土石坝的特点.doc

第三章 土石坝 第一节 土石坝的特点、分类、发展状况教学目的：掌握土石坝的特点和类型。教学难点、重点：土石坝的特点和分类方法、碾压式土石坝的种类。主要概念、名词：散粒体结构、碾压式土石坝、水力冲填坝、水中填土筑坝、定向爆破筑坝、均质坝、分区坝、人工材料防渗体坝。教学内容：复习巩固：前面介绍了重力坝和拱坝，它们有一个共同的特点，是都采用混凝土或浆砌石作为坝体材料，整体性好，抗渗能力和抗冲能力强，坝体剖面小，但材料价格高。引入新课：本节介绍土石坝的特点和类型。讲授新课：一、土石坝的特点(一)优点1.散粒体结构，就地取材。2.对地质要求低，地基适应性强。3.必须采取防渗措施。4.一般不会整体滑动。5.结构简单，工作可靠，便于维修，加高和扩建.6.施工技术简单，工序少，便于组织机械化快速施工.(二)缺点1.坝顶不能溢洪，一般要另设溢洪道(洞).2.施工导流不如砼坝或浆砌石方便.3.粘性土料的填筑受气候影响较大.4.沉陷和不均匀沉陷大。一般土石坝的体积约为重力坝的46倍，采用机械化施工的土石坝填筑单价一般为砼的1/101/20(美日等国仅为1/30左右)，(大坝浆砌石单价约比砼少15左右)，因此土石坝一般比较经济，即使包括导流、溢洪道等费用，总造价常常仍是有利。(我国浙江成屏面板堆石坝的填筑单价约为当地砼的1/15)。中小型土坝若设计或运用管理不当，易失事。我省1972年至1981年小(1)型土坝有14座发生滑坡，占当时小(1)型土石坝245座的4.9。唐山地震时陡河水库险些失事。根据一些国家对土坝失事的统计，由于水流漫顶失事的占30，坝坡坍滑失事的占25，坝基渗漏失事的占25。二、碾压式土石坝的分类（一）、按坝高分：低坝：H70m（二）、按施工方法分：、碾压式土石坝(1).均质坝，多种土质坝，多用于低坝(2).分区坝a.心墙坝(斜心墙坝)b.斜墙坝墙坝c.人工材料防渗面板坝和心墙坝如：堆石坝(钢筋砼面板堆石坝)、水力冲填坝、水中填土筑坝、定向爆破筑坝三、土石坝的发展状况随着施工技术的发展，土石坝变的比较经济，比重有提高的趋势。1.我国坝高15m以上的土石坝已建2万座以上，超过百米的有座，在建的小浪底151m，拟建的龙门220m，龙滩240m。2.我省已建土石坝库容10万方以上的有2000多座，已建的龙岩万安和将建的穆阳溪梯级均为百米级的砼面板堆石坝。3.世界上六十年代后建的百米以上的高坝中，土石坝约占60以上。最高的土石坝为俄罗斯的罗贡坝，坝高325m。加拿大和美国为北水南调拟建的堆石坝高度达464m和476m。四、我国土石坝的常用设计指标设计干容重：粘性土料1.61.65(10KN/m3)(大中型1.71.8)。砂砾料1.72.11.82.1粘性土料施工含水量1723(大中型1620)；坝体湿填筑容重1.92.1(10KN/立方米)，(天然土的湿容重约为1.52)。课题：第二节 土石坝的剖面尺寸与构造教学目的：掌握土石坝剖面尺寸拟定的方法和其构造的种类及其尺寸的确定。教学难点、重点：土石坝的坝顶高程的确定，防渗体和排水体的种类、适用条件及构造尺寸的确定。主要概念、名词：堆石坝、马道、风雍水面高度、波浪爬高、贴坡排水、堆石棱体排水、褥垫排水、管式排水、综合排水。教学内容：复习巩固：上节课介绍了土石坝的特点和类型。引入新课：本节介绍土石坝的剖面尺寸拟定的方法和其构造的种类及其尺寸的确定。讲授新课：一、剖面尺寸(一)坝顶高程坝顶在正常和非常情况静水位以上的超高h=h1+e+A通常中小型土坝的坝顶高程=校核洪水位+(12m)h1波浪爬高h1=3.3k(2h)tg其中2h为波浪高2h=0.0166V1.25D1/3 (16)K坝坡护面粗糙糸数块石K=0.77 砼K=0.91.0迎水面坡度此法计算的波浪爬高简便，可用于初设；更准确的方法见教材。e波浪中心线超出静水位的高度e=0.036V2Dcos/H风向与坝轴线的法向夹角D吹程(公里)H坝前水深(米)A安全加高(米)，见表3-3(二)坝顶宽度B5m；(有交通要求时按交通要求)BH/10(100m高以下的坝)BH(100m高以上的坝)(三)坝坡1.碾压式土坝砂壤土质平均坝坡约为1:21:4，面板堆石坝多采用堆石体的自然边坡1:1.31.4，粘土心墙堆石坝上下游坡1:1.52，粘土斜墙堆石坝下游坡1:1.31.4，上游坡由斜墙稳定确定，常用1:23。2.中小型均质土坝的经验坝坡坝高H(米)上游坝坡下游坝坡3m/d即大于3.510-3cm/s时)。一般当K0.1V时，就认为是水位骤降，应考虑渗透动水压力对上游坝坡稳定的影响(出露水面的土体由浮重变为饱和重)。2施工期或峻工期软基上，坝坡连同地基的稳定计算(考虑施工残余的孔隙水压力)。3地震作用下，上下游坝坡稳定性。课题：第五节 筑坝材料的选择与土坝填筑标准教学目的：掌握土石坝筑坝材料选择的一般原则及坝体不同部位对材料的要求，填筑标准的确定。教学难点、重点：土石坝的坝体不同部位对材料的要求，填筑标准的确定。主要概念、名词：有机质、水溶盐、可塑性、压实度、设计干容重、相对密度。教学内容：复习巩固：上节课介绍了土石坝的坝坡失稳滑裂面的种类和圆弧法稳定计算的原理和方法。引入新课：本节介绍土石坝筑坝材料选择的一般原则及坝体不同部位对材料的要求，填筑标准的确定。讲授新课：一、土石料选择的一般原则距坝脚510倍坝高范围以内的土料不容许开采，以免危及坝身安全或破坏上游库底的防渗层；勘探查明的土料应多于设计所需数量的2倍以上。、就地就近取材；、开采运输方便；、压实经济合理；、总造价最低。二、坝体不同部位对土石料的要求(一)、适合填筑防渗体及均质坝的土料、有机质及水溶盐含量在一定范围内有机质含量，水溶盐含量。、不透水性好、可塑性好、变形小(1).均质坝要求土料有一定的抗渗性和抗剪强度，粘粒含量为1030，塑性指数717的壤土为宜。要求K小于10-5cm/s(2).防渗体要求它的渗透系数比坝壳小1000倍以上，可用粘粒含量1530，塑性指数1017的壤土；或粘粒含量为3040，塑性指数1720的粘土；近年来高坝较普遍采用含砾量在2050的含砾粘土。(二)适用于填筑坝壳的土料要求：排水性能好、抗剪强度高、易于压实、抗渗抗震稳定性好。二、土石坝施工的主要控制指标1.粘性土料主要是干容量d和填筑含水量多数=1622，d=1.61.7t/m3(含砾粘土可达2.0)2.非粘性土料的压实程度一般用相对紧密度Dr表示Dr表示土的孔隙(体积)的实际减少量与可能减小量的比值，对砂土要Dr大于等于0.7，对砂砾料要求大于0.7(大中型工程0.75)，对于坝体堆石料要求Dr大于等于0.80.9，堆石料也常用孔隙率n控制压实度，一般要求达到n=2530。三、土料设计参考指标天然土体的饱和重约为2.0左右，浮重约1.0左右；按此计算天然土体的自重误差不超过8。坝体土料一般湿容重1.91.95(t/m3)，饱和重22.1；中小型土坝土石料填筑的设计指标为:干容重含水量w湿容重摩擦角(度)粘结力粘土，重壤土1.551.6518241.852.11620200300壤土，砂壤土1.61.710181.752.0192850150中细砂1.451.628300砂砾料1.82.11.82.23035KN/m2坝体填土的渗透系数K(cm/s)米/日=864cm/s粘土10-610-8 壤土10-510-5 砂壤土10-410-5砂土10-310-4 砂10-210-3 砂砾石10-110-2四、现代大中型土石坝设计指标(一)粘性土料(心斜墙)1.干容重1.71.8，湿容重1.92.0，饱和重2.12.2KN/m32.渗透系数K(cm/s)试验值10-510-7，设计值10-53.凝聚力C(KPa)试验值20170(0.21.7Kg/cm2)4.内摩擦角(度)试验值3040度设计值取30度5.土料比重G 2.652.75(二)堆石料及反滤料1.干容重1.82.16，湿1.82.25，饱和重2.052.3410KN/m32.渗透系数K1=(10-3)cm/s3.C=0；=堆石4045度，砂砾石3240度；G=2.452.78五、土石坝施工1.土料铺土层厚2030Cm，用20吨羊足碾812遍，或用4050吨气胎碾，振动碾46遍；若用13吨振动羊足，铺土厚可达0.5m。2.砂砾料铺料厚3040Cm，洒水后用振动碾，重型推土机或气胎碾46遍。3.石料铺料层厚0.52m，洒水量约占填筑体积的3050，再用重型振动碾压实812次。课题：第六节 土石坝地基处理教学目的：掌握土石坝各种地质条件下的地基处理方法。教学难点、重点：土石坝的砂砾石地基的防渗处理方法。主要概念、名词：粘土截水墙、混凝土防渗墙、防渗铺盖。教学内容：复习巩固：上节课介绍了土石坝筑坝材料选择的一般原则及坝体不同部位对材料的要求，填筑标准的确定。引入新课：本节介绍土石坝各种地质条件下的地基处理方法。讲授新课：中小型土坝清基深度约为0.31m左右，对于岸坡或基突出处，应适当挖除，使之平直。对于凹洼处，应适当垫补。一、砂砾石地基的处理上阻下排1.粘土截水槽适用于砂砾层深度1015m以内，个别深达20m；均质坝粘土截水槽（墙）的位置可设于距坝踵（1/31/2）坝底宽处。截水墙的开挖边坡多用1:11:2(采用更陡边时要有固壁措施)，底宽0.10.3H，且不小于23m，H为作用水头。粘土截水槽两侧可根据实际情况设置反滤层或过渡层。2.砼防渗墙用冲击钻套打法（孔中注入泥浆固壁，每打完一孔后即在孔中浇筑砼），射水法，高压旋喷等其方法在坝基防渗线上造一道深窄槽，再浇砼。墙厚一般为0.50.8m，适用深度60m以内。砼防渗墙下部应嵌入基岩0.5m以上，上部应伸入坝体防渗体内一定深度。常在砼中掺入水泥用量1530的粘土，砼标号80150号。砼墙水泥用量300KG/m3，塌落度1820Cm，抗渗S6S8，允许渗透坡降6080。3.帷幕灌浆适宜深度20100m孔距:边排约2.5m，中间排约45m，一般34排。排距约2.53m，梅花形布孔，先灌边排，后灌中排，多采用粘土水泥浆，水泥含量约占水泥和粘土干料总量的2050。防渗体深小于15m的一般用粘土截水槽，防渗体深大于30m的通常用灌浆.砂砾层漏浆量大，认为不如砼防渗墙可靠。灌浆前先在浇筑砼板或砼齿墙再进灌浆；或直接灌浆，完毕后将表层57m固结不良好砂砾石土层挖除，再在上面做砼防渗墙或粘土截水槽并与坝身防渗体连接。4.堤坝防渗新技术1射水法建造砼地下防渗墙2高压定喷(旋喷)灌浆3劈裂灌浆4土工膜防渗(二)防渗铺盖(斜墙坝)铺盖长为46H(H为坝前最大水深)，首端厚0.51m，末端与斜墙结合处厚1.56m；铺盖应与两岸不透水层紧密连接，与地基之间按反滤层设计(用砂填平)，铺盖顶面设保护层。斜墙下端设截水墙与坝基连接。(三)排水减压措施可在坝趾区设排水沟，减压排水井(P179图3-40)。对坝趾区不透水层较薄，可能流土处，可堆放砂石盖重。二、软粘土地基处理(详见水闸一章)主要是加速排水固结。可采用砂井(孔径D=3040Cm，孔距68D)。坝趾用中粗砂盖重反压。三、土坝与岸坡及其他建筑物的连接1.土坝与坝基接面的处理坝基面应开挖成倾斜面或折面，不能清理成台阶状。2.土坝与岸坡的连接岩石岸坡，坝体为粘性土时，不应陡于1:0.75；坝体为砂性土时，不应陡于1:0.5；对于较陡的岩石岸坡，应先在岩面上刷粘土或水泥浆。土质岸坡不应陡于1:1.5。3.其他建筑物与土坝的连接可设翼墙和刺墙，结合面不应陡于1:0.51:1.7。四、防止土坝裂缝的措施1.凡岸坡突变处，尤其是接近坝顶的高部位处凹凸不平的坡段，均应削平(或用砼填平)，以免坝体产生过大的不均匀沉降。2.心墙与粗料间应有一个较宽的过渡区，并按反滤原则设计。3.提高填筑的压实干容重(并能显著提高坝的抗震能力)。课题：第七节 土石坝与坝基、岸坡及其他建筑物的连接教学目的：掌握土石坝与坝基、岸坡及其他建筑物的连接措施。教学难点、重点：土石坝的砂砾石地基的防渗处理方法。主要概念、名词：接合槽、插入式、翼墙式。教学内容：复习巩固：上节课介绍了土石坝各种地质条件下的地基处理方法。引入新课：本节介绍土石坝与坝基、岸坡及其他建筑物的连接。讲授新课：一、土石坝与坝基的连接(一)清基将坝体与地基接触范围内的表层腐植土、稀泥、草皮、乱石等清除。(二)连接措施、均质坝()坝体与坝基土体相近，直接填土。()土质不同，设置接合槽。()与岩石连接，设置接合槽或混凝土齿墙。、防渗体与基岩的连接：对岩石表面进行处理后涂刷粘土浆、水泥砂浆或沥青砼以利结合。二、土石坝与岸坡的连接(一)岸坡形状与坡度、岸坡不应做成阶梯状或反坡、凸起。、变坡角小于20度。、开挖坡度不能太陡：岩石不陡于1:0.50.75土质不陡于1:1.5(二)防渗体与岸坡的连接、提高填土的塑性。、放缓心墙上下游坡。、岸边将斜墙变为心墙。三、土石坝与其他建筑物的连接、插入式、翼墙式、重力锲形墩式补充课题：第八节 堆石坝教学目的：了解堆石坝和堤防工程的特点和构造要求及简单的设计方法。教学难点、重点：面板堆石坝的防渗处理。主要概念、名词：面板堆石坝、堤防工程。教学内容：复习巩固：上节课介绍了土石坝各种地质条件下的地基处理方法。引入新课：本节介绍堆石坝堆石坝和堤防工程的特点和构造要求及简单的设计方法。讲授新课：防渗体常见的有土质心墙或钢筋砼面板钢筋砼面板堆石坝特点1.断面比土坝小的多，采用重型振动碾施工，每层铺石料0.42m厚，石块直径约1060Cm，碾压时洒水量约为石料体积的3050，上下游边坡仅1:1.3左右。坝体防渗依靠钢筋砼面板，其厚度仅0.30.8m左右.面板在坝体达一定高度后用滑模连续浇筑，坝体的沉陷量小，一般为坝高的0.3以下，安全可靠。2.面板除防渗外，兼有上游护坡作用，水压力垂直坝面的分量有助于上游坝坡的稳定。3.钢筋砼面板的砼标号不低于200号，面板顶部厚2030Cm，底部厚采用最大水头的1/100(且大于等于30Cm)；垂直缝间距1018m，可不设水平缝.双向配筋，每向配筋率0.40.5，一般配在中面层.面板与坝壳之间应设过渡层或垫层，使水压力能均匀传给坝体.垫层(反滤层)厚24m.常为3层。4.面板与基础及两岸