水工建筑物高质量课件

1、水工建筑物水工建筑物黑龙江农垦林职院黑龙江农垦林职院 水利教研室水利教研室l授课题目：l第三章第三章 土石坝土石坝l第一节第一节 概述概述 l第二节第二节 土石坝的基本剖面土石坝的基本剖面l教学目的：l掌握土石坝的特点和设计要求，土石坝的类型，坝顶高程、坝顶宽度、坝坡的设计l教学重点：l土石坝的类型，坝顶高程。l教学难点：l土石坝的类型，坝顶高程。l教学过程：l组织教学：师生问好，清查人数。师生问好，清查人数。l复习提问：l什么是挡水建筑物？它由哪几种坝型？l导入新课：l挡水建筑物是用以拦截江河，形成水库或壅高水位。如各种坝和闸；以及为抗御洪水或挡潮，沿江河海岸修建的堤防、海塘等。常用的坝型有

2、重力坝、土石坝，本节讲述由当地土料、石料或混合料，经过抛填、辗压方法堆筑成的挡水坝，坝体材料以土和砂砾为主的土石坝。l讲授新课：第三章第三章 土石坝土石坝l第一节 概述l土石坝 是指由当地土料、石料或混合料，经过抛填、辗压方法堆筑成的挡水坝。l土坝 当坝体材料以土和砂砾为主时，称土坝；l堆石坝 以石渣、卵石、爆破石料为主时，称堆石坝；l土石混合坝 当两类材料均占相当比例时，称土石混合坝。由于筑坝材料主要来自坝区，因而也称当地材料坝。l土石坝得以广泛应用和发展的主要原因是：土石坝得以广泛应用和发展的主要原因是：l（1）可以就地取材，节约大量水泥、木材和钢材，几乎任何土石料均可筑坝。l（2）能适应

3、各种不同的地形、地质和气候条件。l（3）大功率、多功能、高效率施工机械的发展，提高了土石坝的施工质量，加快了进度，降低了造价，促进了高土石坝建设的发展。l（4）岩土力学理论、试验手段和计算技术的发展，提高了大坝分析计算的水平，加快了设计进度，进一步保障了大坝设计的安全可靠性。l（5）高边坡、地下工程结构、高速水流消能防冲等设计和施工技术的综合发展，对加速土石坝的建设和推广也起了重要的促进作用。一、土石坝的特点和设计要求l（1）稳定方面。）稳定方面。l土石坝不会产生水平整体滑动。土石坝失稳的形式，主要是坝坡的滑动或坝坡连同部分坝基一起滑动。l（2）渗流方面。）渗流方面。l土石坝挡水后，在坝体内形

4、成由上游向下游的渗流。渗流不仅使水库损失水量,还易引起管涌、流土等渗透变形。坝体内渗流的水面线叫做浸润线。浸润线以下的土料承受着渗透动水压力，并使土的内磨擦角和粘结力减小，对坝坡稳定不利。l（3）冲刷方面。）冲刷方面。l土石坝为散粒体结构，抗冲能力很低；l工程措施：l在土石坝上下游坝坡设置护坡，坝顶及下游坝面布置排水措施，以免风浪、雨水及气温变化带来有害影响；l坝顶在最高库水位以上要留一定的超高，以防止洪水漫过坝顶造成事故；l布置泄水建筑物时，注意进出口离坝坡要有一定距离，以免泄水时对坝坡产生淘刷。l（4）沉陷方面。）沉陷方面。l由于土石料存在较大的孔隙，且易产生相对的移动，在自重及水压力作用

5、下，会有较大的沉陷。为防止坝顶低于设计高程和产生裂缝，施工时应严格控制碾压标准并预留沉陷量，使竣工时坝顶高程高于设计高程。可按坝高的（12）预留沉陷值。二、土石坝的类型l（一）按坝高分类（一）按坝高分类l土石坝按坝高可分为：高度在30m以下的为低坝，l高度在3070m之间的为中坝，l高度超过70m的为高坝。l土石坝的坝高均从清基后的地面算起。l（二）按施工方法分类（二）按施工方法分类l（1）碾压式土石坝。l（2）水力冲填坝。l（3）水坠坝。l（4）水中填土坝或水中倒土坝。l（5）土中灌水坝。l（6）定向爆破堆石坝。（三）按坝体材料的组合和防渗体的相对位置分类（三）按坝体材料的组合和防渗体的相对

6、位置分类l1土坝土坝l（1）均质坝： l（2）粘土心墙坝和粘土斜墙坝： l（3）人工材料心墙和斜墙坝： l（4）多种土质坝：l2土石混合坝土石混合坝l上述多种土质坝中，粗粒土改用砂砾石料筑成的坝，或用土石混合在一起的材料筑成的坝，称为土石混合坝。l3堆石坝堆石坝l除防渗体外，坝体的绝大部分或全部由石料堆筑起来的称为堆石坝。按防渗体的布置，同样也有斜墙坝、心墙坝两种。钢筋混凝土刚性斜墙堆石坝也称为钢筋混凝土面板堆石坝。l有防渗体的土石坝，为避免因渗透系数和材料级配的突变而引起渗透变形，都要向上、下游方向分别设置层逐层加粗的材料作为过渡层或反滤层。第二节 土石坝的基本剖面l土石坝的基本剖面根据坝高

7、和坝的等级、坝型和筑坝材料特性、坝基情况以及施工运行条件等参照现有工程的实践经验初步拟定，然后通过渗流和稳定分析检验，最终确定合理的剖面形状，所以土石坝剖面的基本尺寸主要包括：坝顶高程、坝顶宽、上下游坡度、防渗结构、排水设备的形式及基本尺寸等。l一、坝顶高程一、坝顶高程l坝顶高程根据正常运用和非常运用的静水位加相应的超高Y予以确定。选以下三项中的最大值为坝顶高程。l计算情况：l设计洪水位+正常运用情况的坝顶超高；l校核洪水位+非常运用情况的坝顶超高； l正常高水位+非常运用情况的坝顶超高+地震安全加高l坝顶设防浪墙时，超高值Y是指静水位与墙顶的高差。l计算的坝顶高程是指坝体沉降稳定后的数值。Y

8、静水顶l土石坝的类型示意图土石坝的类型示意图l lY按下式计算。l Y=R+e+A l (-2)式中R波浪在坝坡上的最大爬高，m;cos220mgHDKve cos220mgHDKve l e最大风壅水面高度，即风壅水面超出原库水位高度的最大值，m;l Hm坝前水域平均水深，m;l K综合摩阻系数，其值变化在（1.55.0） 之间，计算时一般取K=3.6 ;l 风向与水域中线（或坝轴线的法线）的夹角，度；lv0、D计算风速和风区长度，见第二章；l A安全加高，m;根据坝的等级和运用情况， 610610l波浪爬高:波浪沿建筑物坡面爬升的垂直高度（由风壅水面算起）称为波浪爬高，波浪爬高R的计算，土

9、石坝设计规范推荐采用蒲田试验站公式，其具体计算方法如下：l（1）计算波浪的平均爬高）计算波浪的平均爬高 ：l当坝坡系数m=1.55.0时，平均爬高计算公式：l mRmmwLhmKK21mRl式中 斜坡的糙率渗透性系数l 经验系数，由计算风速v0(m/s)、水域平均水深 （m）和重力加速度g组成的无维量 ；lm单坡的坡度系数，若单坡坡角为 ，则m=ctg ；l 、 平均波高和波长，m;KwKmHmgHv0mhmLl薄田试验站的波高和波长计算：薄田试验站的波高和波长计算：l1）平均波高hm用式计算：l2）平均波长Lm由平均周期Tm和平均水深Hm按下述理论公式计算：l平均周期Tm=4.438 l当

10、0.5时，称为深水波，其波长与周期有关：l l当 0.5时，称为浅水波，其波长与周期和水深有关： l l（2）计算设计爬高值）计算设计爬高值R：l不同累计频率的爬高 与 的比，可根据爬高统计分布表确定。l当风向与坝轴的法线成一夹角 时，波浪爬高应乘以折减系数 ,其值由表确定。5 . 0mhmmLHmmLHmmmmLHthgTL222pRmRKl二、坝顶宽度l坝顶宽度应根据运行、施工、构造、交通和人防等方面的要求综合研究后确定。l坝顶宽度应按照交通规定选定。l当无特殊要求时，高坝的坝顶最小宽度可选用1015m，中低坝可选用510m。l坝顶宽度必须考虑心墙或斜墙顶部及反滤层布置的需要。l在寒冷地区

11、，坝顶还须有足够的厚度以保护粘性土料防渗体免受冻害。l三、坝坡l（1）上游坝坡常比下游坝坡为缓，但堆石坝上、下游坝坡坡率的差别要比砂土料为小。l（2）土质防渗体斜墙坝上游坝坡的稳定受斜墙土料特性的控制，斜墙的上游坝坡一较心墙坝为缓。而心墙坝，特别是厚心墙坝的下游坝坡，因其稳定性受心墙土料特性的影响，一般较斜墙坝为缓。l（3）粘性土料的稳定坝坡为一曲面，上部坡陡，下部坡缓，所以用粘性土料做成的坝坡，常沿高度分成数段，每段1030m ,从上而下逐渐放缓，相邻坡率差值取0 .25或0.5。砂土和堆石的稳定坝坡为一平面，可采用均一坡率。由于地震荷载一般沿坝高呈非均匀分布，所以，砂土和石料有时也做成变坡形式。l（4）由粉土、砂、轻壤土修建的均质坝，透水性较大，为了保持渗流稳定，一般要求适当放缓下游坝坡。l（5）当坝基或坝体土料沿坝轴线分布不一致时，应分段采用不同坡率，在各段间设过渡区，使坝坡缓慢变化。l土石坝坝坡确定的步骤是：根据经验用类比法初步拟定，再经过核算、修改以及技术经济比较后确定。l马道 碾压式土石坝上下游坝坡常沿高程每隔1030m设置一条马道，其宽度不小于1.52.0m，用以拦截雨水，防止冲刷坝面，同时也兼作交通