摘 要：浆砌石重力坝历史悠久,属于一种重要的坝型,本文结合实际案例分析重力坝在小型水利工程建设中相关设计分析与施工要点，从工程特征、参数以及设计相关标准入手，提出相关重要的施工要点，在此基础上，促进水利工程建设顺利实施，以为人们提供重要基础服务。
关键词：浆砌石重力坝；小型水利工程；设计要点；施工要点
1、概述：
浆砌石重力坝是由石块以胶结材料砌成的重力坝，要求石料新鲜、完整，胶结材料主要是水泥砂浆、小石子砂 裝及细石混凝土，防渗体大多采用上游混凝土防渗墙及钢丝网喷浆防渗体。浆砌石重力坝的优点是：安全可靠，设计及施工简单，对地形和地质条件的适应性较好，对地基要求不太高，可就地取材，大量节省水泥，节省模板，不需采用温控措施，施工技术易于掌握，无机械也能施工；适于各种气候条件下的修建，有大量的工程事例可供参考，工程经验丰富，维护修理费用低；施工导流和永久性泄洪问题容易解决。
缺点是：施工机械化较困难，施工速度较慢，使用劳力较多，施工质量容易波动。近年来随着新型筑坝材料及筑坝工艺的发展，由于浆砌石坝在施工质量和速度上的不足，大型水库使用甚少，但是在中小工程中仍具有广泛的应用前景。
2、浆砌石重力坝的施工要点
2.1筑坝材料
石料是浆砌石重力坝的主要建筑材料，要新鲜、完整，风化、半风化或有裂缝的石料不能用，容易风化、软化的岩石也不能用作坝体砌筑，一般要求石料的饱和极限抗压强度在40Mpa以上，也就是20×20×20立方厘米的试件在饱和情况下作轴心抗压试验，其标号达到40Mpa以上。本工程坝址附近有较大储量的砂岩，采集方便，运输距离短，工程造价低，经试验各性能参数能达到规定的设计值，可以用作坝体砌筑。
砌石体的胶结材料可以选用水泥砂浆或混凝土，由于坝址区石子、砂储量丰富，优先选择混凝土作为胶结材料，虽然混凝土的和易性比水泥砂浆差，且相对用量较大，但混凝土的砌体强度比水泥砂浆的砌体强度要大，既便于机械化施工，提高功效，又能保证工程质量，而且还可以和混凝土防渗墙使用同一拌和、运输系统，简化施工现场的布置。根据坝体应力和稳定分析，拟采用C10的混凝土作为胶结材料。
2.2 砌筑工艺
浆砌石坝施工最大的难题是施工质量和施工速度。浆砌石坝的质量要求主要控制指标是砌体容重和石料间粘结力，重力坝的抗滑稳定与砌体容重、接触面的摩擦系数密切相关，细石砼砌石坝采用分层砌筑，对同一砌筑层之间的石料粘结力容易达到结构标准，重点要控制层间的粘结力，应注意层面的清理，保证层面干净，确保新老层间能很好地粘结，保证砌体完整性。要保证砌体的容重能达到设计指标，一是应选用密度大的石块，二是砌体要尽量密实，不能出现架空。
砌石工程施工的工序流程是：
砌筑工作面清理→材料选择→铺垫砂浆→石料安放→竖缝灌浆→表面勾缝→质量检查→成品养护。采用分层砌筑，均衡上升的施工顺序。
铺垫砂浆：铺浆主要是控制铺浆的厚度，以确保砂浆饱满，安石稳固。座浆厚度应比设计砌缝宽度厚1/3为宜，对于毛石砌体，座浆厚度约8cm左右，以盖住凹凸不平的层面为度。铺浆后经人工稍加平整，并剔除超径突出的骨料，然后摆放石料。胶结材料铺设后，石料的安砌应在座浆初凝时间以内完成。砂浆超前铺垫宽度一般不超过1.5m，以免石料安砌完成前砂浆发生凝固。
石料安放：在已座浆的砌筑面上，摆放洗净湿润的石料，摆正后用铁锤敲击石面，使座浆开始溢出为度。石料安放主要是控制块石之间灰缝的宽度。要求石料之间的竖缝宽度为细石砼骨料最大粒径的2—2.5倍，约4～5cm。石料必须在砂浆初凝前完成安放。
竖缝灌浆与捣实：竖缝灌浆与捣实，是保证砌体质量的重要措施。石料安放好，应立即进行灌捣工作。砌层高度在50cm以下的，可以一次性灌平后，用小型插入式振捣器进行振捣，超过50cm时应分层贯注、振捣。由于块石的不规则性，有的地方竖缝较大，为了节省细石砼用量，同时有利于增加砌体容重，在灌上砼的竖缝上嵌入小块石，边振捣边用脚踩小块石，使小块石挤进竖缝中。表面应尽量砌平整，可用砼砂浆和小石块把大石块间的凹陷部位填平，以利于下一层施工时材料运输交通。
2.3施工机械与材料上坝及进仓
浆砌石工程是一种主要依靠手工施工为主的工程，所需施工机械主要有塔吊或门机—用于提升石料及砼进仓，自卸汽车—运输块石及砼进仓，砼搅拌机—拌制细石砼，小型插入式振捣器—石缝砼振捣，保证砌石密实度。
浆砌石坝施工速度慢的主要原因就是上坝及进仓方法落后，传统的进仓方法是靠人工抬，架子车运输，或采用简易提升设备运输上坝，因而难于提高施工速度。利用坝肩修筑上坝公路、合理利用坝体断面宽度，采用自卸汽车通过坝面运输可大大提高了施工速度。
塔吊输送进仓是汽车运输进仓的有效补充途径。采用钢丝绳自制的绳网作为吊篮，人工把块石搬入钢丝网内，冲洗干净后直接进仓砌筑。
3、工程实例
下面就以我2011年初设计的西山区团结七测里小妥吉坝塘为例进行对浆砌石重力坝分析。虽然小妥吉坝塘只是为一个坝塘，但是具有代表性。
3.1工程等级及洪水标准
小妥吉坝塘总库容3.89万m3，按《防洪标准》（GB50201-94）和《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000），工程规模为小(2)型蓄水工程，水库枢纽工程等别为Ⅴ等，主要建筑物级别——大坝、冲沙涵洞、放水涵洞、抽水房等均为5级，次要建筑物级别为5级。
依据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）的规定，小妥吉坝塘总库容3.89万m3，主坝坝高13.0m，下游村镇相对规模较小，防洪标准低，库容属小(2)型水库，因此小妥吉坝塘设计洪水标准取规范规定，即：
设计洪水标准：30年一遇（P=3.3%）；
校核洪水标准：200年一遇（P=0.50%）。
3.2工程任务
小妥吉坝塘位于昆明市西山区团结街道办事处棋盘山森林公园北侧这一区域地形起伏大，山高谷深，陆面蒸发量较大，年蒸发量超过900mm，再加上这一地区干湿季节分明，水资源年内分布不均，地表水资源十分贫乏。拟建的小妥吉坝塘主要为解决当地居民的生活及生产用水和促进该区域的社会经济发展，使当地人民的生活生产面貌有根本性的改变。工程承担着小妥吉村190多人生活饮用及0.27万亩田地的灌溉供水任务。
3.3 工程特征参数及规程、规范及技术标准
3.3.1水文特征
小妥吉坝塘死水位2550.000m；正常蓄水位2255.500m；设计洪水位2256.870m；校核洪水位2257.180m。
水库校核洪水（0.50%）洪峰流量24.8m3/s，24h洪量44。。7万m3；设计洪水（3.30%）洪峰流量18.2m3/s，24h洪量41.6万m3。
3.3.2规程、规范及技术标准
（1）《水利水电工程初步设计报告编制规程》（DL5021-93）；
（2）《中华人民共和国工程建设标准强制性条文》（水利工程部分）；
（3）《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）；
（4）《浆砌石坝设计规范》（SL25-91）；
（5）《水工建筑物抗震设计规范》（SL203-97）；
（6）《水库工程管理设计规范》（SL106-96）；
（7）《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》（DL/T5148-2001）；
（8）《水利水电工程地质勘察规范》（GB50287-99）；
（9）《高压旋喷注浆技术规范》（YSJ210-92，YBJ43-92）；
（10）《水利水电工程施工地质规程》（SDJ18-78）；
（11）《溢洪道设计规范》（SL253-2000）；
3.4工程总布置
小妥吉坝塘大坝位于小妥吉村下游，坝型浆砌石坝，最大坝高13.0m，坝顶宽度2m，坝顶高程2258.000m，坝轴线长15.0m。坝中间设置溢流坝段，宽5.0m，底板高程为2255.500m，为WES溢流坝，无闸门控制，效能方式为挑流效能，坝后设长5.0m护坦。溢流坝段和非溢流坝段用预制钢筋混凝土板相连。坝下埋设DN400涵洞用于施工导流，进口底板高程为2245.500m，出口为闸阀控制，为节省投资，本着一洞多用的原则，运行期导流涵洞为冲沙涵洞。为方便维护坝塘库区设置DN400放水涵洞其底板高程为2250.000m，出口为闸阀控制。在右岸坝肩设置4.0x3.0m（长x宽）抽水房内置抽水泵一台。
3.5挡水建筑物
3.5.1坝顶高程
水库总库容为3.89万m3，大坝为浆砌石坝，设计最大坝高13.0m，坝顶宽2m，坝轴线长15.0m，由溢流坝段和非溢流坝段组成，其中遗留堰顶高程2255.500m。水库正常蓄水位2255.500，设计洪水位2256.870m，校核洪水位2257.180m，死水位2250.00m。
根据《浆砌石坝设计规范》（SL25-91），坝顶高程等于水库静水位与安全超高之和，分别按以下三种运用情况计算，取其最大值作为坝顶高程：
①设计洪水位加正常运用条件的安全超高；②正常蓄水位加正常运用条件的安全超高；③校核洪水位加非常运用条件的安全超高；
坝顶在水库静水位以上的超高按下式确定：
y=R+e+A
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式中：△h——防浪墙顶至水库静水位的高差（m）；
h1%——累积频率为1%的波高（m）；
hz ——波浪中心线至水库静水位的高度（m）；
hc ——安全超高（m），A正常=0.4m，A非常=0.3m。
(1)波浪要素按公式计算（适用于V0<20m/s及D<20km）
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h——当gD/V02=20～250时，为累积频率5%的波高h5%；
当gD/V02=250～1000时，为累积频率10%的波高h10%
Lm —— 平均波长（m）
(2) 波浪中心线至水库静水位的高度hz按下式计算：
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坝顶超高计算结果见表1。
表1：坝顶超高计算成果表
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从本次计算各种工况下的坝顶高程看，设计洪水位+正常运用条件工况下的坝顶高程是三种工况中的最大值，其值为2257.930m，故坝顶高程取2258.000m。
3.5.2结构布置
（1）建基高程
坝址基础岩性为页岩及砂泥岩。近河谷两岸岸坡基岩零星出露，大部分为第四系松散层覆盖。左岸厚0～2.5m，右岸厚度0～3m；河床部位为第四系冲、洪积砂、卵砾石及砂质粘土，上部分布淤泥质粘土，厚度小于3m。河床部位坝轴线上游冲洪积层厚度较小，可完全清除，清基深度1.0~3.0m，坝轴线下游冲洪积层厚度较大，清基深度1.0~3.0m，清基后铺设厚1.0~3.0m，c15砼垫层。
（2）坝体结构
该坝型定为浆砌石坝，由溢流坝段和非溢流坝段组成，坝轴线长15m，其中溢流坝段长5.0m，非溢流坝段长10.0m。
设计总坝高13.0m，顶宽2.0m，底宽12.40m，坝体上游坝面垂直，下游坡比1：0.80，坝体用M5.0砂浆砌筑，上游坝迎水面及溢流坝坡浇筑C20砼40cm厚。
大坝基础宽18.05m，基础深1.5m，坝顶长15.0m，坝底长6.5m。坝体要深入两岸各1m。大坝下游设海漫，海漫长5. 5m，厚0.5米。
大坝下游两岸修用M7.5砌石侧墙护坡，侧墙护坡高2米，长度到海漫为止。
（3）坝体构造
坝顶宽度设为3.0m，坝顶长度为15.0m。上游侧设置高1.2m栏杆，溢流坝段预制砼板构成交通桥与非溢流坝段相连。
3.5.3坝基防渗处理
本工程坝址区覆盖层相对较浅，基岩风化深度较大。
根据钻孔揭示，两岸地下水埋深22m，由于表层风化裂隙发育，河床18m，两岸10m以内单位透水率多为10～56lu，属中等透水，以下单位透水率小于10Lu，弱透水。
结合工程地质及地形条件，坝基及坝肩防渗拟采用帷幕灌浆进行处理。
①防渗标准
因两岸10Lu界限及地下水位埋藏较深，因此防渗边界按坝肩外延1～1.5倍坝高确定，底界深入弱透水层顶界（q小于10Lu）以下5m。
②工程布置
坝基清基结束后，沿坝轴线设置C15砼垫层盖重厚1m。沿混凝土盖重布置一排帷幕灌浆孔，孔距1.5m，灌浆孔分II序进行加密。采用纯水泥浆对坝基进行纯压式灌浆。
3.5.4设计计算
大坝参数：浆砌石坝，坝顶高程2258m，坝顶宽3m；上游坝坡坡比1:0，下游坝坡坡比1:0.8。坝基采用单排灌浆帷幕防渗。
特征水位：正常蓄水位2255.500m，死水位2550.000m，设计洪水位2256.870m，校核洪水位2257.280m。
地震动峰值加速度：0.3g。
3.5.5水利计算
（1）溢流坝泄流能力计算
溢流坝堰顶高程2255.500m，堰宽为5m，无闸门控制，为开敞式表孔，溢流坝段长5m。
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式中：δ—侧收缩系数；
m—流量系数；
H0—堰顶以上作用水头（m）；
B—溢流堰净宽（m）；
g—重力加速度（m/s2）。
计算堰上水头：设计洪水时H1＝1.370m，校核洪水时H2＝1.672m。
（2）溢流坝挑流消能水力计算
由于本工程下游河道较窄，覆盖层较深厚,如采用底流消能，需要设置较大的护坦，基础开挖及混凝土浇筑工程量较大，工程投资多。大坝下游冲坑处下伏基岩结构完整，承载力高，岩层倾角近于直立，微倾向上游，无软弱夹层，坝基岩体稳定性较好，岩层强风化带厚1~2米，易于清除。岩石冲刷系数取K=1.1，挑距较远,下游水垫较深，挑流消能形成的冲刷坑较浅，具备挑流消能的条件。因此，设计采用挑流消能，挑射角为24°，反弧半径4.5m，挑坎高程2247.000m。
挑流消能采用《混凝土重力坝设计规范》中挑流消能公式计算。
水舌抛距由下式计算：
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式中：tK—水垫厚度，自水面算至坑底，m；
q—单宽流量，m3/(s.m)；
H—上下游水位差，m；
k—冲刷系数，取1.1。
根据计算，得出溢流坝挑流消能计算结果见表2。
表2：溢流坝挑流消能计算成果表
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按《混凝土重力坝设计规范》，挑流消能的安全挑距不得小于2.5倍冲坑深。根据以上结果，在设计洪水和校核洪水情况下,实际挑距均大于安全挑距，为安全计，将坝脚后5.0m范围设护坦保护。考虑到校核洪水发生非常偶然且短暂，在采取护坦处理措施后，我们认为大坝是安全的。
3.5.6 坝体稳定分析
稳定计算公式选用《浆砌石坝设计规范》（SL25-91）中的计算公式，计算数据取用外部荷载计算结果。
⑴重力坝截面的垂直应力：
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根据《浆砌石坝设计规范》（SL25-91）规定，本阶段对以下工况进行了计算，详见表3。
表3：计算工况及计算成果
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根据计算成果，按拟定的大坝体型，各种工况下的坝坡抗滑稳定安全系数均能够满足规范要求。
3.5.7 坝体应力分析
根据外部荷载计算和稳定计算所得出的数据，参照《混凝土重力坝设计规范》（SL319-2005），关于实体重力坝应力计算公式，对本工程坝体非溢流段以及溢流段，在正常水位，设计洪水位，校核洪水位三种工况下进行应力计算。由于本工程属于低坝，只计算边缘应力。
应力计算公式
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以上应力计算公式是计入扬压力的情况，不计入让压力的情况，可令扬压力强度为零，再代入计算。非溢流坝段边缘应力计算成果列于表4
表4：非溢流坝段边缘应力计算结果表
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最大铅直正应力0.49MPa（计入扬压力）小于地基允许压应力1.5MPa，最小铅直正应力0.10MPa大于0；主应力最小值0.05大于
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（对应值）；主压应力最大值0.66MPa=0.66N/mm小于M7.5浆砌石强度设计值4.5N/mm；主应力未出现拉应力。
溢流坝段边缘应力计算同非溢流坝段相同，计算得表5：
表5：溢流坝段边缘应力计算结果表
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最大铅直正应力0.74MPa（计入扬压力）小于地基允许压应力1.5MPa，最小铅直正应力0.06MPa大于0；主压应力最小值0.06大于（对应值）；主压应力最大值0.98MPa=0.98N/mm小于M7.5浆砌石强度设计值4.5N/mm；主应力未出现拉应力。
3.6输水建筑物
根据小妥吉坝塘所设计的初衷主要为小妥吉居民小组提供引用及灌溉用水，设计灌溉面积240亩，设计供水人数190人。故本次设计在大坝右岸布置抽水房长4.0m，宽3.0共12m2，以便供水之用。
3.6.1工程布置
抽水房底部高程高2258.000m，抽水房上游面基础设置2根300×300mm，c25柱子支撑，下游面基础为坝体。房屋为框架结构。屋子外墙贴瓷砖，内墙用双飞粉刷白。
3.7冲沙涵洞
3.7.1工程布置
冲沙涵洞位于坝0+011.000处，进口地高程为2245.500m，坡降为1%，长为11.6m。进口采用混凝土喇叭口结构，接矩形400x400mm断面，后接长1.0m渐变段，再接DN400钢管。出口设置闸阀控制。出口在钢管上做蝶阀控制冲沙放水。由于蝶阀处可能会因突然关闭产生水击压力破坏钢管，故在蝶阀前设计伸缩节，保证冲沙安全。为使涵管能达到长期使用且不被破坏的效果，本次设计对涵管管道全程封闭保护，保护层厚度设计为0.2m，采用C20素凝土浇筑，断面形式采用圆形断面。
冲沙涵洞在施工区，本着经济设计、一洞多用的原则，设计为导流洞，兼顾施工导流功能。
3.8放水涵洞
3.8.1工程布置
放水涵洞位于坝0+011.000处，进口地高程为2250.0m，坡降为1%，长为8.4m。进口采用混凝土喇叭口结构，接矩形400x400mm断面，后接长1.0m渐变段，再接DN400钢管。出口设置闸阀控制。出口在钢管上做蝶阀控制冲沙放水。由于蝶阀处可能会因突然关闭产生水击压力破坏钢管，故在蝶阀前设计伸缩节，保证冲沙安全。为使涵管能达到长期使用且不被破坏的效果，本次设计对涵管管道全程封闭保护，保护层厚度设计为0.2m，采用C20素凝土浇筑，断面形式采用圆形断面。
结 语：
基于上述工程中对于浆砌石重力坝在小型水利工程建设中相关设计要点与施工要点的分析，可以得知浆砌石重力坝在水利工程建设中有着重要的意义和作用，因此应当结合优点，规避缺点，将其重要的作用发挥出来，以促进水利工程建设的稳定性得到有效保障。
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