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浆砌石坝设计规范

中华人民共和国行业标准

SL25-91

浆砌石坝设计规范

1991-07-29发布

1991-10-01实施中华人民共和国水利部　发布

主编部门：

贵州省水利电力厅

批准部门：

中华人民共和国水利部

实行日期：

1991年10月1日

中华人民共和国水利部

关于发布《浆砌石坝设计规范》SL25-91的通知

水建［1991］6号

各有关单位：

根据原水利电力部标准制修订计划,由贵州省水利水电厅主编的《浆砌石坝设计规范》,经审定批准为水利水电行业标准.标准的名称与代号为《浆砌石坝设计规范》SL25-91,从1991年10月1日起实施.执行中如有问题和意见,请函告部建设开发司并由该司负责解释.

该标准由水利电力出版社出版发行.1991年7月29日

目　　次

第一章　总则

第二章　筑坝材料及浆砌石体的设计指标

第三章　荷载及其组合

第四章　浆砌石重力坝

第五章　浆砌石拱坝

第六章　坝体防渗

第七章　坝基处理

第八章　坝体构造

第九章　观测设计

附录一　浆砌石体主要力学指标

附录二　荷载计算公式

附录三　用材料力学方法计算浆砌石重力坝坝体应力

附录四　用材料力学方法计算重力墩,推力墩的应力

附录五　石料主要物理力学指标及胶结材料配合比

附录六　浆砌石体变形（弹性）模量,抗压强度的试验方法

附加说明

第一章　总　则

　　第1.0.1条　本规范适用于大,中型工程中的2,3级浆砌石坝或坝高超过50m的4,5级浆砌石坝的设计.其他浆砌石坝设计可参照使用；对于1级浆砌石坝及坝高超过100m的浆砌石坝,设计时应进行专门研究,制订补充规定.

　　第1.0.2条　浆砌石坝设计,应符合现行《水利水电工程等级划分（山区,丘陵区部分）》,《水利水电工程地质勘察规范》,《水工建筑物抗震设计规范》以及其他有关规范,规程,规定的要求.

　　第1.0.3条　设计浆砌石坝应重视和研究下列问题：

一,建坝地区的各项基本资料.包括河流规划,综合利用要求以及水文,气象,地形,地质,地震,建筑材料,施工和运用条件等.

二,合理选择和确定坝型,布置及荷载组合,简化坝体结构.

三,地基处理和坝体防渗.

四,泄洪消能防冲.

五,施工导流和渡汛.

六,建筑材料,施工方式及施工技术的采用,应因地制宜.

七,降低工程造价和缩短建设周期的措施.

此外,还应研究与同类型混凝土坝设计中的异同,重视浆砌石坝的材料试验,结构试验和分析研究,逐步探求和应用反映浆砌石坝结构特点的设计和计算方法.

第二章　筑坝材料及浆砌石体的设计指标

第一节　筑坝材料

　　第2.1.1条　石料.

一,砌体所用石料必须质地坚硬,新鲜,完整.砌体石料按其形状可分为毛石,块石,粗料石三种.

毛石：

无一定规则形状,块重应大于25kg,中部厚不小于15cm.

块石：

上下两面大致平整,无尖角,块厚宜大于20cm.

粗料石：

棱角分明,六面大致平整,同一面最大高差宜为石料长度的1%~3%.石料长度宜大于50cm,块高宜大于25cm,长厚比不宜大于3.

二,石料的标号分为1000,800,600,500,400,300等六级.其标号根据H5×10cm或5cm×5cm×10cm的岩石试件的饱和极限抗压强度确定,当此值在分级的两个标号之间时,应按较低标号取值.

三,石料使用前,必须鉴定其标号,同时宜进行有关物理力学指标的测定.中小型工程无试验条件时,可参照附表5.1选用.

　　第2.1.2条　胶结材料.

一,浆砌石坝的胶结材料应采用水泥砂浆或混凝土.

二,胶结材料标号：

1.水泥砂浆标号根据7.07cm×7.07cm×7.07cm的立方体试件28天龄期的极限抗压强度确定.浆砌石体常用的水泥砂浆标号有50,75,100,125四种.

2.混凝土标号根据15cm×15cm×15cm立方体试件28天龄期的极限抗压强度确定.浆砌石体常用混凝土标号有100,150两种.

3.根据工程具体情况并经论证,上述胶结材料标号也可用试件90天龄期的极限抗压强度确定.

三,胶结材料的配合比,必须满足砌体设计标号的要求,并采用重量比.对于2,3级浆砌石坝,可参照附表5.2和附表5.3初选配合比,但应根据实际所用材料的试拌试验进行调整.

四,胶结材料采用掺合料或外加剂时应专门进行试验研究.

第二节　浆砌石体的设计指标

　　第2.2.1条　浆砌石体的设计容重,根据砌体类别可在下述范围内选用,但应按《浆砌石坝施工技术规定》（SD120-84）附录三（一,浆砌石体容重检查）的规定复核.

毛石砌体：

γ砌体＝2.1~2.3t/m3

块石砌体：

γ砌体＝2.2~2.4t/m3

粗料石砌体：

γ砌体＝2.3~2.5t/m3

　　第2.2.2条　浆砌石体的线胀系数可在（6~8）×10-6/℃范围内选用.

　　第2.2.3条　浆砌石体的变形性能：

一,浆砌石体的变形模量和弹性模量宜按附录六的方法进行试验测定,对无条件试验的工程,可参照附表1.1选用.

二,浆砌石体的泊桑比宜采用0.2~0.25.

　　第2.2.4条　浆砌石体的的极限抗压强度,对2级建筑物应按附录六的方法试验确定.对3级建筑物,当无条件试验时,可参照附表1.2选用.

　　第2.2.5条　浆砌石体的抗拉强度,2级建筑物应进行石料与材料接触面间的极限抗拉强度试验,取得砌体沿灰缝接触面通缝破坏时的极限抗拉强度σt,然后按附表1.3中所列砌体抗拉强度计算方法计取其他类别和破坏形式时的极限抗拉强度RT.3级建筑物浆砌石体的极限抗拉强度可参照附表1.3选用.

　　第2.2.6条　在初步设计阶段,浆砌石坝抗滑稳定计算所需的抗剪断,抗剪参数,及对沿垫层混凝土与基岩接触面的滑动情况；2级建筑物应作现场试验；3级建筑物可根据基岩特征,从附表1.4中查用.对于沿浆砌石体与垫层混凝土接触面滑动或沿浆砌石体本身滑动的情况,2级建筑物应在室内作浆砌石体的抗剪（断）强度试验；3级建筑物,当无条件进行砌体试验时,可查用附表1.5.

　　第2.2.7条　应重视浆砌石材料的力学,变形性能和热学性能的试验研究,以便为设计提供正确的依据.

第三章　荷载及其组合

第一节　荷载

　　第3.1.1条　作用在浆砌石坝上的荷载,按其作用的情况分为基本荷载和特殊荷载两类.

一,基本荷载：

1.坝体及坝体上永久设备的自重.

2.坝体上游面静水压力.选择正常蓄水位或设计洪水位进行计算,下游面静水压力取其相应的不利水位计算.

3.相应于正常蓄水位或设计洪水位时的扬压力（包括渗透压力和浮托力,下同）.

4.泥沙压力.

5.相应于正常蓄水位或设计洪水位时的浪压力.

6.按多年平均冰层厚度确定的冰压力.

7.相应于设计洪水位时的动水压力.

8.温度荷载.

9.其它出现机会较多的荷载.

二,特殊荷载：

1.校核洪水位的静水压力.

2.相应于校核洪水位时的扬压力.

3.相应于校核洪水位时的浪压力.

4.相应于校核洪水位时的动水压力.

5.地震荷载.

6.其它出现机会很少的荷载.

　　第3.1.2条　扬压力：

进行浆砌石重力坝稳定分析,应力分析以及浆砌石拱坝稳定分析时,必须计入扬压力的作用,并应按垂直作用于全部计算载面积考虑.扬压力的图形见附录二.分析浆砌石拱坝坝体应力时,宜考虑扬压力的作用,但薄拱坝一般可以不计.

　　第3.1.3条　泥沙压力：

根据坝址河流水文泥沙资料及淤积计算成果确定泥沙压力.泥沙压力的计算公式见附录二.坝前淤沙高的计算年限可采用50~100年,或经专门论证决定.

　　第3.1.4条　浪压力：

浪高和波长应根据吹程和风速结合水库所在位置的地形采用适宜的经验公式进行计算.对于山区峡谷水库可采用附录二中有关公式计算.在正常蓄水位及设计洪水位时,风速宜采用同期多年平均最大风速的1.5倍；在校核洪水位时宜采用相应洪水期多年平均最大风速.浪高,波长确定后,可采用附录二中的公式计算浪压力.

　　第3.1.5条　冰压力：

在严寒地区水库表面形成较厚的冰盖时,应考虑冰压力.

一,静冰压力：

当气温升高受热膨胀时,坝前冰盖层对坝面产生的压力.

二,动冰压力：

由于冰块流动撞击坝面,闸墩,胸墙以及其他建筑物上所产生的压力.冰压力计算方法见附录二.

　　第3.1.6条　动水压力：

当采用坝顶或坝面泄流时,应计算溢流坝段反弧面上的动水压力.对溢流面上的脉动压力和负压力可不考虑.动水压力计算见附录二.

　　第3.1.7条　温度荷载：

浆砌石拱坝的温度荷载应根据运行期间坝体内部温度变化考虑.计算方法见附录二.浆砌石重力坝可不考虑温度荷载.

　　第3.1.8条　地震荷载：

地震荷载包括地震惯性力和地震动水压力.地震荷载应按现行《水工建筑物抗震设计规范》进行计算.

第二节　荷载组合

　　第3.2.1条　应根据坝型合理确定浆砌石坝设计荷载及其组合.浆砌石坝设计荷载组合分为基本组合和特殊组合两类.基本组合由基本荷载组成；特殊组合由相应的基本荷载与一种或几种特殊荷载组成.

　　第3.2.2条　荷载组合按下述规定进行计算.

一,基本组合：

1.水库正常蓄水位与相应的不利尾水位的静水压力,坝体自重,扬压力,泥沙压力,浪压力或冰压力（二者取其中大者）.在拱坝设计中还应计入设计正常温降的温度荷载.

2.对于以防洪为主的水库,其正常蓄水位很低者,可考虑设计洪水位及相应尾水位的静水压力,动水压力,坝体自重,扬压力,泥沙压力,浪压力.在拱坝设计中还应计入设计正常温升的温度荷载.

3.在拱坝设计中还应考虑水库死水位（或运行最低水位）及相应尾水位的水压力,泥沙压力,坝体自重,扬压力和此时出现的正常温降（或温升）的温度荷载的组合情况.

4.其它出现机会较多的不利荷载组合.

二,特殊组合：

1.校核洪水位及相应尾水位的静水压力,坝体自重,扬压力,泥沙压力,动水压力,浪压力.在拱坝设计中还应计入设计正常温升.

2.基本组合加地震荷载.

3.施工期的不利荷载组合.

4.基本组合加其它出现机会较少的荷载.

第四章　浆砌石重力坝

第一节　浆砌石重力坝的布置

　　第4.1.1条　重力坝的布置应根据坝址地形,地质,水文等自然条件,结合泄洪,发电,灌溉,航运等枢纽建筑物的综合利用要求,统筹考虑,还应重视冲淤,排沙及岸坡防护等问题.

　　第4.1.2条　坝体溢流段的前沿长度,孔数等,应根据泄洪,排漂浮物等要求,以及下游河床和两岸的抗冲能力,水深与消能要求等因素,综合比较确定.

　　第4.1.3条　坝体需要开设廊道和孔洞时,其位置,尺寸,数目应结合运用要求,施工条件以及坝体结构应力状态,合理确定.

　　第4.1.4条　溢流重力坝枢纽布置方案的最终选定,2级建筑物应经水工模型试验验证；3级建筑物在必要时也应进行水工模型试验.

第二节　坝体形状设计

　　第4.2.1条　实体重力坝上,下游面可分别采用一个或几个坡度,上游坝坡可采用1:

0~1:

0.2,下游坝坡可采用1:

0.6~1:

0.8.

　　第4.2.2条　溢流坝的水力设计应按照现行《混凝土重力坝设计规范》的有关规定执行.

　　第4.2.3条　空腹重力坝宜按以下要求拟定断面：

一,外廓尺寸宜采用满足稳定和应力要求的,较经济的实体重力坝断面.

二,空腹宜位于坝底中部,略偏下游；空腹底宽宜为坝底宽度的1/3左右,高度宜为坝高的1/4~1/3.

三,空腹剖面形状设计,宜采用应力状态较好的组合圆式或经论证的其它形状.空腹下游面的倒悬度不宜大于0.3:

1,空腹上游面宜倾向上游一定角度,使空腹断面轴线趋向于坝体合力作用线.

第三节　坝体抗滑稳定计算

　　第4.3.1条　坝体抗滑稳定计算,必须考虑下列三种情况：

一,沿垫层混凝土与基岩接触面滑动.

二,沿浆砌石体与垫层混凝土接触面滑动.

三,浆砌石体之间滑动.

　　第4.3.2条　坝体抗滑稳定计算应采用公式（4.3.2-1）或公式（4.3.2-2）.

上二式中　K1---抗剪断计算的抗滑稳定安全系数；

f1---滑动面上的抗剪断摩擦系数；

c1---滑动面上的抗剪断凝聚力,104Pa；

A---滑动面截面积,m2；

W---作用于计算截面以上坝体的全部荷载（包括扬压力）对滑动平面的法向分值,104N；

ΣP---作用于计算截面以上坝体的全部荷载对滑动平面的切向分值,104N；

K2---抗剪计算的抗滑稳定安全系数；

f2---滑动面上的抗剪摩擦系数.

　　第4.3.3条　采用第4.3.2条的公式计算时,坝体抗滑稳定安全系数应不小于表4.3.3中的规定值.

表4.3.3　抗滑稳定安全系数

安全系数

采用公式

荷载组合

2,3级坝

（4.3.2-1）

基本

3.00

特殊

2.50

2.30

（4.3.2-2）

基本

1.05

特殊

1.00

　　第4.3.4条　当坝基岩体内有软弱夹层时,应重视深层抗滑稳定问题研究,且必须核算坝体带动部分基岩沿该软弱结构面的抗滑稳定性.

　　第4.3.5条　对于岸坡坝段,应视地形,地质条件,核算坝体侧向和抗滑稳定,必要时应采取措施,以保证施工期和运用期的稳定.

　　第4.3.6条　空腹重力坝除计算整体抗滑稳定外,还应核算前腿的抗滑稳定性.

第四节　坝体应力计算

　　第4.4.1条　坝体应力计算方法：

一,实体重力坝以材料力学法为基本分析方法；当坝体设置混凝土防渗面板时,也可考虑坝体一个方向异性,按分层异弹模方法分析,计算方法参见附录三.

二,对于实体重力坝中的高坝,修建在复杂地基上的坝,以及不能作为平面问题处理的坝体或坝段,还应进行有限元法计算或结构模型试验研究.

三,空腹重力坝应采用有限元法计算.

　　第4.4.2条　坝体应力计算内容主要包括：

一,各计算截面上的应力（计算截面个数可根据坝高选定,坝基面,折坡处的截面应进行计算.对于中,低坝,也可只计算坝体边缘应力）.

二,坝体廊道,孔洞等削弱部位的局部应力.

三,空腹重力坝的腹拱周边,前后腿的应力.

设计时,应根据坝的具体情况和不同设计阶段,计算上述内容的部分或全部,或增加其它内容.必要时,尚应分析坝基内部的应力.

　　第4.4.3条　实体重力坝的应力应符合下列要求：

一,在各种荷载（地震荷载除外）组合下,坝体垂直正应力应满足下列要求：

1.计入扬压力和不计场压力两种情况时,坝基面垂直正应力均应小于砌体容许压应力.

2.计入扬压力情况时,坝基面最小垂直正应力应为压应力.

二,坝体主应力应满足下列要求：

1.坝体最大主压应力应小于砌体容许压应力.

2.不计扬压力时,坝体上游面最小主压应力σ≥0.25γH,此中γ为库水容重,H为计算点的静水头（m）.

3.坝体内不得出现主拉应力（溢流堰顶及反弧段,廊道和孔洞周边除外）.

4.当溢流堰顶部位出现拉应力或不计扬压力时,应力σ＜0.25γH,该部分可采用高标号胶结材料砌筑,也可采用混凝土或钢筋混凝土结构.

三,在地震情况下,坝基面的垂直正应力和坝体上游面的主应力的控制标准应符合现行《水工建筑物抗震设计规范》的规定.

　　第4.4.4条　实体重力坝坝体应力除按第4.4.3条控制外,还应核算坝体施工期应力,其下游坝基面的垂直正应力只允许有不大于10×104Pa的拉应力.

　　第4.4.5条　浆砌石空腹重力坝计算应力可用下列指标控制：

一,坝踵部位：

坝基面以上3%~5%坝高处,不出现主拉应力（高坝宜取3%,中,低坝宜取5%）.

二,坝趾部位：

主压应力不超过容许压应力值.

　　第4.4.6条　对于空腹重力坝,应通过调整坝体和空腹体形,改善空腹周边部位的应力状态,减小腹拱拉力区范围.腹拱拱圈部分宜采用钢筋混凝土结构.

　　第4.4.7条　浆砌石重力坝的浆砌石体抗压强度安全系数应符合以下要求：

一,在基本荷载组合时,应不小于3.5.

二,在特殊荷载组合时,应不小于3.0.

第五节　温度控制

　　第4.5.1条　坝基垫层混凝土温度控制应按现行《混凝土重力坝设计规范》有关规定执行.

　　第4.5.2条　坝体浆砌石砌筑时的温度控制,应按现行《浆砌石坝施工技术规定》的有关规定执行.

　　第4.5.3条　浆砌石坝体横缝的设置宜根据当地具体情况确定.

第五章　浆砌石拱坝

第一节　浆砌石拱坝的布置

　　第5.1.1条　浆砌石拱坝宜选河谷地形狭窄,坝肩地质条件好的坝址.其布置应根据坝址地形,地质,水文等自然条件以及枢纽的综合利用要求统筹考虑.

　　第5.1.2条　拱坝坝轴线位置的选择,应优先考虑拱座稳定,并经多方案比较确定.

　　第5.1.3条　浆砌石拱坝体形的选择,应根据坝址地形,地质条件,泄洪方式,施工条件等合理选定.

浆砌石拱坝顶部拱圈最大中心角以80°~110°为宜；在河谷较宽的坝址,宜选用非圆弧形拱圈.

浆砌石拱坝悬臂梁的倒悬度不宜大于0.3:

　　第5.1.4条　浆砌石拱坝泄洪布置和泄洪方式的选择,应根据工程的特点确定.当由坝体泄洪时,宜优先考虑表孔泄洪.应重视浆砌石拱坝的溢流消能和防冲问题.水力设计应按照《混凝土拱坝设计规范》（SD145-85）有关规定执行.2级建筑物的拱坝溢流布置,应经水工模型试验验证.

第二节　坝体应力分析

　　第5.2.1条　浆砌石拱坝结构分析时,可视结构为各向同性的均质体；当有混凝土防渗体时,也可考虑坝体的一个方向异性.

　　第5.2.2条　浆砌石拱坝应力分析,宜以拱梁分载法计算成果作为衡量强度安全的标准.对于2级或情况比较复杂的浆砌石拱坝,除用拱梁分载法计算外,必要时应用有限元法验算或作结构模型试验加以验证.

　　第5.2.3条　浆砌石拱坝应力分析的主要内容包括：

一,各计算截面上的应力分布.

二,坝体上,下游面在各计算点的主应力.

三,坝体削弱部位（廊道,孔洞等）的局部应力.在不同的设计阶段,应根据具体情况,计算上述内容的部分或全部.必要时还应分析坝基内部应力.

　　第5.2.4条　浆砌石拱坝应力分析中应考虑下述问题：

一,选择应力分布比较有利的体形.

二,坝内孔洞对坝体应力的影响.

三,封拱温度对坝体应力的影响.

四,不设横缝,整体上升的浆砌石拱坝坝体自重对应力的影响.

五,分期施工,蓄水对坝体应力的影响.

六,坝体设横缝时,坝体横缝灌浆前施工期各单独坝段的应力和抗倾覆稳定性.

　　第5.2.5条　用拱梁分载法计算时,坝体内的主压应力和主拉应力应符合以下要求：

一,浆砌石体容许压应力的安全系数,对于基本荷载组合,采用3.5；对于特殊荷载组合,采用3.0.当无试验资料时,可参考表5.2.5-1值选用.

二,浆砌石拱坝计算拉应力不应大于表5.2.5-2所列数值.

　　用拱冠梁法计算时,拱和梁的法向应力应满足本条所规定的应力指标.

　　第5.2.6条　2级浆砌石拱坝应力分析中所采用的砌体弹性模量,泊桑比,坝基变形模量和弹性模量,应通过试验确定.可行性研究阶段,当缺乏上述资料时,可参照类似条件下的经验数据采用.

表5.2.5-1　浆砌石体容许压应力（104Pa）

砌体种类

石料标号

基本荷载组合

特殊荷载组合

胶结材料标号

混凝土

水泥砂浆

混凝土

水泥砂浆

150

100

125

100

150

100

125

100

毛石

≥1000

510

400

340

290

240

600

470

400

330

280

800

470

360

310

260

210

550

420

370

300

250

600

410

310

270

230

190

480

370

320

270

220

500

370

290

240

210

170

430

330

280

250

200

400

330

240

210

190

160

380

280

250

220

180

300

290

210

190

160

130

330

250

220

180

150

块石

≥1000

860

670

570

470

400

1000

780

670

550

470

800

790

600

530

430

360

920

700

620

500

420

600

690

530

460

390

310

800

620

530

450

370

500

510

470

410

360

290

600

550

480

420

330

400

440

400

360

310

260

520

470

420

370

300

390

360

310

260

230

450

420

370

300

270

粗料

≥1000

940

790

700

610

530

1100

920

820

720

620

800

870

700

640

560

470

1020

820

750

650

550

600

760

610

570

500

430

880

720

670

580

500

510

460

390

600

530

450

400

440

400

340

520

470

400

300

390

340

300

450

400

350

表5.2.5-2　浆砌石拱坝控制计算拉应力（104Pa）

胶结材料标号

毛石砌体

粗料石,块石砌体

中央悬臂梁底

其他部位

中央悬臂梁底

其他部位

100

120

100

125

100

135

120

150

110

100

150

140

　　第5.2.7条　对于重要的浆砌石拱坝,宜再用拱坝极限分析法核算,进一步了解其安全度.当采用拱坝极限分析法核算时,坝体强度安全系数为极限荷载与设计荷载的比值,对于基本荷载组合,不应小于3.2；对于特殊荷载组合,不应小于2.9.

第三节　拱座稳定分析

　　第5.3.1条　在浆砌石拱坝设计的各阶段,应对两岸拱座的稳定性作出相应的分析论证.

　　第5.3.2条　在评价拱座的稳定性时,应合理确定滑裂面.滑裂面上的抗剪强度参数f和c的设计值；2级浆砌石拱坝应通试验后研究选定；3级浆砌石拱坝不具备试验条件时,可参照类似地质条件下工程的经验数据选定.

　　第5.3.3条　浆砌石拱坝拱座的抗滑稳定分析,以刚体极限平衡法为主.必要时可

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