6.第五章 土石坝.ppt

第五章土石坝 第一节概述第二节土石坝的基本剖面第六节筑坝土石料及填筑标准第七节土石坝的构造第八节土石坝的坝基处理第九节土石坝与坝基 岸坡及其他建筑物的连接第十一节堆石坝 第一节概述 一 土石坝发展概况二 土石坝设计的基本要求三 土石坝的分类四 土石坝设计中的几个问题五 土石坝的组成 一 土石坝发展概况 起源早4000多年前 中国 埃及 印度 秘鲁等地就已开始修建土石坝 2 数量多 国外100m以上高坝中 土石坝的比例为38 1986年前 到1974年达到了56 1975年达62 1982年达270座 80年代末达75 最高的土石坝为塔吉克斯坦的罗贡土坝 高335m 我国从解放以来共建坝86000余座 其中土石坝占95 以上 坝高15m以上的共1800余座 其中土石坝约1500余座 但百米以上的高坝少 主要有陕西的石头河 114m 河南小浪底 173m 龙门水库土石坝 220m 鲁布革 103m 在建的清江水布垭 175m 等 3 土石坝发展快的原因 1 就地取材 三材用量少 场外运输工作量小 随着土石坝筑坝技术的发展 对筑坝材料的要求越来越宽 2 能适应各种地形 地质 地形地质条件适合建砼坝的所剩越来越少 气候条件和高烈度地震地区 3 结构简单 工作可靠 维修 加高方便 寿命长 4 岩土力学理论 试验手段和计算技术的发展 提高了土石坝分析计算的水平 保障了土石坝设计的安全可靠性 5 大容量 多功能 高效率施工机械的发展 提高了土石坝的施工质量和进度 降低了造价 6 高边坡 地下工程结构 高速水流消能防冲等土石坝配套工程设计和施工技术的综合发展 二 土石坝设计的基本要求 1 具有足够的断面维持坝坡稳定 土石坝失事主要是坝坡滑坡 约占25 如美国的马歇尔坝 2 防渗体及排水设施应满足渗透稳定要求 1976年美国提堂坝渗透失稳 3 须建专门的泄水建筑物 土石坝不允许水流漫坝 4 合理选择土石料 坝的结构形式及各部位土石料的配置 选择合理的填筑压实标准 避免产生有害裂缝 5 采取恰当的构造措施 抵抗其它自然灾害的破坏 使坝体运行可靠 耐久 三 土石坝的分类 1 按坝高分 碾压式土石坝设计规范 SDJ218 84 高坝 坝高大于70m中坝 坝高为30 70m低坝 坝高小于30m 2 按施工方法分 1 碾压式土石坝 土料分层铺填 逐层碾压实心密实而成 2 水力冲填坝 用高压水枪在料场中冲击土体 形成泥浆 用泥浆泵泵送至坝址 经沉淀 排水固结而成 质量难以保证 高坝不用 3 水坠坝 在高于坝体的土料场造成泥浆 靠自重经输泥渠流入坝址的畦块里 经沉淀 排水固结而成 黄土高原独创 最高为延安长城水库坝 高70m 4 水中填土坝 用易崩解的土料 逐层倒入水中填筑而成 依靠土体自重和运输车辆的重量压实 土体在水中崩解后重新固结形成坝体 特点 对土料要求特殊 坝体干容重低 抗剪强度小 坝坡必须平缓 工程量大 主要用于华北 广东等地 最高坝为山西汾河土坝 60m 5 定向爆破筑坝 按预定要求用炸药在一岸或两岸爆破 将石料抛向坝址后经修整而成 我国已用此法建坝40余座 最高为陕西石砭峪水库坝 82 5m 3 按筑坝材料分堆石坝 石料含量大于50 土石坝 石料含量在5 50 之间土坝 石料含量小于5 4 按防渗体材料分 1 均质土坝 坝体由一种土料构成 坝体即为防渗体 2 土质斜墙坝 相对不透水或弱透水土料筑成防渗体布置在坝体上游坡面内附近 而以透水土石料筑下游支撑体 3 心墙土石坝 防渗体在坝体中部且大体垂直 防渗体由相对不透水或弱透水土料筑成 或由沥青混凝土 混凝土 钢筋混凝土等人工材料筑成 4 斜心墙土坝 防渗体在坝体中部 倾向上游面 5 面板土石坝 沿坝体上游面布置的钢筋砼 沥青砼面板或塑料薄膜防渗 坝体由透水或半透水土石筑成 四 土石坝设计中的几个问题 坝坡选择 土石料是散粒材料 为维持稳定 应增加坝体上 下游面坡度 而坝坡的缓陡与工程量大小密切相关 直接影响到土石坝的经济性 如何合理确定坝坡 使坝坡满足稳定要求 且工程量较小 是土石坝设计的首要问题 保证洪水不漫顶 土石坝抗卸洪水能力较差 一般不允许坝顶过水 须设置专门的泄水建筑物 土石坝坝顶超高要足够 1975年淮河上洪水导致两土石坝漫顶而跨坝 有效控制渗透流量 防止出现浪砂或管涌 失事坝中40 由渗透破坏引起 因此必须进行渗流分析 采取有效的降渗措施 坝体的沉降 分层碾压后 坝体后期沉降仍不可避免 尤其在土基上筑坝时 沉降量更大 堆石坝由于坝体重量大 沉降更明显 故应建在坚实地基上 早期沉降为60 80 长工期沉降为0 2 0 4 抵抗外界自然现象破坏的能力差 受雨水 风 波浪作用冲蚀 冰冻后会产生裂缝 日晒后会龟裂 故应进行护面 五 土石坝的组成 坝壳 坝体 防渗体 排水设备 护坡 砼 草皮 第二节土石坝的基本剖面 一 坝顶高程二 坝顶宽度三 坝面坡度 一 坝顶高程 正常蓄水位 波浪爬高 安全超高 正常 坝顶高程 max最大洪水位 波浪爬高 安全超高 非常 正常蓄水位 超高 正常 max最大洪水位 超高 非常 超高值 波浪爬高 坝前水位壅高 安全加高 波浪爬高按下式计算 式中 hl 设计波高 m m 坝坡坡率n 坝坡护面糙率 对抛石护面 取0 035 对干砌石护面 取0 0275 对浆砌石勾缝护面 取0 025 对沥青及砼护面 取0 0155 或用下式计算 式中 K 护面粗糙系数 块石护面取0 77 砼护面取0 9 1 0 上游面坡角 二 顶宽与坝坡 顶宽 考虑运行 施工 构造 交通 人防 粘土防渗体顶宽及对其防冻保护的厚度要求 最小顶宽一般中低坝5 10m 高坝10 15m 坝坡 一般规律 上游缓下游陡 上游坡长期饱和水位可能快速下降 砂土料比堆石料上下游坡率差别大 斜墙坝比心墙坝的上游坡缓下游坡陡 粘性土料的稳定坝坡为一上陡下缓曲面 常沿高度以10 30m分段按0 25或0 5的坡率差从上而下逐段放缓 粉土 砂 轻壤土均质坝透水性大 应适当放缓下游坡 坝基或坝体土料沿坝轴线分布不均时应分段采用不同坡率 不同坡率以过渡区缓慢变化 一般坡率 中 低均质坝平均1 3 土质心墙坝 下游坡 堆石坝壳的1 1 5 2 5 土料坝壳的1 2 0 3 0 上游坡 堆石坝壳的1 1 7 2 7 土料坝壳的1 2 5 3 5 土质斜墙坝 下游坡 比心墙坝的偏陡上游坡 比心墙坝的偏缓 石质坡放缓0 2 土质坡放缓0 5 面板坝 下游坡 堆石坝壳的1 1 3 1 4 卵砾石坝壳的1 1 5 1 6上游坡 石料坝壳的1 1 4 1 7 注 土石坝下游坡常沿高程10 30m设一宽不小于1 5 2 0的马道 上游坡视情况也可增设马道 堆石坝下游坡也常1 2条马道 第六节筑坝土石料及填筑标准一 土石坝对材料的一般要求 1 具有一定的强度 抗渗性 抗冻性 排水性 根据使用部位不同 要求各不相同 2 工程性质的稳定性 即土料不会随时间变化而发生较大变化 3 良好的压实性能 即土料易被压实 二 均质土坝对土料的要求 1 强度 粘粒含量一般为10 30 对粘性土 要求用塑性指数Ip 7 17的壤土 塑性指数 土料塑性上 下限含水量的差值 间接表明土的强度随含水量变化而变化的关系 含水量越大 塑性越大 强度越低 2 抗渗性 K 10 4cm s 影响K的主要因素有 土料颗粒级配 孔隙比 动力粘滞系数 土中空气封闭量等 3 有机质含量小于5 易溶盐含量小于8 三 防渗体对土料的要求 1 选择防渗体土料的基本原则 1 防渗性能 K 10 5cm s 或K壳 K防渗体 1000 2 抗剪强度 取决于坝壳强度 一般土料均可满足要求 3 压缩性 稳定 与坝壳土料接近 避免出现不均匀沉降导致裂缝产生 4 抗渗稳定性 有较高的抗渗变形能力 有一定的塑性 Ip 10 17 5 含水量 接近最优含水量以便压实 6 级配 小于0 05mm的粘粒不超过40 常用15 30 最大粒径不大于铺土厚度的2 3 不均匀系数不小于5 7 有机质含量小于1 易溶盐含量小于3 2 常用的防渗体材料主要是粘土 壤土等细颗粒土 从60年代起国外也有用砾石土 风化砾石土作防渗体的情况 3 填筑标准根据 碾压式土石坝设计规范 SDJ218 84 的个性和补充规定 对填筑密度的规定如下 1 对不含砾或低含砾粘性土料 以干容重作为指标 按击实试验的最大干容重乘以压实系数确定 对一 二级坝 压实系数大于等于0 97 0 99 对三级坝 压实系数大于等于0 95 0 97 2 对含砾粘性土料 当细料压实性相近时 参照 1 的标准执行 对粗料含量小于30 的 可以细料的干容重按相应公式计算不同粗料含量的砾石土的干容重作控制标准 3 对土料性质和压实性差异大时 按细料压实度指标控制 一 二级坝压实度不小于0 97 0 99 三级坝压实度不小于0 96 三 坝壳材料 1 坝壳的作用 维持坝体稳定 2 坝壳对材料的要求 足够的强度 稳定性 排水性 一般无防渗要求 3 常用材料 中砂 粗砂 砾石 卵石及其混合料 4 风化料 软岩的应用随着碾压机械和碾压方法的改进 对石料的要求逐步放宽 可使用一定量的风化料和软岩填筑高坝 但在使用风化料和软岩时应注意 1 分区使用 质量差 粒径小的在内侧 质量好 粒径大的在外侧 2 表面应用1 1 5m厚的坚硬岩石覆盖 起保护作用 防止内部风化料继续风化 3 细粒含量应适当控制 保证具有较好的透水性和压实密度 4 防止细料过分集中 形成软弱面 5 填筑标准 1 砂性土 以相对密实度Dr作为控制指标 一般要求Dr 0 7 0 75 对地震区 浸润线以上Dr 0 7 浸润线以下Dr 0 75 0 85 2 填石料 以孔隙率作为指标 20 28 四 反滤料 过渡料 排水材料 采用质地致密坚硬 具有高度抗水性和抗风化能力的砂石料 尽量利用天然砂砾料 也可用人工砂石料 不宜用风化料 抗水性 孔隙率不大于3 吸水率不大于0 8 容重不小于2 2t m3 抗溶蚀性 不易溶蚀 抗冻融 抗风化 第七节土石坝的构造 一 防渗体二 坝顶和护坡三 坝体排水和反滤层四 土工合成材料的应用五 土石坝的裂缝控制 一 防渗体 1 土质防渗体主要结构形式 心墙 斜墙厚度 通常用平均容许坡降作控制标准心墙Ja 4 斜墙Ja 5 随反滤层设计完善Ja有增大趋势 顶厚 应大于3m 便于机械化施工 底厚 厚心墙为 30 50 H 薄心墙为 15 20 H H 水头 高度正常运用情况下在静水位以上超高 斜墙为0 8 0 6m 心墙为0 6 0 3m 非常运用情况下不低于该工况下的最高水位 保护层防渗墙顶部及斜墙上游侧均应设置保护层 防止冰冻或干裂 保护层厚度不小于冻结或干燥深度 反滤层防渗体与壳之间 截水槽与坝基透水层之间 下游渗流逸出处均应设反滤层 2 沥青混凝土防渗墙特点 抗渗性能好 K 10 7 10 10cm s 塑性和柔性也较好 对裂缝有一定愈合功能 形式 心墙或斜墙心墙 适用于坝上游坡n 铅直或斜心墙 顶厚 30cm 底厚 中低坝 40 60cm H 50 高坝 1 90 1 130 H 心墙两侧设过渡层斜墙 适用于坝体上游边坡n 2 下设碎石或砾石垫层1 3m 垫层上铺厚3 4cm的沥青碎石层作斜墙的基垫 3 刚性防渗体 砼防渗墙斜墙 由砼板拼装成 周边设柔性止水顶厚 0 3 0 5m 底厚 0 4 0 5 H 或t 30 AH计算 A 0 2 1 0 心墙 现浇 顶 底厚度尺寸同斜墙 二 坝顶和坝坡 1 坝顶 碎石 块石 沥青混凝土或混凝土铺面 上游侧设防浪墙 墙浆砌石 混凝土 防浪墙与防渗体相连 坝顶面应一侧或两侧倾斜坡度为2 3 2 护坡 形式 碎石 堆石 抛石按反滤原则设置 草皮必要时用沥青混凝土或混凝土 高度死水位以下2 5米至坝顶 作用 防止波浪淘刷 防止雨水冲刷 防冲撞作用 防冻 防晒 三 坝体排水及反滤层 1 排水设施的作用及类型作用 降低坝体浸润线 防止渗流溢出处的渗透变形 增加坝坡稳定性 防止冰冻破坏 有时还可降低孔隙水压力类型 坝体排水 坝基排水 坝坡排水 2 坝体排水 棱体排水 在下游坝趾处用块石堆成棱体高度 对 级坝 H 1 0对 级坝 H 0 5棱体边坡为 上游侧 1 1 0 1 1 5下游侧 1 1 5 1 2 0作用 可降低浸润线防止坡体冻胀保护下游坝脚不受尾水淘刷增加坝体稳定性特点 排水效果好 结构简单 但石料用量大 费用高 施工时与坝体填筑有干扰 检修困难 贴坡排水 在下游坝坡表面先做反滤层 后填 层堆石或砌石顶部高出浸润线溢出点 级坝 2m 级坝 1 5m 排水体厚度 大于冰冻厚度特点 构造简单 用料较省 施工方便 易检修 不能降低浸润线 易受冰冻影响适用范围 中小型工程 下游无水的均质坝 浸润线位置低的中坝 坝内排水 褥垫排水层 网状排水带 竖式排水体 褥垫排水 沿坝基面平铺的 由块石组成的排水层 褥垫伸入坝体不大于 1 4 1 3 坝底宽 褥垫堆石层厚0 4 0 5m 排水体倾向下游 坡度为0 005 0 1特点 当下游无水时可有效降低浸润线 有助于坝基排水 加速软粘土地基固接 缺点 但对不均匀沉降地基的适应性差 排水体偏薄 易断裂 且检修困难 当下游水位高时 难以降低浸润线 网状排水 纵向排水带与横向排水带组成排水网横向排水 带宽 0 5m 间距30 100m 坡度 10 纵向排水 由渗透流量计算确定 当渗透量较大时 可在排水体反滤层中设排水管 d 20cm 管内流速v 0 2 1 0m s 管的坡度 5 其他排水方式竖直排水 在坝内设置竖直向排水体 底部与褥垫排水相连竖直排水体的厚度不小于1m坝内水平排水层在坝内沿坝高间隔一定距离设一层排水 每层排水长度不大于该高程坝体宽度的1 3 厚度 30cm 为保证运行期安全 水库蓄水前对上游侧的排水体应灌封闭 综合排水实际工程中 常将以上排水体综合运用 如 褥垫排水与棱体排水组合 棱体排水与贴坡排水组合 竖向排水与棱体排水组合等 3 反滤层与过渡层 反滤层的作用 滤土排水 防止水工建筑物在渗流逸出处产生流沙 管涌破坏及不同土层界面的接触冲刷 设置位置 凡是土质防渗体与坝壳或坝基透水层之间 渗流逸出处 进入排水体的面 都应设置反滤层 反滤层的类型 型反滤层 位于保护土的下方 渗流方向向下 型反滤层 位于保护土的上方 渗流方向向上 反滤层的设计 既要保证有一定的孔隙 使透水性大于被保护土层的透水性 能通畅地排水 又要保证被保护土层不发生渗漏 防止防渗体出现裂缝 所以孔隙不能太大 因此 反滤层一般由 层位于保护土的下方 渗流方向向下级配均匀 耐风化的砂 砾 卵石或碎石构成 每层粒径沿渗流方向增大 与被保护土相连的第一层反滤料的粒径应满足 D15 d85 4 5 D15 d15 5 注 D15 反滤料的特征粒径 d85 d15 被保护土层的控制粒径及特征粒径 反滤层的厚度 水平反滤层 0 3m 铅直或倾斜反滤层 0 5m 反滤层的作用 避免刚度较大的两种土料间产生急剧变化的变形和应力 注 反滤层可作过渡层 但过渡层一般不作反滤层 四 水工合成材料在防渗体和排水 反滤层中的应用 1 土工膜 材料 高分子聚合物 沥青等K 10 8cm s 使用方法 铺设于上游面或铅直铺设于坝体中部 多用于斜墙坝 注意事项 膜厚 0 5mm底部 周边与不透水层或岸坡结合要好 锚固槽连接 铺设时应保持松弛状态 防止高应力破坏膜与膜的粘接要可靠 垫层要可靠常用砂 砂砾石 土 沥青混凝土 无砂混凝土作垫层2 土工织物原料 丙纶 涤纶 绵纶 合成纤维 加工工艺 编织物 有纺织物 无纺织物 多用 渗透性要求 K 10 3 10 4cm s 五 土石坝的裂缝控制 一 土坝变形及其规律土坝变形发展到一定程度 即裂缝 土坝变行可通过三个方向的位移观测来测定1 铅直位移 沉降 1 沉降量的平面分布 据实测资料分析 河谷中心的最大断面处沉降量最大 说明土坝的累计沉降量取决于可压缩土层的厚度极其上部荷载大小 沉降量等值线最密集的部位是岸坡陡峭地区2 沉降过程 施工期及竣工后较短时期内 沉降速率大 沉降量也大3 沉降量在不同填筑材料中的分布 有的坝的最大沉降量出现在坝壳中 而有的坝出现在心墙内 这主要是因材料的特性 填筑方法和构造形式不同而造成的 但沉降量的差异 即不均匀沉降 是土坝产生纵向裂缝的主要原因 2 横向位移 即与坝轴线垂直的水平位移 一般横向位移较大 其大小取决于断面 材料的性质 土荷条件 水荷载条件等的影响 变形特点 河谷最大断面处横向位移大 坝顶较坝底大3 纵向位移 沿坝轴线方向的水平位移 观测较困难 资料少变形特点 坝顶与岸坡邻接处越陡 坝顶纵向位移越大 纵向位移与沉降量组成的合向量指向河谷中心 两岸岸坡处可能出现拉应变区 而河谷处出现压应变区 拉应变区是土石坝出现横向裂缝的主要部位 土坝裂缝的类型及其成因1 按裂缝产生的原因分 1 干缩和冻融裂缝 粘土表面由于失水干缩和冻融而产生 呈龟裂状 纵横交错 深度不大 一般为几厘米到1米 缝宽常小于1厘米 且上宽下窄 危害不大 2 变形裂缝 大多由不均匀沉降引起 危害性较大 3 滑坡裂缝 滑移土体开始发生位移而出现的裂缝 多出现在滑坡顶部 平面上呈弧形 方向大致平行与坝轴线 是滑坡的 4 水力劈裂缝 由流体压力引起的水平线垂直裂缝 危害大 多发生在水库蓄水初期 如美国提堂坝 导致溃坝 2 按其形态分 1 纵缝 走向大致平行于坝轴线 多发于坝顶及坝坡中部 由坝身及坝基各部位在垂直于坝轴线方向的不均匀沉降引起 多发生于接近竣工时 竣工初期或初次蓄水 坝壳沉降变形大时 缝长可达数米及数百米 纵向裂缝对坝体稳定性及控制渗透量不利 2 横缝 走向大致垂直于坝轴线 多出现于坝体与岸坡接触处 或坝体于其他刚性建筑物或坝下坝肩连接处 横缝一般多出现在坝体表面 铅直地或倾斜地延伸到一定深度 常贯穿防渗体 故危害很大 3 水平内部裂缝 多发生在较薄的心墙中 当坝壳沉降量小且很快稳定 心墙沉降量大且稳定较慢时 先稳定的坝壳将会阻止心墙的沉降 形成 拱效应 使心墙可能出现拉应力而产生水平裂缝 若施工质量差 水平裂缝更易产生 它可能形成集中的渗流通道 因此危害性大 裂缝的防渗措施1 改善坝体结构和平面布置 1 坝轴线略向上游拱凸 2 适当放缓坡度 3 采用适当厚度的斜心墙 在可能有较大变位差的部位 恰当地增加心墙厚度 4 渗流溢出处敷设足够厚度的反滤层 5 土料分区时注意相邻土料区的粒径差 必要时设过滤区 2 做好地基处理 使土坝坐落在均匀 较完整的地基上 3 根据坝体分区 恰当地选择各区土料 1 防渗体 斜墙及心墙的中上部 对不均匀变形较敏感 要求土料有较高的适应变形能力 宜采用粘粒含量高 塑性指数高的粘性土 心墙底部宜采用具有较高强度的 塑性指数低的土料 2 坝壳料 应采用粒粗 质坚 易于压实的砂砾 卵石 堆石 浸润线以下不宜采用风化料 3 过渡区及渗流入口处 宜采用自动淤填土料 4 可能的裂缝冲刷区 宜采用抗冲刷能力强的反滤料 4 采用恰当的施工措施和运行方式 1 根据不同的施工部位 采取不同的施工含水量 坝体中下部及河槽坝中上部 应提高压实度 减少后期可压实性 故施工含水量应略低于最优含水量 两岸坝肩易开裂部位的防渗体 宜填粘性土 施工含水量应略高于最优含水量 2 控制心墙 斜墙的上升速度 使下部充分沉降后再上升 避免后期沉降变形中 拱效应 的形成 或斜墙不均匀沉降开裂 3 如上游坝壳料是湿陷性材料 填筑时可一边蓄水 一边上升 4 对竖直心墙土坝 控制心墙 过渡区及坝壳之间上升的高度民主差不太大 斜墙的下游坝壳应及早填筑完成 使沉降早日完成 斜墙填筑后沉降量较小 5 施工间歇期对坝面进行保护 防止干缩和冻融 6 初次蓄水时 控制水位上升速度 以保证坝体各部分有充足的时间进行变形调整 裂缝的处理 1 挖除回填 对表面裂缝可只进行填塞 并在表面用低塑性土料进行封闭 对深度不大的裂缝 5m深时 机械挖除 回填土料含水炼应略高于最优含水量 并进行分层夯实 开挖断面常用梯形 挖至裂缝下0 3 0 5米 长度应至缝端外边2 3米 2 灌浆处理 用粘土浆或粘土水泥浆 注意控制灌浆压力3 做坝内混凝土纺渗墙 对严重的裂缝采用 第八节土石坝的地基处理 处理要求 1 提高坝基的承载力 使坝基不发生过大的有害变形 坝基与坝体总沉降量控制在1 以内 2 提高地基的抗渗性能 减少水力坡降 防止流砂及管漏现象的发生 控制渗透流量 3 防止因振动而产生的液化的出现 一 岩基处理 岩基内部防渗体主要采用帷幕灌浆 近年来有人认为 土石坝坝基渗流控制 除了在断层 裂隙和岩溶发育等不良地质条件下确有必要进行灌浆外 应通过技术经济论证确定灌浆与否及灌浆范围 当覆盖层较薄时 通常防渗体坐落在岩基上形成截水槽 隔断渗流 而坝壳部分直接建在覆盖层上 当坝高较大时 为保证抗渗效果 提高坝体稳定性 有时将覆盖层清除 使土石坝建在岩基上 防渗体下的岩基应是完整的 新鲜的 如存在强风化 裂隙密集的岩石 应予挖除 对断层破坏带等不良地质构造 主要解决其填充物的抗渗性及抗溶性能 处理方法主要有 灌浆 水泥 化学 混凝土塞 加宽心墙 防渗铺盖等 二 砂砾石地基处理 砂砾石地基具有足够的强度 主要是渗透时可能导致管涌的发生 机械管涌 处理办法是 上防 下排 上防 是指靠上游侧采取各种防渗措施 主要有垂直防渗墙和水平铺盖 下排 主要是指下游排水设施 垂直防渗设施的适用条件是 1 坝基砂砾石层渗流稳定性差 采用铺盖及排水减压设施不能保证坝与地基的渗流稳定时 2 坝基水成层显著 具有渗透水渗漏带 上游铺盖不能有效地阻止渗流时 3 地基砂砾石层厚度不大 采用垂直防渗设施方便 4 水库不容许有大量渗漏损失时 压式土石坝设计规范 建议 1 砂砾石层深度在案10 15m以内或不超过20m时 宜明挖截水槽回填粘土 对临时性工程咳采用泥浆槽防渗墙 2 砂砾石层深度在60 70m以内时 可采用混凝土防渗墙 3 砂砾石层更深或以上措施难选用时 可采用灌浆帷幕 4 根据砂砾石层性质和厚度 可分层采用不同措施 深层用灌浆帷幕 浅层明挖回填粘土截水槽或混凝土防渗墙 5 无论采用何种形式 必须将透水层隔断 粘性土截水槽 1 适用 覆盖层较浅10 15m或20m以内 挖槽可达不透水层时 2 断面形式 梯形 深度应直达基岩 切断砂砾石层 槽宽度应根据回填土料的允许渗透坡降与基岩 接触面抗渗流的冲刷的允许坡降及施工条件确定 3 槽下游侧应设反滤层 4 国外有的工程 美国马幕斯湖坝 加拿大迈卡坝 土耳其凯班坝40余米 加拿大下诺赫坝82米 挖深较大 改用钢板桩防渗 钢板桩可穿过砾石类土 软岩 风化岩 有的深达50米以上 但易打斜形成渗透 混凝土防渗墙 1 适用 主要用于深厚砂砾石地基中 施工方法为 冲击钻分段造孔 泥浆固壁 水下浇铸混凝土 2 设计 墙底嵌入弱风化基岩深度 0 5 1 0 墙顶插入防渗体深度 1 10坝高 且大于2m墙厚为0 6 1 3m 一般0 8m 3 应用 小浪底混凝土防渗墙造孔深达81 9m 墙厚1 2m 墙体嵌入墙基1 4m 轴线长439m 加拿大马尼克号坝 两道防渗体墙厚0 61m 中心距3 2m 墙深131m 灌浆帷幕 1 适用 砂砾石层很厚时2 设计 根据容许渗流坡降J 规范建议 J 3 4 确定帷幕顶部的最大厚度T 土石坝中 一般采用多排帷幕 灌浆孔按梅花形排列 根据帷幕厚度及孔距确定排数 孔距与排距由现浇试验确定 初选时可选2 3m 浆液常用水泥粘土浆 水泥含量约为20 50 3 浆液选择 砂砾石地基的可灌性 用可灌比M D15 d85来评价 注 D15 受灌地层土料的特征粒 d85 灌浆材料的控制粒径 当M10时 可灌水泥粘土浆 M 15时 可灌水泥浆 水泥浆和粘土浆难灌的考虑用化学灌浆 防渗铺盖 1 适用 覆盖层很深 厚 无法采用垂直防渗设施或其经济性差时 尤其当上游有天然铺盖或坝前淤积物较厚可资利用时 2 作用 延长渗径 降低渗流坡降 减少渗流损失 常用于中小工程 3 设计 铺盖土料的渗透系数至少应比地基砂砾石的小100倍以上 最好达1000倍 如10 5cm s 铺盖长度一般为4 6倍的水头 超过6 8倍的水头以后防渗效果增加缓慢 铺盖前缘最小厚度为0 5 1 0m 末端与防渗体连接处厚度常达3 5m 铺盖表面应设保护层 保护层常为砂砾料1 5 10m 4 应用 巴基斯坦 塔贝拉土坝 坝高147m 坝基砂砾石层厚约20m 采用厚1 5 10m 长2347m 的铺盖 是目前世界上最长的铺盖 国内原来采用不少 但曾出现裂缝 近年来采用较少 下游排水减压设施 排水体 反滤层 排水沟 减压井 1 排水体 反滤层见第七节 2 排水沟 适用 下游侧表层土较薄时 设置 排水沟底深入下部透水层 沟底及边坡设反滤层 表面用块石砌护或做成排水暗沟 也可做成排水明沟 3 减压井 适用 表层土较厚或坝基深部有强透水层 设置 井径一般大于15cm 贯入强透水层中的埋深应不小于强透水层厚度的1 4 一般深入到其厚的50 75 100 时 打穿透水层 效果最好 井周应设反滤层 出口高程应高于排水沟底面 缺点 加大坝基渗流量 三 细砂和淤泥层地基处理细砂地基处理 饱和的均匀细砂在动力作用下 特别是地震作用下 易于液化 液化的基本原因是循环剪切作用产生残余空隙水压力积累的结果 空隙水压力上升导致有效应力下降 土骨架由于应力释放而回弹 对于松砂 剪应力循环作用的次数达一定数量后 有效应力趋于零 全部应力由土骨架转移给空隙水 土的抗剪强度和抗变形能力几乎完全消失 而且变形的增长具有突发性 土转化为液化状态 液化破坏标准有二 空隙水压力标准 残余空隙水压力达到所施加的固压大小 称为 初始液化 变形标准 根据建筑物的重要程度 变形的抵抗能力和震害经验选择某一双振幅应变值 作为液化破坏标准 处理办法 1 浅层土 表面振动加密 或全部挖除 2 深层土 打板桩封密 不经济 过去常用 现少用 振动加密法 依靠振动或水冲时砂土加密 振冲孔中可回填粗料形成砂石桩 强夯法 用几十吨重的重锤反复夯实地面 爆炸加密法 适用条件要求高 目前已较少用 淤泥地基处理 淤泥地基天然含水量大 容重小 抗剪强度低 承载能力小 当埋深缴浅 且分布范围不大时 应全部挖除 当埋藏较深 分布范围又较广时 采用压重法或设砂井加速排水固结 压重法 在坝体趾处加压重 效果同放缓坝体坡 砂井排水法 在坝基中钻孔 或打下底部穿孔的钢管 在孔 管中填入砂砾 拔出钢管后 在地基中形成砂桩的一种方法 作用 加速排水固结速度 四 软粘土和黄土地基的处理软粘土地基 1 主要问题 1 承载能力严重不足 坝高即可能发生局部破坏 2 土的透水性很小 排水固结缓慢 地基强度增长慢 沉降变形时间长 地基长期处于软弱状态 3 灵敏度高 不宜进行振动或挤压 所以 软粘土一般不宜作坝基 2 处理方法1 尽可能挖除 2 厚度较大分布较广时 可采用排水固结的方法 如砂井 砂井直径约 井距为通常需配合在坝处采用镇压层 湿陷性黄土地基处理 1 主要问题 浸水后产生过大的不均匀沉降 造成坝体裂缝2 处理措施 1 挖除 翻压 2 强夯 3 预先浸水 提前完成湿陷 第九章土石坝与坝基 岸坡及其它建筑物的连接一 坝体与地基 及岸坡的连接 与坝基的连接1 进行地基处理 使地基达到土石坝的要求 2 防渗体与地基防渗设施连接紧密 3 粗粒料与地基覆盖层之间设反滤层 4 当土质不同时 一般应作槽 形成若干道齿墙 当土质相同时 清基后即可填土 与岸坡的连接1 岸坡开挖成平顺缓坡 岩质岸坡不宜陡于1 0 5 1 0 75 土质不陡于1 1 5 2 不宜采用台阶式岸坡 3 岸坡上缓下陡时 凸出部位变坡角不宜小于20 4 岸坡与坝体尤其是防渗体连接处需灌浆 防止绕坝渗流 5 当岸坡很陡时 必须保证填土质量 土料的变形能力应强 并应在下游侧设置反滤层 二 与其它建筑物的连接 插入式 见P265 图5 39 混凝土坝与土坝连接时 混凝土坝断面逐渐变小 最终形成混凝土心墙 插入到土石坝中 而土石坝坡脚却向混凝土坝方向延伸 特点 结构简单 具有一定的抗震能力 适用于低坝翼墙式 见P265 图5 40 在结合部位作成砼挡墙并向上 下游延伸形成翼墙 第十一节堆石坝一 混凝土面板堆石坝 1965年以来发展很快 我国1988 1990年建成首批混凝土面板坝 西北口 天生桥 水布垭等工程 组成 1 堆石体 是堆石坝的主体 根据受力情况及发挥功能可分为 垫层区 过渡区 主堆石区 次堆石区 2 混凝土面板 防渗设施 特点1 结构特点 1 堆石体密度大 抗剪强度高 坝底宽度小 工程量可较少 2 水压力作用于面板上 通过垫层区较均匀地转递给堆石体 稳定性好 3 分层填筑碾压 每层的上半部细料含量多于下半部 故表面平整 有利于施工 且透性好