超高为 0.4m， 其中包括了由于掺气引起的水体膨账作用和沿边墙壁高的驻波。膨胀量是基于 Foz do Areia 坝溢洪道的原型观测（Pinto 等 1982）和 Guri 坝溢洪道(Zagustin 等 1983)水力学模型试验估 算的。泄槽末端的挑流鼻坎将水舌抛离坝趾和坝下游河谷的岸墙。
图 3 Crotty 坝平面布置图
2．设计理念
溢洪道的泄槽由 5 段组成，每段长 24m。它们相互间在掺气坎处用接缝连接起来（见图 4） 。每个区段的顶部是一个长 10m 的水平砼块，它们被埋入堆石坝体内并与泄槽底板连成 整体。这个水平板起锚固作用，由此将泄槽的各区段“悬挂起来” 。泄槽还将通过 12.2m3 5.0m 加筋网垫“锚入”堆石体内，加筋网垫的中心距为 2m。这些加筋网垫的作用是对泄槽 提供一些制约，特别是当过水时可能产生某些振动，这样可给泄槽增加一个附加质量。加筋 网垫的设置可供泄槽下的堆石体得到额外加强。
3． 结构特性
溢洪道泄槽下面用水平加筋网加强了， 并且其表面也用振动碾压实了， 可假定这部分堆 石体与溢洪道以外的堆石体一样的变形 （由往后的报告里可以看到， 这样的假定是合理的） 。
图 4 溢洪道剖面图 为提供 Crotty 坝下游面预期变位值作参考，曾对水电委员会其他大坝的下游面位移进 行了观测。 泄槽末端，挑流鼻坎的基础座落在岩石上。大多数泄槽的下游断面“搁在”鼻坎上，但 另一方面泄槽底板可在堆石体间自由移动。 每区段的泄槽上部为水平锚固板限制并随堆石坝 移动。 泄槽下部则部分地为砼加筋网垫所限制并相对于堆石坝体移动。 泄槽底板二个不同部 分的差动有可能供泄槽底板产生某种应力。 从水电委员会其他大坝的经验， 上游面板上测取 的压应力比计算值总是要小（Fitzpatric 等 1982，Knoop 等,1985） 。Crotty 坝溢洪道的泄 槽板比上游面所受的约束要小， 因在上游面板上作用有垂直于坝体面水的正压力荷载。 然而， 关系不大，面板上所产生的高应力是一种约束力。 对于泄槽的每个区段，基底端可自由转动，并沿下伏泄槽顶端滑动，为了简化施工，每 条分节缝的设计允许有同等的变位量， 亦如碾压堆石坝体一样， 其坝体上部的位移要比下部 坝体的位移要大。
4． 专门的设计特征
提供水流下部空气的 4 个掺气坎可以减蚀，它们同样要设置在泄槽底板分缝的适当位 置。 掺气坎的设计仿效 Reece 坝溢洪道掺气坎的成功经验。 每个掺气坎的尾部有一个竖直小 挑坎。空气由设在边墙里的进气孔进入掺气
槽（见图 4） 。空气的进口是边墙的组成部分， 它紧接掺气槽的下游缝，边墙不受力。在掺气槽处，伸缩缝宽达 37mm（或带有移动填充物 的缝宽 70mm） ，设置在上、下游边墙接缝处。上游边墙相对于进气孔可自由移动。每个掺气 坎处，上、下游砼底板的高差为 40mm,挑坎的挑角为 0.014 弧度。 泄槽与溢流堰之间的接缝以及泄槽与挑坎的接缝均为伸缩缝，整个宽为 37mm。挑坎要 在坝体堆石填筑之前修建。待坝体填筑到全部高度以后，进行泄槽的滑模施工，并在每个掺 46
气坎处仃顿一下。掺气坎、挑流鼻坎、边墙和进气孔进口现场浇筑。 泄槽两边的边墙门处，需喷砼宽 3m 的排水带，以防止泄槽泄洪时水花落入堆石坝体。
艾克明摘译自《Proceedings of International Symposium on High Earth-Rockfill Dams 》 October 26-29,1993,Beijing,China.PP263-271. 《 Design of Crotty Dam and Spillway》.
菲律宾 Can-Asujan 硬填方坝的设计与施工
P．J．Mason & R.A.N.Hughes(UK), J.D.Molyneux,(USA) 艾克明 摘译 提要：面板对称断面硬填方坝是一种具有独特活力和经济有效的坝型，特别对于地质条件不足以修 建重力坝，同时泄洪又存在潜在危险，需要坝顶溢流的地方，更为有利。由于现今一些理想的坝址 不很多，因此采用此种坝型可行性越来越大。菲律宾的 Can-Asujan（坎-阿苏赞坝）采用这种坝型 就涉及到它设计施工中的许多问题要进行探索。本文对其可能有裨益于其他工程的成果进行了讨 论。 关键词：Can-Asujan Dam，面板对称断面硬填方坝（FSHD）
1．Can-Asujan 坝
该坝位于菲律宾的 Cebu 岛。坝址在该省首府有 Cebu 城经南 40km。大坝蓄集 Can-Asujan 河来 水供给 950ha 菜地和农田灌溉用水。用水量为每年 2.45310 m 。该工程属于菲律宾国家灌溉管理 局管辖。 大坝原设计为带侧槽溢洪道的土石坝，但经进一步研究，表明改为面板对称断面硬填方坝最为 经济和有效。坝址附近的地层包括泥岩，粉砂岩和石灰岩，河床上覆盖有很厚的冲积物。坝的建基 面最低点以上坝高 44m。 建基面设在未风化的粉 砂岩/石灰岩上。 坝顶长 145m， 52.4m 的台阶 宽 溢洪道布置在坝的下游面上。大坝的横断面呈 梯形，顶宽 3m，上、下游边坡 1:0.6（见图 1） 。 2001 年大坝概念性设计由本文第一作者的团队 完成，2002 年准备招标文件。承包合同授予了 中国电力技术进出口公司（CETIC） 。2004 年 3 月完成导流洞施工。2004 年 5 月完成深 20m 的 河床冲积物开挖。硬填方于 2004 年 6 月至 2005 年 4 月填筑， 平均月进度为 5100m ， 最高月进度为
大坝剖面图
11074m 。施工监理委托本文其他几位作者承担。施工费用约为 500 万美元，由亚洲开
发银行贷款。
Can-Asujan 河的水文于 1985 年至 2001 年先后由不同作者提出过 6 个报告，最终采用的数据 如下： 2导流洞设计标准，5 年一遇，流量为 153m /s； 2溢洪道的设计洪水，200 年一遇，泄流量为 565m /s； 2溢洪道校核洪水，2000 年一遇，泄流量为 1095m /s； 48
2保坝洪水，5000 年一遇，泄流量 1640m /s。
3.地质与基础准备
坝址处的冲积物覆盖在石灰质粉砂岩和上游侧的少量石灰岩上。河床中央的冲积物深约 10～ 20m。包含有粉砂岩、砂，鹅卵石和其他巨砾石。如前已述，主要承重岩体为粉砂岩，同时也夹有 石灰岩、泥灰岩、泥岩和泥灰质灰岩等。 岩体软弱，但密实成层并且实质上无裂隙。按 Bieniawski 对基岩的分类，属于“比较好”的 岩体，采用的参数如下： 密度 1.9～2.2t/m ； 内摩擦角：32°； 粘结力，150KPa； 承载压力 2MPa
和 2000 年曾做了勘探，从 14 个钻孔中取岩芯 380m。2001 年进行了补充勘探，从 8 个钻孔中取岩芯 625m。 2001 年压水试验获得岩体的渗透率指标为 0～20Lugeons， 平均约为 3.2Lu。
FSHD 坝主要设计和施工概念源自于混凝土重力坝和 RCC 坝的实践，就是说，硬填方坝体的铺 筑与压实都近似于水平层。对于 Can-Asujan 坝，承包商将下游台阶坝面选择了现浇混凝土。而在 其他地方，下游面一般是采用预制件。上游临时浇筑面也用同样的预制件。最终上游防水面采用了 滑模施工，类似于混凝土面板堆石坝（CFRD） 。同样，根据 CFRD 的经验，永久的上游面坐落在周边 趾板上。为了延长渗径趾板向硬填方体下延 10m。下游面和趾板，也如 CFRD 坝一样，采用反滤料 进行回填。 溢流堰顶采用现浇钢筋混凝土， 并将其伸入上游面板和下游台阶面， 有效地将其嵌入硬填方体 内。非溢流段的下游坝面稍有改变，即为了交通坝顶宽向下游延伸 5.8m。 下游台阶坝面，按现在 RCC 坝的台阶溢洪道水力学要求设计。河床以上，对它们同样回填垫层 料，计算表明，为了防止由于泄洪引起的冲刷，垫层长度要留有适当余富。不过，在下游坝趾处的 基础上还要锚固一个短的趾板以作为附加的安全措施，以防止发生过多的冲刷。
5．硬填方材料的生产，摊铺和试验
为满足工程的耐久性和工程强度达 2MPa 以及设计密度为 2.1t/m ， 其最小水泥含量为 100kg/m 。 最大岩块粒径限定为每层碾压厚度的 50%，同时通过筛孔 10mm 的粒径含量不宜超过 25%。 硬填方的摊铺试验包括连锁的预制混凝土面板系统的安装， 均在导流明渠的引渠上进行。 成层 的填方材料铺设在现场，然后摊铺按要求配置的水泥含量，每层材料并用中耕机对其拌和。 49
材料试验进行顺利， 但中耕机无法对每层材料最下层的部分进行拌和， 使得最底层部分材料仍 像摊铺时一样，原地不动。这就可能产生层间弱面，不能应用，从而异地拌和。材料和水泥仍像原 先一样摊铺，但拌和时使用了装载机。一旦拌合好后，材料就用运输机械运至现场摊铺和碾压。结 果良好，满足要求。28d 的硬填方体平均强度达 2.7MPa。平均密度达 1.85t/m ，低于预期值。然而， 计算复核证实，其稳定仍能满足要求。给出的强度也表明材料是可用的。
稳定的评估对于设计来说是一个特别有越的课题。通常公认（现场）实验是最适合的。混凝土 重力坝典型设计把坝体分块， 滑动由建基面的摩擦力和粘结力来抗衡。 摩阻力的概念通常易于了解， 然而对于粘结力存在许多未知点，因为它是在滑动面上剪切，带某种张拉强度而产生的力。 实际上，二者是不同的。如果将摩阻力和粘结力在稳定分析时，同时考虑进去，土石结构的土 力学实践表明，通常的安全系数正常情况下要求为 1.5，非常情况下，要求 1.3；极限荷载下要求 1.1。对岩基上的混凝土坝，通常规范要求只考虑摩阻力一个数值。当摩阻力和粘结力同时考虑时， 要求的安全系数多数相应取为 3.0,2.0 和 1.1。 最终采用的解决方法， 借用了部分欧洲和南美国家的实践经验， 就是在抗滑稳定中分别取摩阻 系数和粘结力。采用的方法和公式如下：
V tan? CA ? （ 2） （ HSF HSF 3）
式中：V=垂直向净荷载；H=水平向净荷载；φ =摩擦角；C=外观上的粘结力； A=有效接触面积； SF
=净安全系数；
=摩阻部分的安全系数；
=粘结力部分的安全系数。
对于 Can-Asujan 坝，对于摩阻安全系数，SF 1.5，1.3 和 1.1。对于粘结力部分安全系数 SF 系数代入公式后，要求的安全系数 SF
相应于正常情况，校核情况和极限情况分别为
,相应分别取 4，3 和 2。应该指出，将这些安全
应等于 1 或大于 1。
硬填方体的参数：估定为摩擦角 35°，外观粘结力 150KPa 。由于基础参数影响较小，故其参 数适用于所有稳定计算。计算表明采用的抗滑稳定对于所有假定荷载情况，均满足要求，同时基础 处于受压状态，即令在地震荷载下，也是如此。此外，获得的最大基础应力仅 0.5MPa。
7．基础处理
早已注意到 Can-Asujan 坝的基础，紧密成层，实质上无裂隙，同时具有较低的 Lu 值，大致为 3.2。实际上蓄水经济可行性研究时就曾探讨其 Lu 值为 10 时，就发现还是可以接受的，由此，对 于这样的岩体，水泥灌浆似无可能，因而放弃了灌浆处理。对于这样低
渗透基础，其注意力就放在 排水和减压上，它们比灌浆更为重要。硬填方体较之基础的防渗性能要好，如有必要，宜设置减压 措施。 因此在基础的润滑区采用了一些指状排水， 当水库蓄水这些地方产生渗漏时就可以局部减压。 50
结果。水库成功蓄水以后还未收到有关水库渗漏损失的报告。
中央坝段的下游面，最新设计采用连锁的预制件，然而承包商改用了现浇混凝土。它们依次修 建在硬填方体上，为了消能其台阶尺寸为 5403900mm。其余的下游面和上游面均用现场预制的连 锁构件。它们的形状在坝的上、下游面按设计要求，坡比均为 1:0.6。构件上设有起吊孔，以方便 安装。 坝的上游最终防渗面依据 CFRD 坝的经验衬护，但也有若干重要的不同之处。CFRD 坝的上游面 钢筋混凝土面板实质上躺在和支撑在下卧堆石体上。当外荷作用在堆石体上时，它们将发生位移和 变形。为此，其周边趾板通过周边缝设置止水，但其联结处是止水构件而非支撑构件。对于 FSHD 坝而言，上游坡很陡，要求将上游面完全锚固，和支撑在下卧的硬填方体上，而使外荷载不至于作 用在趾板上。为达到此目的，就需通过预制件上的起吊孔栓一根锚杆，另一端埋入硬填方体内。实 际上，往后，面板的支撑力将通过上游面后的回填料传送到河床岩体上。 Can-Asujan 坝的上游面板采用水平向钢筋直径 25mm，间距 150mm，而竖向筋则用φ 25mm，间 距 250mm 的混凝土板。面板的上、下断面成型采用水平施工分两期进行，以便承包商能对早期开挖 处进行回填，达到原有地面高程，同时减少洪水过后施工停工期。周边缝采用二道止水与上游趾板 联结。Can-Asujan 坝上游面板下未设排水。Can-Asuja 坝的上游面板厚 400mm。
面板对称断面硬填方坝特别适用于软弱基础，同时洪水威胁大，需要坝顶过水的地方。它们综 合了混凝土坝和堆石坝的优越性。此外，它们还综合了施工简单，结构完整性好等诸多优点。 Can-Asujan 坝的施工充分地展示了它们的许多优越性，而承包商当时在这方面经验也不足的情况 下，仍建成了质量良好，工期提前一年的工程。 借助其他多种坝型的施工经验，对设计中的许多不同课题进行了优化的机会。 将来有人对修建此类坝型有兴越的话，结论中论及的优点还可得到传承。由于良好坝基日渐减 少，作者们认为在作坝型选择时，FSHD 坝型的优势将日益突出。 本文译自 P.J.Mason & R.A.N.Hughes(UK),J.D. Molyneux,(USA). “The design and Construction of a faced symmetrical hardfill dam”《Hydro Power & ， Dams》 ，Issue Three,
年 8 月 19 日译（初稿）
已建和在建硬填方坝（FSHD）
和硬填方型 RCC 坝一览表
坝名 Rwedat Marathia(H-F) Miyatoko Satsunaigawa Ano Mera(H-F) Platanorryssi de Moncion NagashimaSed′t Dam(H-F) Steno(H-F) Cinder(H-F) Can-Asujan (H-F) EL Guapo Baydag Koudiat Acrdoune Lithaios Valsamiotis Koris Yefiri Oyuk Taum Sauk 上库 St.Martin De Londress 街面 围堰 洪口围堰 白沙电站 国别或地区 摩洛哥 希腊 日本 日本 希腊 希腊 多米尼加 日本 希腊 土耳其 菲律宾 委内瑞纳 土耳其 阿尔及利亚 希腊 希腊 希腊 土耳其 美国 法国 中国福建 中国福建 中国福建 用途 1W 1W FW FW1H 1W HJ 综合 围堰 1 1H 1 WF1 1 W1 1 1 1W 1 H1 施 开始 工程 RCC 05/87 08/87 11/91 12/92 06/89 06/90 02/87 04/91 04/93 03/95 01/89 10/95 07/95 02/96 03/97 04/99 02/00 07/01 04/94 07/02 10/03 08/05 04/94 11/02 -104 04/06 07/06 05/06 工 完建 RCC 10/88 04/93 12/93 10/95 -/95 03/97 03/98 12/99 10/02 05/05 -/65 12/06 04/08 06/08 03/09 06/09 12/09 工程 12/88 06/93 01/97 03/99 -/95 06/99 06/98 08/00 06/03 -/05 -/65 08/07 11/08 09/08 12/09 12/09 06/10 尺 坝高 (m) 24 28 48 114 32 95 24 33 32 107 42 50 96 121 32 56 42 100 30 26 16.5 35.5 73.4 寸 坝长 (m) 125 265 256 300 170 305 252 127 170 280 135 138 800 500 526 310 221 212 200 混凝土 RCC 总量 3 3 3 3 m 310 m 310 25 27 31 48 172 280 536 760 49 64 420 440 130 155 221 316 69 70
320 0 640 170
0 820 190 上游坡 0.4 0.5 0.6 0.4 0.5 0.75 0.70 1.2 0.7 0.7 0.6 0.6 0.35 0.65 0.8 0.8 0.8 0.7 0.6 0.4 0.65 0.65 下游 坡 0.4 0.5 0.8 0.8 0.5 0.75 0.67 1.2 0.7 0.7 0.6 0.8 0.8 0.65 0.8 0.8 0.8 0.7 0.6 0.4 0.65 0.65 水泥 3 (kg/m ) 100 56 96 42 56 50 80±8 40 56 50 100 75 60 77 50 60 50 50 建筑材料 火山灰或粉煤灰 3 (kg/m ) 15 15 24 78 15 225 0 50 5 20 0 0 30 87 10 0 10 100 合计：90.7 40 35 40 40 35 60
06/03 07/08 10/05 05/07 11/05 03/07 2003 初设 2006 重建 1992 兴建 2004 施工 2006 施工 2007 初设
说明:1.本表主要引自《Hydropower & Dams》,2009,World atlas & Industry Guide, “RCC Dams,2009”. 2.工程用途中:F-防洪;H-发电;I-灌溉;N-航运;W-供水. 3.H-F 表示硬填方坝,由于《Hydropower & Dams》把硬填方坝归类为 RCC 坝, 所以有的硬填方坝未特意标明.而许多 RCC 坝上游放坡很大, 成了“硬 填方型 RCC 坝”, 所以本表头采用了“硬填方型 RCC 坝”这个称呼。 4.本表由艾克明编制，2010 年 8 月 25 日。
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