土石坝概述和基本剖面

土石坝,第一节概述,一、概念：利用当地土石材料填筑而成的挡水坝，又称当地材料坝。历史悠久，发展很快，国内、外广泛采用。,碧口水电站,碧口水电站建在甘肃文县白龙江。多年平均流量275秒立米，设计洪水流量7630秒立米。总库容为521亿立米，设计灌溉面积0.89万亩，装机容量30.0万千瓦。主坝坝型为壤土心墙土石坝。最大坝高101米，坝顶长度297米。主要泄洪方式溢洪道和隧洞。,官厅水库,官厅水库建在河北怀来永定河，多年平均流量44.6秒立米，设计洪水流量11450秒立米，总库容21.9亿立米，设计灌溉面积150万亩，装机容量3.0万千瓦。,密云水库,密云水库建北京密云潮白河。多年平均流量50秒立米,设计洪水流量16500秒立米,总库容43.75亿立米,设计灌溉面积400万亩,装机容量8.8万千瓦。,主坝坝型为粘土斜墙土坝,最大坝高66米(白河主坝),坝顶长度960米(白河主坝)。主要泄洪方式为岸边溢洪道,大坝特点是坝基混凝土墙和灌浆防渗。,岳城水库,岳城水库建设地点在河北磁县，所在河流为漳河，多年平均流量62.2秒立米，设计洪水流量19300秒立米，总库容10.9亿立米，设计灌溉面积200万亩，装机容量1.7万千瓦。主坝坝型为均质土坝，最大坝高53米，坝顶长度3570米，主要泄洪方式岸边溢洪道。,水布垭,南水水电站,南水水电站建在广东乳源的南水，多年平均流量33.4秒立米，设计洪水流量4190秒立米，总库容12.18亿立米，装机容量7.5万千瓦。,主坝坝型为粘土斜墙堆石坝，最大坝高81.3米，坝顶长度215米，主要泄洪方式为隧洞，大坝特点是定向爆破筑坝。,主坝坝型粘土心墙土石坝，最大坝高62米，坝顶长度591米(主坝)，坝基岩石为砂砾岩，坝体工程量为386万立米。主要泄洪方式岸边溢洪道。,柘林水库,柘林水库建在江西永修，所在河流为修水，多年平均流量256秒立米，设计洪水流量18250秒立米，总库容71.7亿立米，设计灌溉面积45万亩，装机容量18.0万千瓦。,二、土石坝广泛应用的原因：,（1）可以就地取材，可节省大量钢材和水泥，免修公路；（2）较能适应地基变形，对地基的要求比砼坝要低；（3）结构简单，工作可靠，便于维修和加高、扩建；（4）施工技术简单，工序少，便于组织机械化快速施工。,优点：,坝顶不能过流，必须另开溢洪道，施工导流不如砼坝便利，对防渗要求高，因为剖面大，所以填筑量大而且施工容易受季节影响。,不足之处：,三、土石坝的工作特点,（1）稳定方面：不会沿坝基面整体滑动，失稳形式主要是坝坡滑动或连同部分地基一起滑动；（2）渗流方面：坝体为散粒体结构，在上下游水位差作用下经坝体和地基向下游渗透，产生渗透压力和渗透变形，严重时会导致坝体失事；（3）冲刷方面：颗粒间粘结力小，因此土石坝抗冲能力较低；（4）沉降方面：颗粒间存在孔隙，受力后产生沉陷，分为均匀沉降和非均匀沉降；（5）其他方面：冰冻、地震、动物筑窝等.,四、土石坝的设计要求,（1）不允许水流漫顶，要求坝体有一定的超高；（2）满足渗流要求；（3）坝体和坝基必须稳定；（4）应避免有害裂缝及必须能抵抗其他自然现象的破坏作用；（5）安全使用前提下，力求经济美观。,五、土石坝的类型,（1）碾压式；（2）水力冲填式；（3）水中填土式；（4）定向爆破。,1、按施工方法分类：,2、按材料在坝体内的配置和防渗体的位置分类,（1）均质土坝：坝体剖面的全部或绝大部分由一种土料填筑。优点：材料单一，施工简单；缺点：当坝身材料粘性较大时，雨季或冬季施工较困难（2）塑性心墙坝：用透水性较好的砂或砂砾石做坝壳，以防渗性较好的粘性土作为防渗体设在坝的剖面中心位置，心墙材料可用粘土也可用沥青混凝土和钢筋混凝土；优点：坡陡，坝剖面较（1）小，工程量少，心墙占总方量比重不大，因此施工受季节影响相对较小；缺点：要求心墙与坝壳大体同时填筑，干扰大,一旦建成，难修补；,（3）塑性斜墙坝：防渗体置于坝剖面的一侧。优点：斜墙与坝壳之间的施工干扰相对较小，在调配劳动力和缩短工期方面比心墙坝有利；缺点：上游坡较缓，粘土量及总工程量较心墙坝大，抗震性及对不均匀沉降的适应性不如心墙坝。（4）多种土质坝：坝址附近有多种土料用来填筑的坝。（5）土石混合坝：如坝址附近砂、砂砾不足，而石料较多，上述的多种土质坝的一些部位可用石料代替砂料。,图6-1碾压式土石坝类型,图6-1碾压式土石坝类型,坝顶高程水库静水位加相应的超高，取下列中的最大值设计洪水位+正常运用条件的坝顶超高正常蓄水位+正常运用条件的坝顶超高校核洪水位+非常运用条件的坝顶超高正常蓄水位+非常运用条件的坝顶超高，再加地震安全加高坝顶高程是指沉陷稳定后的，竣工时的坝顶高程预留足够的沉陷超高。坝顶设防浪墙时，d为静水位到墙顶的高差。正常情况坝顶应高出静水位0.5m以上，非常情况不低于静水位。,第二节土石坝的剖面和构造一、坝顶高程,1、坝顶超高其中，hB爬高，a安全加高，e坝前水位因风浪引起的壅高。,当坝顶上游侧设有防浪墙时，坝顶超高可改为对防浪墙顶的要求。但此时在正常运用条件下，坝顶应高出静水位0.5m，在非常运用条件下坝顶应不低于静水位。,坝顶应预留竣工后沉降超高。,取决于交通需要、构造要求和施工条件。无特殊要求时，坝顶最小宽度：对于高坝（70m）可选用1015m；对中低坝可选用510m。,2、坝顶,坝顶盖面材料应根据当地材料情况及坝顶用途确定。宜采用密实的砂砾石、碎石、单层砌石或沥青混凝土等柔性材料。,坝顶面可向上下游侧或下游侧放坡。坡度宜根据降雨强度在23之间选择，并应做好向下游的排水系统。坝顶上游侧宜设防浪墙，墙顶应高于坝顶1.01.2m。防浪墙必须与防渗体紧密结合，防浪墙应坚固不透水，其结构尺寸应根据稳定强度计算确定，并应设置伸缩缝做好止水。,3、坝面坡度取决于坝高、筑坝材料性质、运用情况、地基条件、施工方法及坝型等因素。(1)均质坝的上下游坡度比心墙坝的坝坡缓；(2)粘土斜墙坝的上游坡比心墙的坝坡缓，而下游坝坡可比心墙坝陡些；(3)土料相同时上游坡缓于下游坡；(4)粘土均质坝的坝坡与坝高有关，坝高越大坝坡越缓；(5)碾压式堆石坝的坝坡比土坝陡。,土石坝的内部构造包括：防渗体、排水设备、反滤层和护坡。1、防渗体：一般采用塑性、心墙和斜墙，均由渗透系数较小的粘性土料构成，其尺寸和结构需满足减小渗透量、降低浸润线和控制渗透坡降的要求。其种类有：粘性土心墙（图6-3）、粘性土斜墙（图6-4，6-5）、粘性土斜心墙（图6-6）、沥青混凝土防渗墙(图6-7),二、坝的内部构造,土质防渗体断面应满足渗透比降、下游浸润线和渗透流量的要求。应自上而下逐渐加厚，顶部的水平宽度不宜小于3.0m。底部厚度斜墙不宜小于水头的1/5，心墙不宜小于水头的1/4。土质防渗体顶部在正常蓄水位或设计洪水位以上的超高。非常运用条件下防渗体顶部不应低于非常运用条件的静水位。,图6-3粘土心墙坝(突出心墙),2、排水设备主要作用：降低坝体浸润线，有利于下游坝坡稳定并防止土坝可能出现的渗透破坏。型式：贴坡排水、棱体排水、褥垫排水、混合排水,（1）贴坡排水（图6-8）：又称表层排水。设置在下游坝坡底部，由13层堆石或砌石构成，在石块与坝坡之间应设反滤层；特点：形式简单，省料且易于检修，可防止渗透破坏。因未伸入坝体。但不能降低浸润线，且防冻性较差。适用：中小型且下游无水的均质坝及防渗体浸润线较低的中等高度的土坝。,图6-8贴坡排水,（2）棱体排水（图6-9）：在下游坝脚处用块石堆成棱体，需设反滤层。特点：可降低浸润线，防止坝坡冻胀和渗透变形，保护下游坝脚不受尾水淘刷且有支持坝体增加其稳定的作用，是一种可靠的排水型式。但石料用量大，费用高，检修困难。适用：较高的土坝及石料较多的地区。,（3）褥垫排水（图6-10）：用块石、砾石平铺在靠下游侧的坝基上，并在其周围布置反滤层而构成的水平排水体，伸入坝体长度1/31/4坝底宽。特点：下游无水时，能有效降低浸润线，有助于坝基排水。但对不均匀沉降的适应性较差，当下游水位高于排水设备时，降低浸润线的效果明显降低，我国应用较少。适用:下游无水或水位较低的情况.,（4）混合式排水（图6-11）：将上述几种排水混合使用。,*反滤层（图6-12）:设在渗透坡降较大,流速较高,土壤易于变形的渗流出口处或进入排水处.作用:滤土、排水。防止土体在渗流作用下发生渗透变形.组成:二至三层粒径不同的砂、石料铺筑而成，层面与渗流方向尽量垂直，小粒径大粒径。,图6-12反滤层,坝的反滤层必须符合下列要求：1、使被保护土不发生渗透变形2、渗透性大于被保护土能通畅地排出渗透水流3、不致被细粒土淤塞失效,反滤层每层的厚度应根据材料的级配、料源、用途、施工方法等综合确定。人工施工时，水平反滤层的最小厚度可采用0.3m；垂直或倾斜反滤层的最小厚度可采用0.5m。采用机械施工时最小厚度应根据施工方法确定。,3、护坡：占总体造价的10%（1）