茅坪溪防护工程土石坝建设设计书

茅坪溪防护工程 土石坝建设设计书 程概况 茅坪溪防护工程的缘由：茅坪溪是长江上的小支流，其出口位于三峡大坝上游约1右岸。流域面积 茅坪溪防护坝址以上的流域面积为 流域属底山丘陵区，流域内人口约 人，耕地 。茶园 ，果园 ，直接淹没人口 6561 人。淹没区内有成片的良田，是湖北省秭归县重要的产量田区和农业经济区。该县人多地少，坡多田少，移民难度大。经中央部位审定，修建茅坪溪 防护工程。 茅坪溪防护工程包括泄水建筑物（遂洞接涵洞）和防护坝（沥青混凝土心墙堆石坝）。本设计是针对防护大坝。 文气象 长江流域气候温暖，雨量丰沛，多年平均降水量 1100季 4 10 月占全年降水的 85%。也经常发生洪，涝，旱，冰雹，滑坡，泥石流等自然灾害。多年平均气温是16 18夏季最高超过 40 冬季 o ，无台风灾害，降水集中形成暴风雨区，流域内较大日暴风雨覆盖面约 3 万 15 万。最大达 。 形地质条件 坝址基岩为前 震旦纪 闪云斜长花岗岩。岩体中有岩俘虏体和闪长岩包裹体，以及后期侵入的酸基性岩脉。闪云斜长花岗岩岩性均一，完整，力学强度高。微风化和新鲜岩石的饱和抗压强度达 100性模量达 30 坝区主要有两种断裂构造，一组走向北北向，另一组走向北被动，倾角多在 60上。断层规模不大，且胶结良好。通过坝基规模较大的断层有 ，出露在左漫滩上。缓倾角裂隙不甚发育，仅占裂缝总数的 13%，其中北北东 倾角东南为主，倾角为 15 30 花岗岩的风化层分为全，强，弱，微 4 个风化带。风化壳厚度（全，强，弱 3 个风化带），以山脊部位最厚，可达 20 40 米。山坡与一级阶地次之，沟谷，漫滩较薄，主河床中一般无风化层或风化层厚度很小，平均厚度 。坝基 除 利用微风化岩体外，部分弱风化下亚带岩体亦可用作建基岩体。混凝土与建基岩面间的抗剪（断）强度，摩擦系数（ F）取值 聚力（ C）为 基岩体岩石与岩石间的抗剪断强度，视不同的结构类型的岩体 F 与 C 值分别为 四纪 松散堆积物主要是河流冲积层，葛洲坝水库蓄水后，主河槽及后河普遍淤积有原 5 18 米的细沙。 坝址水文地质条件简单，微风化和新鲜岩体的透水性微弱，有 80%以上的压水试验段的岩体单位透水率小于 1余试验段主要为弱，中等透水位。 坝之区域地壳稳定条件好，不具备发生强烈地震的背景，为典型的弱震构造环境，基本烈度为度。经过多年的勘测研究，三峡工程坝址地质条件甚为优越，是一个难得的好坝址。 坪溪防护大坝 计标准 茅坪溪防护大坝与三峡大坝共同拦挡三峡库水，挡水水头为 80 米。经审定茅坪溪防护大坝 等级与三峡大坝相同，为一等工程。防护大坝按 1 级建筑物设计。大坝正常蓄水位为 175 米。校核水位为 。地震设计烈度为 7 度，均与三峡大坝相同。背水侧茅坪溪设计洪水位（ 20 年一遇） ，校核洪水位（ 100 年一遇）为 ，非常洪水位（万年一遇）考虑调蓄后为 。 面布置 茅坪溪防护大坝位于陈家冲到板桥和韩家嘴之间。坝址处河谷地形较为开阔，河谷走向约为 25 坝轴线峪河谷走向交角约 65o，自右岸的吴家湾通过茅坪溪与左岸松柏坪以上的山包相接。河谷两岸不对称，右岸山体雄厚，坝肩头（吴家湾）高程 232 米，冲沟较发育。坝轴线斜跨一冲沟，其余段基本沿山梁展开，其平均坡度角约 8o，跨沟谷处坡角 35o。左岸坝肩山头（吴家湾）高程 ，谷坡基本顺直，自让坡角较陡一般为 30o 500o。坝轴线基本沿分水岭脊线布置，地形高程 190 米 200 米，最高 （松茅坪）。左坝肩两侧冲沟对应发育，在山脊汇合形成鞍部，。山体较单薄，高程 175 米处最小山脊宽 40 米。在此垭口 处设一副坝，轴线长80 米，走向为东南 165o。 它设计资料 程特征水位 上游正常蓄水位 应下游水位 洪限制水位 枯季消落水位 1000年一遇洪水水库水位 10000年一遇洪水水库水位 应下游水位 地震烈度 场地基本烈度为 6度，防护大坝设计烈度为 7度。 坝材料的技术指标 表 建筑材料名称 比重 容重（吨 /立方米） 孔隙率 抗剪强度 渗透系数 k (cm/s) 湿饱摩擦角 凝聚力 c(kg/ 土料（壤土） =24 =25 10 5 砂砾料 水上36 水下34 10 2 堆石 0 沙砾料坝基 水下35 1 10注：沥青混凝土渗透系数 10 1 2土料颗粒级配 粒径（ 3 %碎 石 路 面 厚 2 0砂 石 垫 层 厚 3 0干 砌 石 护 坡 厚 3 0混 凝 土 面 板 2 0碎石垫层两层厚3 0碎 石 垫 层 厚 2 0砂砾料坝壳排 水 沟 2 0 * 2 01200110040图 6坡 土石坝的上游面要承受波浪淘刷，冰层和漂浮物的撞击，顺坡水流的冲刷等破坏作用。下游坝面受雨水 ，大风，冻胀干裂，尾水部位的风浪，冰层，动植物等的破坏作用。因此上下游坝面都应设置护坡。护坡范围：上游坝面护至坝底，下游坝面需全部护砌，由坝顶护至排水体顶部。 （ 1） 上游护坡：上游采用浇混凝体防冲板护坡。 迎水面护坡混凝土板厚 坡下设垫层分别为 的碎石和 的砂砾石。护坡在底部和马道处应适当加厚 ，并嵌入坝体或坝基。见图 6砂 砾 石 3 0碎 石 3 0混 凝 土 2 01 ：2 3. 01 ：3 位 （ 2）下游护坡 下游护坡采用干砌石，厚度为 面设厚度为 坡范围至排水体顶。见图 6 干 砌 石 护 坡 厚 4 0碎 石 垫 层 厚 3 01 ：2 3 （ 3） 坝面排水 为防止雨水冲刷，下游坝面应设置纵横连接的排水沟，沿坝体与岸坡结合处，也设置排水沟以拦截山坡上雨水，纵向排水沟沿马道内侧布置，用浆砌石做成梯形。横向排水沟每隔 100米设一条。见图 6 图 6水体 排水体设置土石坝防渗后仍有一定量的渗水 ,故在坝体下游部分还必须设置排水设备 ,其作用是控制和引导渗流安全地排水出坝外 ,降低坝体浸润线及孔隙水压力 ,增强坝 坡稳定 ,保护下游坝坡免受冻胀破坏 要求其具有充分的排水能力 ,不堵塞 ,以保证在任何情况下都能自由地向下游排出全部渗水，块石与坝体 ,坝基结合处的反滤层应安全可靠 ,以保证坝体和坝基不发生渗透破坏 ,并应便于观测和坡度修 贴坡排水 ,棱体排水 ,褥垫排水 ,管网式排水及综合排水 棱体 排水可降低坝体浸润线防止坝坡冻胀 ,保护坝脚免受尾水淘刷 增强坝坡稳定性 ,是一种可靠有效应用广泛的排水型式 本地区石料丰富 ,恰好适用 ,节约造价 . 本设计下游坡脚用块石堆成棱体，棱体顶应高出下游水位超出高度应波浪爬高，且对于级坝应不小于 设计取 110m。棱体内坡由于施工条件确定坡度为 1： 坡为 1： 道 1:堆石体图 6 - 体与坝基防渗设计 本设计采用沥青混凝土斜墙 ,将其布置于剖面偏上游处 容易满足防渗要求 ,但其抗剪强度低 ,施工受气候影响大 ,采用薄心墙式 81,考虑机械施工要求 ,墙顶厚度为 于当地多年平均最大冰冻厚度 :1： 基设混凝土防渗墙，厚度 1m. 土石坝是就地取材的建筑物。筑坝地点大都贮藏着几种土料，因此选择一种或几种土料作为筑坝材料，是设计土坝的一个重要组成部分。根据坝体各部位不同的工作条件，合理选择性能相近的土 石料及布置组成，不同的部位对土石料的选择及布置有不同要求。 壳对土石料要求 填筑坝壳的土石料，应具有较好的透水性，以减少坝体内孔隙压力和渗透力 具有较高的抗剪强度，以减少坝体工程量。 具有一定的抗渗稳定性，不易发生管涌，土石料级配要求好，不均匀系数宜大些。 应具有较好的抗震稳定性，不易遇震发生液化。 基于上述要求，坝壳材料采用石渣料。 渗体对土石料的要求 应具有一定的不透水性，要求渗透系数 K 51 10 cm/s。 应具有一定的可塑性，以适应坝身和坝基的变形而不致产生裂缝。 有机质含量 2（按重量计）；水溶盐含量 3 基于以上要求，本设计防渗体采用沥青混凝土，水设施和护坡的结构布 置 用于排水设施和护坡的石料，应具有较高的抗压强度、良好的抗水性、不易溶蚀，并具有抗冻融性和抗风化性。饱和抗压强度应不小于 400化系数（饱和 抗压强度与干抗压强度之比）不小于 石孔隙率不大于 3，吸水率（按孔隙体积比计算）不大于 重应大于 22 3/KN m ，可采用块石、碎石和砾石。 基于上述要求，排水设施采用棱体排水，护坡采用干砌石。 滤层的结构布置 反滤层应具备以下要求： 未经风化与溶蚀，而且坚硬，密实，耐风化以及不易被水溶解； 透水性很大，要求其渗透系数至少大于被保护渗透系数的 80 具有一定的抗剪强度； 没有塑性； 具有高度的抗水性和抗冻性，粗粒间应有较好的透水性，粒径 d颗粒含量应小于 5%。 基于以上要求，反滤料采用砂砾料。 土石坝地基处理应力求做到技术上可靠，经济上合理。筑坝前要完全清除表层的腐殖土，以及可能发生集中渗流和滑动的表层土。 基清理 大坝基础至坝脚线外 10 米范围内的树林，树根，耕枯土，垃圾，工厂废料，地表孤石，梯田硬石及田边块石，河床底的淤泥，沙壤土等应清理，地质勘探的钻孔，试坑，平洞井。泵等均应回填。坝基清理后，应平整密实，无明显陡坎和台阶，坡度一般不陡于 1:避免土坝与岸坡的接触面产生裂缝现象，坝体岸坡应削成斜面或接触面，不应成台阶状，反坡或突然变坡。应对坝基进行平整，振动碾压或夯板夯实。 石坝的防渗处理 学习过的坝基防渗措施有截水槽，板铺盖，混凝土防渗墙，帷幕灌浆，化学材料灌浆等。渗流控制的原则是“上游堵，下游排”。由于本坝址基岩为闪云斜长花冈岩，属怪硬岩石类。故本设计采用截水槽与帷幕灌浆相结合。 石坝与坝基的连接 由于坝体是建基岩上的所以本坝在坝底做混凝土齿墙与坝基连接。 土石坝的岸坡应清理成缓慢的坡度，不应为阶梯状或反坡。对不宜消除的反坡用贴补混凝土修整，填补凹坑，当岸坡上缓下陡时，凹出部位的变坡角应小于 20 。开挖坡度不宜太陡，岩石岸坡不陡于 1： 1： 岸坡不陡于 1：砾坝壳部位的岸坡以维持岸坡自身稳定为原则。为延长渗径，黏土心墙在岸坡结合处应适当加宽，心墙一般加宽 1/4 1/3。 缝处理 土石坝裂缝按其产生的原因分为干缩和冻融裂缝、变形裂缝、滑动裂缝和水力剪裂缝。 干缩裂缝是由于土体表面失水发生收缩，而土体内部不收缩或收缩很小使表层土受到约束，产生拉应力而形成裂缝。冻融裂缝是由于土体冻结后气温骤降，表层冻土收缩时受到内部未降温土的约束，因而发生在表层。 此裂缝深度不大，但要注意不让雨水进入其中，以免发生冲蚀使裂缝扩展，在寒冷地区，土石坝表 层有足够厚度的非粘性土保护层，可防止冻裂。 由于坝体不均匀沉降引起的，这种裂缝一般规模较大，深入坝体内部，是破坏坝体完整性的主要裂缝。而引起坝体不均匀沉降的因素很多，有坝址、地形、筑坝材料等的性质。坝基均匀变形，坝体内部有无建筑物和施工质量等对这种变形应对其坝址做一定处理，对填筑材料的含水量应控制在塑性附近，故这时土料压塑性小，抗拉强度大，在施工过程中停歇时，应在坝体表面、无粘性土或松土保护，防止发生干缩和冻融裂缝，这种裂缝如果不处理虽是表面的，但竣工后会 2 加速变形，有可能发生裂缝部位加原反滤 层或外加反滤层防止漏水。 由于滑移土体发生位移而出现的裂缝。此裂缝与发生在滑坡顶部。此裂缝是滑坡的前兆，一旦发生将迅速延伸扩展，应密切注意和及时处理。 由于水压力引起的水平或垂直裂缝。裂缝处理： （ 1）当裂缝位于内部或延伸至深处时，可采取灌浆处理 （ 2）对于深度小于 5m 的裂缝，一般可采用人力挖除回填，深度大于 5 8. 工程量计算 基开挖工程量计算 表 基开挖工程量计算表 编号 特征断面桩号 开挖深度 特征断面开挖面积 特征断面间距 坝基开挖工程量 0+000 0 0 0+115 10 15 0+221 10 06 0+347 9 26 0+456 09 0+544 22 8 0+652 9 08 0+757 05 0+882 9 25 0+1071 0 189 体工程量计算 防浪墙 = 32 0 . 5 1 0 7 1 1 0 7 1 m 帷幕灌浆方量计算可参照下式计算： 1000Q （ 式中： Q 浆液总用量， L v 注射对象的土量， n 土的孔隙率 k 经验系数 软土、黏性土、细砂 k=砂、粗砂 k=砂 k=陷性黄土 k=知， k= . 6 8 9 . 8 11 1 0