土石坝全套课件

2024-2-131

概述

定義：由土、石料等當地材料經拋填、碾壓等方法堆築成的壩建設情況：歷史最悠久，數量最多。高土石壩：前蘇聯的羅貢壩(335m)、努列克壩(300m)。

2024-2計1.4489支墩壩4.41592拱壩11.54180重力壩82.729974土石壩%已建壩數量壩型一、定義及建設情況2024-2-133世界土石壩按國家或地區分類統計圖

2024-2-134小浪底水利樞紐基本資料2024-2-135水布埡水利樞紐基本資料2024-2-136水布埡面板堆石壩2024-2-137結構特點：土石壩是散粒體結構，穩定靠土體的抗剪強度來控制；只會出現局部滑動而失穩，不會出現整體滑動失穩或傾覆失穩問題；為維持壩坡穩定，坡度大，斷面大，體積大。二、結構特點及優缺點2024-2-138優點：就地取材，節省三材，減少運量，降低造價；適應不同的地形、地質、氣候條件；結構簡單，便於維修、加高和擴建。缺點：壩身一般不能溢流，需另設溢洪道；施工導流不如混凝土壩方便；粘性土料的填築受氣候條件影響；斷面大，體積大。2024-2-139

影響我國高土石壩建設的原因壩址河谷狹窄，洪水流量大，施工導流和洩洪佈置工程量大；防滲土料的選擇局限於粘性較大的細粒土，施工要求偏嚴，單價較高；缺乏大容量，高效率的施工機械。2024-2-1310高土石壩發展的機遇：施工機械的發展，提高了施工品質，加快了進度，降低了造價，促進了高土石壩的發展；理論、試驗及計算技術發展提高了大壩分析計算水準，加快了設計進度，保障了大壩設計的安全可靠性；高邊坡、地下工程結構、高速水流消能防沖等土石壩配套工程設計和施工技術的綜合發展，對加速土石壩的建設和發展也起了重要促進作用。2024-2-1311工作特點：壩基與壩身是透水的。上下游水位對土石壩邊坡的影響。波浪、冰層能沖刷和破壞壩坡，上下游水位升降對壩坡穩定有不利影響。大氣降水與溫度對壩體的影響。大氣降水使壩面土石流失，冬季結冰使土料膨脹，融化時形成孔穴及裂縫，夏季炎熱壩坡乾燥出現裂縫壩基及壩身沉降。一般施工品質好的土石壩沉陷量為壩高的0.2～0.4%，1～2m，不均勻沉降要產生裂縫，均勻沉降影響壩高。三、土石壩工作特點2024-2-1312滲透水流的表面——浸潤面浸潤面與垂直面的交線——浸潤線飽和區：土體受上浮力和滲透水壓力，在荷載作用下可能滑動倒塌 受動水壓力作用，造成下游坡滑動 動水壓力產生滲透變形（物理，化學） 凍融情況下對穩定不利 滲漏造成水量損失濕區：毛細水，處於變化中幹區：乾燥，可能出現裂縫影響浸潤線位置的因素：（浸潤線越高越不利）上下游水位防滲設備位置壩體內的排水設備位置2024-2-1313岩石地基：具有足夠的強度（一般都能滿足，但對葉岩與粘土岩應做軟基處理）岩石的整體性，避免斷層，不能有大裂隙無造成滑動的軟弱夾層岩石具有足夠的抗水性，岩石浸水後不致溶解和軟化石灰岩、石膏土基：有足夠的地基承載力，尤其對細砂、淤泥、軟粘土均勻性好，壓縮性不能過大，且能均勻變形無造成壩體滑動的軟弱層有足夠的抗水性，不被溶解或軟化部分土體不能因滲透水壓作用被沖刷或浮起四、地基基本要求2024-2-1314土石壩組成土石壩一般有四部分：壩身、防滲體、排水設備和護坡。壩身是土石壩的主體，壩的穩定主要靠它維持；防滲體的作用是降低浸潤線，防止滲透破壞和減少滲透水量；排水設備的作用是安全地排除滲透水，增強下游壩坡的穩定性；護坡的作用是防止波浪、冰層、溫度變化、雨水和水流等對壩坡的破壞。五、土石壩組成及設計要求2024-2-1315設計基本要求具有足夠的斷面維持壩坡的穩定。邊坡穩定和壩基穩定是土石壩安全的基本保證。施工期、水庫水位降落以及地震作用在壩坡的荷載和土石料的抗剪強度指標都將發生變化，應分別計算。設置良好的防滲和排水設施以控制滲流。土石壩擋水後，壩體內形成滲流，飽和區土石料承受上浮力，減輕了抵抗滑動的有效重量；浸水後土石料的抗剪強度降低；滲流力可對壩坡形成不良作用；滲流從壩坡、壩基或河岸逸出時可能引起管湧、流土等滲流破壞。設置防滲和排水設施可以控制滲流範圍、改變滲流方向、減小滲流的逸出坡降以增加壩坡、壩基和河岸的抗滑和抗滲穩定，還有利於減小壩體和壩基的滲流量。2024-2-1316根據現場條件選擇好土石料的種類、壩的結構以及各種土石料在壩體內的配置，選擇好壩體各部分的填築壓實標準，達到技術經濟合理性；具有足夠的洩洪能力，壩頂在洪水位以上要有足夠的安全超高，以防洪水漫頂，造成大壩失事。適當的構造措施，使壩運用可靠、耐久。在庫水位變化範圍內，上游壩面應有堅固的護坡，防止波浪衝擊和淘刷。下游壩坡應能防止雨水的沖刷破壞作用。保護壩內粘性土料，防止夏季日曬、冬季凍脹等形成裂縫。對壓縮性大的土料應採取工程措施減少沉降和不均勻沉降，避免裂縫的形成和發展。2024-2-1317206座土石壩事故原因分析破壞原因占總潰壩的%洪水漫頂30滲透破壞25沿管道滲漏13滑坡15護坡5其它7原因不明52024-2-1318分類：按壩高分：低壩、中壩和高壩。按施工方法分：碾壓式土石壩；沖填式土石壩；水中填土壩和定向爆破堆石壩等。碾壓式土石壩應用最廣。碾壓式土石壩按土料在壩身內的配置和防滲體所用的材料種類分為：均質壩、土質防滲體分區壩（土質心牆壩、土質斜牆壩、多種土質壩）、非土質材料防滲體壩（人工材料心牆壩、人工材料面板壩）六、類型及壩型選擇2024-2-1319低壩多採用均質壩2024-2-13202024-2-13212024-2-13222024-2-13232024-2-13242024-2-1325壩型的選擇：高山峽谷覆蓋層很厚，砼壩不經濟，宜修土壩；高山峽谷覆蓋層不厚，但基岩緩傾角裂隙，泥化夾層很多，宜修土壩；寬河谷小流量的壩址修土石壩有利；壩型選擇與築壩材料有關：黃土地區用水中填土東北地區多雨、冰凍，粘土施工不方便，適宜修薄心牆壩、薄斜牆壩，壩殼料採用砂卵石西南地區粘土壓實難，採用薄心牆壩中南華南（湖北、廣東）風化岩做壩殼料定向爆破可縮短施工道路，節省運輸，節省勞力，節省碾壓設備，但需大量炸藥中等高度的壩採用水力沖填法高土壩，一般修心牆，斜牆不穩定。**

地基處理

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土石壩底面積大，壩基應力較小，壩身具有一定適應變形的能力，壩身斷面分區和材料的選擇也具有靈活性，所以，對天然壩基的要求低於混凝土壩。對壩基處理的要求也不能放鬆。據統計，土石壩失事約有40%是由於壩基問題引起的。壩基處理的範圍包括河床和兩岸岸坡。處理的主要要求是：1、控制滲流，減少滲流坡降，避免管湧等有害的滲流變形，控制滲流量；2、保持壩體和壩基的靜力和動力穩定，不產生過大的有害變形，不發生明顯的均勻沉降，竣工後，壩基和壩體的總沉降量一般不宜大於壩高的1%；3、在保證壩安全運行的條件下節省投資。一、概述**對地基的一般要求：有足夠的抗剪強度有足夠的承載能力透水性小常見的土石壩地基：山區：岩基或淺覆蓋層砂卵石強透水地基平原：細砂或有淤泥地基粘土或黃土地基可能出現的技術問題：滲漏問題承載能力低振動液化問題**地基處理主要解決的問題：岩石地基 解決接觸面上的集中滲流 岩石裂縫嚴重時需灌漿 承載能力無問題，需清除表面腐殖土非岩石地基 粘土地基：滲流、強度 砂礫石地基：滲流問題 細砂、淤泥、黃土地基：承載能力問題與岸坡、地基及其它建築物的連接**1、截水槽：截斷滲流粘土截水槽：最簡單、最普通的措施混凝土截水槽泥漿截水槽2、混凝土防滲牆3、灌漿帷幕水泥灌漿粘土灌漿瀝青灌漿化學灌漿4、板樁5、防滲鋪蓋：延長滲徑6、其他二、壩基防滲工程措施**混凝土防滲牆**三、加強地基承載力的工程措施1、換砂法 提高強度、維持壩和壩基穩定，改善排水，加快固結2、壓重法 在土壩上下游坡腳處，填築石料壓重，藉以增加壩基穩定性 缺點：增加壓重後會增大壩基沉陷3、砂井法在壩基中鑽孔，然後在孔中填入沙礫，在地基中形成砂樁，提高壩基承載力。4、預壓加固法5、控制填土速率6、抽水加固法7、填土擠淤法8、爆炸加固松砂法**四、與壩基、岸坡及其它建築物的連接1、與壩基地基與壩體土質相近，清基後直接填土地基與壩體土質不同，在結合面做槽與基岩連接時，設混凝土齒牆2、與岸坡岸坡存在的問題：滲透性大，容易出現集中滲流；穩定性差，容易出現滑動和裂縫。處理辦法：緩坡連接，不宜陡坡或臺階形，以防裂縫壩體與岸坡連接要緊密，家寬心牆或斜牆以延長滲徑，岸坡岩石灌漿防止繞滲**3、與其它建築物設置原因：在連接處，由於土壩沉降過大，容易造成土壩裂縫，結合處容易出現集中滲流土壩與混凝土建築物結合類型：翼牆式：使混凝土與土壩翼牆相連接插入式：混凝土插入土壩壩身中特點：結構簡單，安全可靠，造價低，高壩用得多翼牆的常用形式：圍牆式圍牆—翼牆式上下翼牆式注意：在翼牆背面設齒牆，延長滲徑翼牆背面坡度>0.1，使土體與翼牆結合良好**裂縫的類型和成因 縱縫：走向與壩軸線平行，多數在壩頂和壩坡中部，心牆土料沉降速度慢，壩殼沉降速度快。 橫縫：走向與壩軸線垂直，多發身在兩岸壩肩。 內部裂縫：水準，主要由於不均勻沉降造成。裂縫防治措施 改善壩體結構或平面佈置 重視壩基處理 適當選用壩身土料 採用合適的施工措施和運行方式裂縫處理對表面裂縫，砂土回填，粘土封填對深部裂縫，灌漿處理對嚴重的裂縫，混凝土防滲牆五、土石壩裂縫控制****

構造設計

**土石壩設計步驟：

初擬剖面→滲流計算→穩定計算→材料設計→構造設計→地基處理構造設計目的：保障壩的安全和正常運行構造設計內容：

防滲體、排水設備、護坡、壩頂一、概述**

作用：降低浸潤線，保證下游坡穩定；降低滲流量，防止滲透變形。

類型：按防滲體材料性質分：塑性材料（粘土、瀝青）和剛性材料（混凝土）；按位置分：斜牆、心牆。二、防滲體****1、土質防滲體：心牆、斜牆土質防滲體斷面滿足滲透比降、下游浸潤線和滲流量以及施工、結構穩定要求，自上而下逐漸加厚，頂部水準寬度≥3m，底部厚度，斜牆不小於水頭的1/5，心牆不宜小於水頭的1/4。防滲體頂部要高出正常水位，超高斜0.8～0.6m,心0.6～0.3m。非常運用條件下，防滲體頂部不低於非常運用條件的靜水位。有防浪牆時不低於正常水位。防滲體頂部預留竣工後沉降超高。土質防滲體頂部和土質斜牆上遊應設保護層。保護層厚度（包括上游護坡墊層）應不小於該地的凍結和乾燥深度。心牆、斜牆與壩殼和截水槽與壩基透水層之間，以及下游滲流逸出處，都必須設置反濾層。**2、瀝青混凝土防滲牆優點：防滲好，K=10-7～10-10cm/s；塑性好，適應變形；厚度小；受氣候影響小。要求：強度、熱穩定性、和易性、柔性、水穩定性瀝青斜牆： 瀝青不漏水，不需設排水；一層即可；斜牆與基礎連接要適應變形，柔性結構。瀝青心牆受外界溫度影響小，結構簡單，修補困難；厚度H/30，頂厚30～40cm；上游側設粘性土過渡層，瀝青牆壞了可補救；下游側設排水。****瀝青心牆與瀝青斜牆比較：優點：不受氣候影響，可以採用渣油；施工簡單；與壩基連接易；抗振性好；沉陷不容易開裂；與壩體同時施工，早期可蓄水。缺點：厚度大；與壩體同時施工影響進度；檢查維修困難。3、混凝土防滲體用於堆石壩、土石混合壩**三、排水作用：降低浸潤線和孔隙壓力，改變滲流方向，防止滲流出逸處產生滲透變形，保護壩坡土不產生凍脹破壞。 設計要求：能自由地向壩外排出全部滲透水；應按反濾要求設計；便於觀測和檢修常見的排水形式：1、棱體排水；2、貼坡排水；3、壩體內排水；4、綜合排水，綜合以上幾種。**

形式選擇依據：壩型、下游水位、壩基地質、氣候、材料及施工條件。 設計要求：能自由地向壩外排出全部滲透水；應按反濾要求設計；便於觀測和檢修1、棱體排水結構：下游坡腳用塊石堆成的棱體，頂寬1～2m，壩坡（內1：1～1：1.5、外1：1.5～1：2.0）優點：降低浸潤線，防止壩坡凍脹，保護下游不受尾水淘刷，增加穩定缺點：石料用量大，費用高，與壩體施工干擾，檢修困難****2、貼坡排水結構：在下遊壩坡表面用一二層堆石或砌石加反濾層鋪設成優點：構造簡單、用料省，施工方便，易檢修缺點：不能降低浸潤線位置，受冰凍失效適用於中小型工程下游無水均質壩或浸潤線較低的中等高度壩。3、褥墊排水結構：沿壩基面平鋪的由塊石組成的水準排水層、外包反濾層優點：缺點：對不均勻沉降適應性差，易斷裂，難檢修，下游水位高時降低浸潤線效果不明顯其他****四、反濾層

作用：濾土排水，防止水工建築物在滲流逸出處遭受管湧、流土等滲流變形的破壞以及不同土層介面的接觸沖刷。在下遊側具有承壓水的土層，還可起壓重作用。

位置：在土質防滲體與壩殼或壩基透水層之間，以及滲流逸出處或進入排水處

要求：相鄰層細粒不能穿過粗粒空隙D/d<7～20各層穩定，不能移動不能被細粒堵塞耐久穩定，不改變性質材料：粒徑均勻，抗風化的砂、卵石、碎石等

過渡層：避免剛度相差較大的兩種土料之間產生急劇的變形和應力反濾層可以起過渡層作用，但過渡層不能做反濾層。**反濾層類型：

(1)Ⅰ型反濾：其特點是反濾層位於被保護土層的下部，滲流方向主要由上向下，如褥墊排水；

(2)Ⅱ型反濾：其特點是反濾層位於被保護土層的上部，滲流方向主要由下向上，如減壓溝的反濾層。

滲流方向近乎水準或傾斜向，反濾層近乎垂直或傾斜向的情況，屬於過渡型，如貼坡反濾等，可歸為Ⅰ型。**反濾層的設計內容

反濾層的設計可分為保護無粘性土和保護粘性土兩大類，設計內容有：確定反濾層的類型；根據濾土準則，確定反濾層的級配或選擇土工織物產品。並據以選擇宜於作反濾層的天然料場或確定人工篩選的任務。對砂礫反濾料確定反濾層的厚度和層數；鑒定反濾料的透水性，對土工織物反濾層還應鑒定淤堵性；有縱向滲流時，鑒定沿反濾層和被保護土層接觸面的沖刷穩定性**原因：上游坡面受波浪淘刷、順坡水流沖刷、冰層和漂浮物等的危害作用；下游受雨水、大風、尾水波浪、冰層和水流作用以及動物、凍脹乾裂。類型：砌石護坡（幹砌）：單層厚0.3～0.35m，雙層0.4～0.6m，墊層0.15～0.25m，自壩頂至最低水位以下1.5～2.0m

堆石護坡：厚0.5～0.9m，墊層0.4～0.5m，與砌石護坡相比，用石料多，省工，消浪好。其他：漿砌石、瀝青混凝土、混凝土、鋼筋混凝土等下游：碎石、砌石、草皮、表面排水溝、階梯、馬道五、護坡****六、壩頂

壩頂蓋面材料應根據當地材料及壩頂用途確定，宜採用密實的沙礫石、碎石、單層砌石或瀝青混凝土等柔性材料。壩頂面可向上、下游側或下游側放坡。坡度根據降雨強度，在2%～3%內選，並做好向下遊的排水系統。壩頂上游側宜設置防浪牆，牆頂高出壩頂1～1.2m，防浪牆必須與防滲體緊密結合。防浪牆應堅固不透水，結構尺寸根據穩定、強度計算確定，並設置伸縮縫，做好止水。地震區應核算防浪牆的動力穩定性。壩頂結構與佈置應經濟、實用，建築藝術處理美觀大方，與周圍環境協調。壩頂還要設置相應的照明措施、欄杆等安全措施。**1-漿砌石防浪牆；2-鋼筋混凝土防浪牆；3-壩頂路面；4-沙礫壩殼；5-心牆；6-方柱；7-排水管；8-回填土壩頂路面和漿砌石防浪牆鋼筋混凝土防浪牆****七、土工合成材料

以人工合成的聚合物為原料製成的土工織物和土工膜，分別代表透水材料和不透水合成材料。優點：重量輕、整體性好、產品規格化、強度高、耐高溫、耐腐蝕、運輸方便、施工簡易土工織物：編織物、機織物、無紡織物及複合織物

土工膜：高分子聚合物、瀝青土工膜**採用土工合成材料作反濾、排水設施的主要工程有：

1鐵路、公路反濾、排水設施。

2擋牆後排水系統。

3岸牆後填土排水系統。

4隧洞、隧道襯砌後排水系統。

5土石壩過渡層；灰壩、尾礦壩反濾層。

6防滲鋪蓋下排氣、排水系統。

7農田水利工程、減壓井、農用井等外包體。

8地基處理塑膠排水帶預壓工程。**採用土工合成材料防滲的主要工程有：

1土石壩、堆石壩、砌石壩和碾壓混凝土壩。

2堤、壩前水準防滲鋪蓋，地基垂直防滲層。

3尾礦壩、污水庫壩身及庫區。

4施工圍堰。

5管道、蓄液池（坑、塘）。

6廢料場。

7地鐵、地下室和隧道、隧洞防滲襯砌。

8路基。

9路基及其它地基鹽漬化防治。

10膨脹土和濕陷性黃土的防水層。

11屋面防漏。**採用土工合成材料進行防護的主要工程有：

1江、河、湖、海和管道、儲液池護坡、護底。

2水下結構基礎防沖。

3道路邊坡防沖。

4涵閘工程護底。

5泥石流和懸崖側建築物障牆防沖。

6應急防汛措施。

7沙漠地區砂籬滯砂和固砂。

8軍工彈藥庫防爆。

9嚴寒地區防凍措施。

10道路防止鹽漬化措施。

11邊坡土釘加固等。******

面板堆石壩

**定義：

用堆石或砂礫石分層碾壓填築成壩體，用混凝土面板作防滲體的壩，簡稱“面板堆石壩”或“面板壩”。一、概述發展過程：19世紀及20世紀早期為拋填堆石壩階段；美國採礦、淘金拋石填築、高壓水槍沖實沉降大面板難以承受大變形1940年後的20年內，拋填堆石壩向碾壓堆石壩發展，出現了土質心牆堆石壩、斜牆堆石壩；太沙基薄層碾壓1965年後，碾壓堆石壩。**西北口面板堆石壩，壩高95m**江西東津88.5m**興山古洞口118m**面板堆石壩的優點：抗滑穩定性好。水荷載→面板→壩體，整個堆石壩重量及面板上部分水重抵抗水壓；分層碾壓的堆石密實度高，抗剪強度大。壩坡1：1.3或1：1.4，對應坡角37.6°或35.5°，接近鬆散拋填堆石的自然休止角，大大低於碾壓堆石的內摩擦角（大於45°），大多數堆石壩不做穩定分析。壩坡陡，斷面小，樞紐佈置緊湊。透水性好，抗震性能強。排水性好，處於無水狀態，地震時不會產生孔隙水壓力，不會液化或壩坡失穩。施工導流方便，壩體可過水。施工受雨季影響小，可分期施工。**振動碾**壩面碾壓**二、壩體結構混凝土面板堆石壩主要由堆石體和防滲系統組成。**名稱位置作用要求墊層區面板下方平整面板，避免應力集中；減少水荷載引起的變形；輔助防滲粒徑不能太大，有較多細料；良好級配過渡區墊層區和主堆石區之間保護墊層並起過渡作用級配連續，最大粒徑≤300mm，低壓縮性和高抗剪強度，自由排水性能

主堆石區壩體上游是承受水荷載的主要支撐體低壓縮性、高抗剪強度、較好的透水性和耐久性。硬岩堆石料或砂礫料

次堆石區壩體下游與主堆石區共同保持壩體穩定，其變形對面板影響輕微軟岩堆石料1、堆石體由墊層區、過渡區、主堆石區、次堆石區組成**2、防滲系統由鋼筋砼面板、趾板、趾板地基的灌漿帷幕、周邊縫和麵板間的接縫止水組成。a、面板

位於堆石壩體上游面起防滲作用的混凝土結構。應根據壩體變形及施工條件進行面板分縫分塊。垂直縫的間距可為12～18m。

在兩壩肩附近的面板應設張性垂直縫（A縫），其餘部分的面板設壓性垂直縫（B縫）。張性垂直縫的數量可根據地形地質條件參照工程經驗或有限元計算確定。兩岸垂直縫在距周邊縫法線方向約0.6～1.0m範圍內，應垂直於周邊縫佈置成折線形式。****

面板水準施工縫的設置宜考慮施工條件，滿足臨時擋水或分期蓄水的要求。繼續澆築混凝土之前，施工縫的縫面應經鑿毛處理，清理乾淨，縫面用水濕潤，鋪一薄層高強度砂漿。面板鋼筋應穿過縫面。

分期澆築的面板，其施工縫應低於填築體頂部高程，高差宜大於5m。如發現已澆築面板與墊層間有脫空現象，應以低標號、低壓縮性砂漿等灌注密實後再澆築面板混凝土，保證其良好結合。**面板厚度的確定應滿足下列要求：便於佈置鋼筋和止水，其相應最小厚度為0.30m；控制滲透水力梯度不超過200；在達到上述要求的前提下，應選用較薄的面板厚度，以提高面板柔性，降低造價。

面板的頂部厚度宜取0.30m，並向底部逐漸增加，在相應高度處的厚度：

t＝0.30十(0.002～0.0035)H式中t——面板厚度，m；

H——計算斷面至面板頂部的垂直距離，m。中低壩可採用0.3～0.4m等厚面板。**b、趾板：連接地基防滲體與面板的混凝土板。保證面板與河床及岸坡間的不透水連接，同時是基礎帷幕的蓋板和滑模施工的起始工作面。岩基上趾板厚度可小於與其連接的面板厚度，最小設計厚度應不小於0.3m。高壩底部趾板厚度應不小於0.5m，可按高程分段採用不同厚度。

趾板下游面垂直於面板底面的高度應不小於0.9m。趾板一般可不作穩定分析。厚度超過2m時，需進行穩定和應力分析。趾板穩定分析用剛體極限平衡法。計算中不計趾板錨筋作用及面板與趾板之間的傳力。堆石壓力只能考慮堆石的主動壓力，或考慮面板下的堆石在面板承受水庫壓力後產生的側向壓力。**c、接縫止水周邊縫應設置止水。底部止水銅片應選為最基本的防滲線，中部Pvc或橡膠止水片及頂部止水視情況選用。頂部止水系統一般由柔性填料、粉細砂(或粉煤灰)等材料構成，可以是其中的一種止水材料，也可以是柔性填料和無粘性材料兩種止水材料。低壩和50m以下中壩可以只採用一道底部止水。中壩及100m以下高壩宜設置底、頂部兩道止水。100m以上的高壩宜選用底、頂部兩道止水，或底、中、頂部三道止水。

不同壩高的壓性垂直縫均應採用硬平縫結構，都只需採用一道底部止水。縫的一側縫面應塗瀝青乳液等防粘劑。止水銅片下應設置PVC墊片並粘合在水泥砂漿墊座上。止水銅片兩側底角應設置瀝青止漿條。高壩張性垂直縫宜採用底、頂部兩道止水，中、低壩可只採用一道底止水，其結構同壓性縫。**

面板水準施工縫須用鋼筋穿過，應不設止水。

趾板伸縮縫可採用銅片、PVC或橡膠片止水，並應與周邊縫止水構成封閉系統。

防浪牆與面板的水準接縫，宜設置底、頂部兩道止水。

中間與頂部止水均應與相接縫的底部止水連接形成封閉結構：周邊縫PVC止水帶宜用夾具與垂直縫處的底部止水連接；周邊縫柔性止水可用柔性填料塞與垂直縫的底部止水連接。止水面膜宜粘結或壓結，固定在面板上。

寒冷地區在水位變動區不應採用角鋼、膨脹螺栓作為柔性填料面膜的止水固定件，宜採用粘結材料，以避免遭到凍脹的破壞而失去其固定作用。

混凝土防滲牆與連接板之間的接縫止水，應按周邊縫止水設計。********三、構造設計1、防浪牆作用：擋水、防浪，減少堆石填築方量，防浪牆延伸到兩岸與壩頭基岩連接，形成完整的防滲體系。面板壩壩體穩定性能好，壩體沉降量較小，採用高防浪牆可減少填築方量，降低造價。多採用“L”型鋼筋混凝土牆。防浪牆應設伸縮縫，其止水應和面板的止水或面板與防浪牆問水準接縫的止水連接。2、壩頂寬度壩頂寬度根據壩高、交通要求、施工場地確定，若不考慮壩高因素，可採用5米。**3、壩體坡度根據岩基強度和構造、壩料性質以及坡面滾石的安全性確定。岩基上，材料堅硬、級配良好壩高＞140m，採用1：1.4；壩高小於110～130m，採用1：1.3；材料不夠理想，可放緩壩坡。上游坡不設變坡，如無特殊要求，下游一般不設馬道。高山峽谷區，設“之”字形上壩公路。**四、材料分區1、目的

在保證大壩可靠運行前提下，儘量利用樞紐的開挖料及壩址附近的材料，獲得最大經濟效益。2、原則各區材料之間滿足水力過渡要求，從上游向下遊滲透係數遞增，下游壩料對上游相鄰材料有反濾作用；變形模量從上游向下遊遞減，保證蓄水後壩體變形小，防止面板和止水系統破壞；充分利用開挖石渣，以達到經濟目的。

應根據料源及對壩料強度、滲透性、壓縮性、施工方便和經濟合理等要求進行壩體分區，並確定相應填築標準。**

從上游向下遊宜分為墊層區、過渡區、主堆石區、下游堆石區；在周邊縫下游側設置特殊墊層區；100m以上高壩，宜在面板上游面低部位設置上游鋪蓋區及蓋重區。墊層區、過渡區、主堆石區及下游堆石區材料的填築標準，應根據壩的等級、高度、河谷形狀、地震烈度及料場特性等因素，並參考同類工程經驗綜合確定。

特殊墊層區：位於周邊縫下游側墊層區內，對周邊縫及其附近面板上鋪設的堵縫材料及水庫泥沙起反濾作用。上游鋪蓋區：用粉土、粉細砂、粉煤灰或其他材料覆蓋在面板及周邊縫上，起輔助防滲作用。蓋重區：覆蓋在上游鋪蓋區上的渣料，維持上游鋪蓋區的穩定，並起保護作用。周邊縫：面板與趾板或趾牆間的接縫。

**壩料填築標準料物或分區孔隙率(%)相對密度墊層料

過渡層細堆石料

主堆石区堆石料

下游区堆石料

砂礫石料15～20

18～22

20～２5

23～280.75～0.85

各區壩料填築標準可根據經驗初步確定，其值可在上表範圍內選用。設計應同時規定孔隙率(或相對密度)、壩料級配範圍和碾壓參數。設計幹密度可用孔隙率和岩石密度換算。**穩定分析砼面板堆石壩壩坡參照已建工程選用，一般可不進行穩定分析。存在下列情況之一時，須進行穩定分析：壩基有軟弱夾層或壩基砂礫石層中存在細砂層、粉砂層或粘性土夾層；壩址位於地震設計烈度8、9度的壩；施工期堆石壩體過水或堆石壩體用墊層擋水度汛、且擋水水深較高時；壩體用軟岩堆石料填築；地形條件不利。應力和變形

100m以上高壩或地形地質條件複雜的壩，壩體應力和變形宜用有限元法計算。有限元計算的參數宜由試驗結合類似工程分析確定。試驗用模擬料、制樣條件及加載方式應力求能反映壩料的力學特性。其他的壩，可用經驗方法估算壩體變形。**地震區壩體的抗震措施

設計烈度為8、9°時，宜加寬壩頂，適當放緩壩坡和採用上緩下陡的壩坡，並在壩坡變化處設置馬道。下游坡面頂部宜用大塊石幹砌，或用加筋堆石、表面用鋼筋網加固。宜用較低的防浪牆，並採取措施增加防浪牆的穩定性

地震區壩的安全超高，應包括地震湧浪高度。設計烈度為8、9°時，安全超高應計入壩和地基在地震作用下的附加沉降。

加大墊層區的寬度，加強和地基及岸坡的連接。

宜在面板中間部分選擇幾條垂直縫，縫內填塞瀝青浸漬木板或其他有一定強度的填充板。

宜增加河谷中間頂部面板特別是順坡向的配筋率。

宜增加壩體堆石料特別是在地形突變處的壓實密度。

壩體用砂礫石料填築時，應增加排水區的排水能力。下游壩坡以內一定區域宜採用堆石填築。**如何確定碾壓堆石體的本構關係、測定其係數如何進行壩體在施工期和運用期中的靜動力及變形分析，做好止水設計如何快速大面積澆築面板而防止開裂如何在較軟弱地基上修建面板堆石壩200米以上高面板堆石壩的問題五、研究任務**

土石壩基本剖面**設計步驟：進行壩型比選擬定壩的各部分尺寸進行滲透、穩定、沉陷的校核計算細部構造設計，地基處理設計計算工程量，取最優方案一、土石壩設計要求、步驟

剖面設計包括：壩頂高程、壩頂寬度、壩體坡度以及防滲體和排水設備等，設計要求見第一節。**壩頂高程＝水庫靜水位加相應的超高，取下列中的最大值設計洪水位+正常運用條件的壩頂超高正常蓄水位+正常運用條件的壩頂超高校核洪水位+非常運用條件的壩頂超高正常蓄水位+非常運用條件的壩頂超高，再加地震安全加高壩頂高程是指沉陷穩定後的，竣工時的壩頂高程預留足夠的沉陷超高。壩頂設防浪牆時，d為靜水位到牆頂的高差。正常情況壩頂應高出靜水位0.5m以上，非常情況不低於靜水位。二、壩頂高程**調節性能

不完全年調節

千年一遇設計洪水位(m)

274

萬年一遇校核洪水位(m)

275

正常高水位(m)

275

正常死水位(m)

230小浪底水利樞紐工程特性表

**壩頂超高：d=ha+e+A

式中ha為最大風浪爬高、e為最大風雍水面高（見第一章）、A安全加高（按建築物級別確定）壩的級別1234、5設計1.51.00.70.5校核山區、丘陵區0.70.50.40.3平原、濱海區1.00.70.50.3安全加高**三、壩頂寬度

壩頂寬度按構造、施工、運行和抗震等因素綜合確定。如無特殊要求，高壩可選用10～15m，中低壩選用5～10m，常取H/10。壩頂寬度必須考慮心牆和斜牆頂部以及反濾層的需求。寒冷地區還需有足夠的寬度以保護粘性土料防滲體免受凍害。**四、壩體坡度

壩坡與壩型、壩高、築壩材料、壩基性質以及施工方法有關，一般參照工程實踐類比擬定，然後核算、修改確定。在滿足穩定的前提下，盡可能陡以節約工程量。**常用壩坡：中低壩1：3

土質防滲體的心牆壩，下游壩殼為堆石時，壩坡為1：1.5～1：2.5，採用土料時1：2.0～1：3.5

斜牆壩下游壩坡可略陡，上游略緩面板壩：根據石料不同可選1：1.4～1：1.71：1.3～1：1.41：1.5～1：1.6

在變坡處設馬道—攔截雨水，防止沖刷壩面，交通、檢修、觀測，增加穩定。上游除觀測需要外，趨向不設馬道，下游壩坡也不設或少設。在壩坡上設置斜馬道效果良好，對壩面交通極為有利，設Z字形上壩公路，避免岸坡開挖道路。**上游壩坡比下游壩坡緩—上游壩坡長期處於飽和狀態，水庫水位也可能快速下降斜牆壩的上游壩坡比心牆壩緩—土質防滲體斜牆壩上游壩坡的穩定受斜牆土料特性控制，下游壩坡相反變坡與不變坡—粘性土料做成的壩坡沿高度分段，自上而下放緩（地震加速度分佈係數在壩頂較大）均質壩放緩下游壩坡—透水性大，為維持滲流穩定；壩基和壩體土料沿壩軸線分佈不一致時，分段採用不同坡率，壩坡緩慢過渡。**水布埡下游壩面2024-2-13102

土石壩滲流分析

2024-2-13103一、滲流分析概述分析目的：檢驗壩的初選形式與尺寸，確定滲流力以核算壩坡穩定進行防滲佈置與土料配置，根據壩內的滲流參數與逸出坡降，檢驗土體的滲流穩定，防止發生管湧和流土，確定壩體及壩基中防滲體和排水設施。確定通過壩及兩岸的滲流量並設計排水系統的容量2024-2-13104滲流計算內容：確定壩體浸潤線及下游出逸點的位置，繪製壩體及壩基內的等勢線分佈圖或流網圖；確定壩體與壩基的滲流量；確定壩體出逸段與下游壩基表面的出逸坡降，以及不同土層間的滲透比降；確定庫水位降落時上游壩坡內的浸潤線位置或孔隙壓力；確定壩肩的等勢線、滲流量或滲透比降。2024-2-13105滲流計算應包括以下水位組合情況：上游正常蓄水位與下游相應的最低水位；上游設計洪水位與下游相應的水位；上游校核洪水位與下游相應的水位；庫水位降落時上游壩坡穩定最不利的情況。

滲流計算應考慮壩體和壩基滲透係數的各向異性。計算滲流量時宜採用土層滲透係數的大值平均值，計算水位降落時的浸潤線宜採用小值平均值。對1、2級壩和高壩應採用數值法計算確定滲流場各因素，其他可採用公式計算。岸邊的繞壩滲流和高山峽谷的高土石壩應按三維滲流用數值法計算。2024-2-13106

土石壩的滲流為無壓滲流，有浸潤面，可視為穩定層流，滿足達西定律，簡化為平面問題。水位急降時產生不穩定流，需考慮浸潤面隨時間變化對壩坡穩定的影響。達西定律：連續條件：二維滲流方程：分析法：流體力學法、水力學法、圖解法和試驗法，最常用的是水力學法和流網法（圖解法）。2024-2-13107基本要點:

將壩內滲流分成若干段（即分段法），應用達西定律和杜平假定（假定任一鉛直過水斷面內各點的滲透坡降相等），建立各段的運動方程，根據水流連續性求解流速、流量和浸潤線等。二、水力學法基本假定：土料均一，各向同性滲流屬穩定流看作平面問題滲流看作層流滲流符合連續定律2024-2-13108平均流速：單寬流量：自上游面（x＝0，y=H1)至下游面（x=L,y=H2)積分得：積分（*），可得浸潤線方程：（*）（△）2024-2-13109（一）不透水地基上均質土壩的滲流計算1、均質壩的滲流計算

20世紀20年代前蘇聯學者提出，以浸潤線兩端為分界線，將均質土壩分為3段：上游楔形體、中間段和下游楔形體，分別列出計算公式，再根據水流連續原理求解，稱為“三段法”。2024-2-13110下游無排水用一個等效矩形體代替上游楔形體，把此矩形體與原三段法的中間段和而為一，成為第一段，下游楔形體為第二段。虛擬上游面為鉛直的，距原壩坡與設計水位交點A的水準距離為ΔL

上式根據流體力學和電擬試驗得到，式中m1為上游壩坡坡率；H1為壩前水深。2024-2-13111

通過第一段EOB’B’’的滲流量為：

第二段B’B’’N，可以下游水面為界，分為水上和水下兩部分，應用達西定律，可得通過第二段的滲流量為：

根據水流連續條件q＝q1＝q2，聯立以上兩式，可求得a0和q。浸潤線方程可以用（△）求得，求出後還應對浸潤線進口進行修正：自A點引與壩坡AM正交的平滑曲線，曲線下端與計算所得的浸潤線相切於A’。壩體為貼坡排水對壩身浸潤線位置沒有影響，計算方法與下游無排水相同。2024-2-13112②下游有褥墊排水

根據流體力學計算表面，浸潤線可由一通過E並以排水起點為焦點的拋物線來表示。焦點處的高度為he，拋物線的原點在排水起點後he/2處，可得拋物線的公式為：2024-2-13113

拋物線通過E(x=0,y=H1),代入可得

代入流量公式，可得單寬流量：2024-2-13114下游棱體排水當下遊無水時和褥墊式相同，下游有水時，可將下游水面以上部分按照無水情況處理。2024-2-13115（二）心牆壩的滲流計算心牆土料的滲透係數很小，比壩殼小10E4倍以上，可不考慮上游楔形體降落水頭的作用。下游壩殼的浸潤線也較平緩，水頭主要在心牆部位損失。下游有排水時，可假定浸潤線的出逸點為下游水位與堆石內坡的交點A。將心牆簡化為等厚的矩形，δ＝（δ1+δ2)/2,則可求通過心牆段的單寬流量q1和心牆下游壩殼的單寬流量q2，聯立求得心牆後浸潤線高度h和q2024-2-13116（三）斜牆壩的滲流計算將斜牆簡化為等厚的矩形，δ＝（δ1+δ2)/2,則可求通過斜牆的單寬流量q1和斜牆壩殼的單寬流量q2，聯立求得h和q2024-2-13117（四）有限深透水地基土石壩的滲流計算1、均質壩的滲流計算均質壩透水地基深度為T，滲透係數為KT，壩體滲透係數為k，可將壩體和壩基分開計算。壩體部分按不透水地基計算。可假定壩體不透水，按下式計算壩基的滲流量：式中n為流線彎曲對滲徑的影響，可查表。2024-2-131182、心牆壩的滲流計算透水地基上築有混凝土防滲牆。滲流計算分防滲體段和牆後段兩部分。通過防滲心牆和地基防滲牆的滲流量為：聯立求得q和h。2024-2-131193、斜牆壩的滲流計算有截水牆的斜牆壩計算分為斜牆截水牆和牆後壩體及地基兩部分，分佈用平均厚度代替變厚的斜牆和截水牆。斜牆和截水牆的滲流量q1和斜牆、截水牆後的滲流量q2，聯立可求得q和h。2024-2-13120公式計算時，可作如下簡化：滲透係數相差5倍以內的相鄰薄土層可視為一層，採用加權平均滲透係數；雙層結構壩基，如下臥土層較厚，且滲透係數小於上覆土層滲透係數的1/100，可將下層視為相對不透水層；當透水層壩基深度大於建築物不透水層底部長度的1.5倍以上時，可按無限深透水層情況估算。2024-2-13121三、流網法

複雜剖面和邊界條件，用計算方法求解土石壩浸潤線比較困難，且不准確。流網法可求出滲流區任一點的滲透壓力、坡降、流速及滲流量。流網的概念：滲流場：滲流運動的水質點所充滿的空間．流線：水質點運動的軌跡．等勢線：滲流場中勢能相等的各點連線流網：流線與等勢線組成的網格2024-2-13122流網的畫法：

浸潤線和不透水地基的表面都是流線；上下游水下邊坡都是等勢線；下游邊坡出逸點至下游水位既是等勢線又是流線。出逸段和浸潤線上各點壓力均為大氣壓力。根據經驗初擬浸潤線位置及出逸點，然後將上、下游落差等分，等分的水平線與浸潤線的交點即為等勢線與浸潤線的交點，由交點繪製與等勢線，一端垂直浸潤線，一端垂直於地基表面，然後繪製流線，反復修正。2024-2-131232024-2-131242024-2-13125四、滲透變形及防止措施1、滲透變形：定義：土石壩及地基中的滲流，由於物理和化學作用，土體顆粒流失，導致土壤發生局部破壞，稱為滲透變形。滲透變形及其發展過程與土料性質、顆粒級配及水流條件、防滲、排水措施等因素有關。2、常見滲透變形的型式：管湧、流土、接觸沖刷、剝離、化學管湧等。管湧：在一定滲流作用下，土體中的細顆粒沿骨架顆粒所形成的孔隙管道移動或被滲流帶走，發生於無粘性土中（沙礫料）。2024-2-13126流土：指在滲流作用下，粘性土及均勻無粘性土體被浮動的現象。流土常見於下游逸出處。接觸沖刷：滲流沿著兩種不同介質的接觸面流動時，把其中顆粒層的細粒帶走。接觸流土：滲流垂直於兩種不同介質的接觸面流動時，把其中一層的細粒，移入到另一層中去。例如反濾層的淤塞。化學管湧：指土體中的鹽類被滲流水溶解帶走的現象。2024-2-13127滲透變形的判別：

1、用土料的不均勻係數η；

2、用土體的孔隙直徑與填料粒徑之比；

3、用土體的細粒含量來判別。2024-2-131282024-2-131293、滲透變形破壞標準及防止措施土體在滲流作用下是否發生滲透破壞，主要取決於土體本身的抗滲強度。通常用臨界坡降作為判定標準。

臨界坡降指土體中的細粒隨著滲流的加劇，由靜止轉化為運動狀態的坡降，可通過試驗和計算確定。2024-2-13130

滲透穩定和滲透坡降及土的組成有關，增加抗滲穩定的工程措施：降低滲透坡降；增加滲流出口處土體的抗滲能力。具體有：①增大滲徑，降低滲透破壞或截阻滲流；②設排水溝或減壓井，降低下游滲流出口處的滲透壓力。在可能發生管湧地段，需設反濾層，攔截細粒；可能發生流土地段，加設蓋重。**

土石壩穩定分析

**

土石壩在自重、水荷載、滲透壓力和地震荷載作用下，若剖面尺寸不當或壩體、壩基土料的抗剪強度不足，壩體或壩體連同部分地基發生滑動，造成失穩。壩基內有軟弱夾層時，也可能發生塑性流動。飽和細沙受地震作用還可能發生液化失穩。分析目的：分析壩體及壩基在各種不同條件下可能產生的失穩形式，校驗其穩定性，確定壩體經濟剖面。失穩特點：壩體由散粒材料組成，不會出現整體滑動或傾覆失穩，只可能發生局部失穩破壞。一、穩定分析概述**穩定破壞形式滑動：壩或壩基材料的抗剪強度不夠，沿某一滑動面向下坍滑。液化：細砂或均勻砂料，地震、打樁振動、爆炸飽和的松砂受振動或剪切而發生體積收縮，孔隙水不能立即排出，有效應力轉化為孔隙應力，砂土抗剪強度降低，砂料隨水的流動而流散。影響因素：有效粒徑小，孔隙比大，砂料均勻，受力體大，受力猛，透水性小，易液化。美國福特派克壩380萬立方米的砂體在10分鐘內流失；鐵路橋因火車振動而液化。塑性流動：壩體或壩基剪應力超過了土料抗剪強度，變形超過彈性極限值，壩坡或壩腳地基土被壓出或隆起，壩體產生裂縫或沉陷。軟粘土壩體容易發生。**滑動面形狀1、曲面滑動面滑動面頂部陡而底部漸緩，曲面近似圓弧，多發生於粘性土中。2、折線滑動面多發生於非粘性土坡，如薄心牆壩、斜牆壩；折點一般在水面附近。3、複式滑動面厚心牆或粘土及非粘土構成的多種土質壩形成複式滑動面。當壩基內有軟弱夾層時，滑動面不再向下深切，而沿夾層形成曲、直組合的複式滑動。**荷載:1、壩體自重

壩體內浸潤線以上部分按濕容重計算，下游水位以上按飽和容重，下游水位以下部分按浮容重計算。濕容重：單位體積中土、水、空氣的重量。飽和容重：水占滿了土中的空隙，單位體積內水和土的重量。浮容重：土的有效重量，等於飽和容重-12、滲透壓力：

動水壓力方向與滲流方向相同，作用於單位土體上的滲流力可按下式計算：f=γj

式中γ為水的容重，j為滲透坡降滲透壓力對邊坡穩定不利二、荷載及