土石坝的坝基处理、土石坝与坝基、岸坡及其他建筑物的连接、抗震设计

2023/10/231

土石坝的坝基处理FoundationTreatmentofEarth-RockDam2023/10/232第八节土石坝的地基处理

土石坝优点之一是对地基适应能力较强，在各类地基上都可建造土石坝。土石坝的地基处理的目的：①控制渗流，要求处理后的地基不产生渗透变形和降低坝体浸润线，坝坡和坝基在各种情况下均要渗透稳定，渗流量在允许的范围内；②控制稳定，处理使坝基具有足够的强度，不致因坝基产生滑坡，软土层不致被挤出，砂土层不发生液化等；③控制变形，要求沉降量和不均匀沉降控制在允许的范围内（竣工后，不应大于坝高的1%），以免影响坝的正常运行。2023/10/233一、岩基处理处理方式与重力坝相当、处理范围：防渗体部位。地基应清洗干净后再填土。1、如岩石节理裂隙发育或有其它地质构造，进行惟幕灌浆。2、遇断层破碎带，当其分布范围不大时，可挖除充填物和破碎岩石，回填砼或做砼塞。如范围较大，可作惟幕灌浆或砼防渗墙。2023/10/234茅坪溪土石坝2023/10/235

（一）粘土截水槽明挖回填粘土成截水槽,结构简单、工作可靠、截渗效果好的防渗措施.适用:砂砾土层深度在15m以内。位置:一般设在大坝防渗体的底部（均质坝则多设在靠上游1/3～1/2坝底宽处），横贯整个河床并伸到两岸。尺寸:截水墙的底宽，应按回填土料的允许比降确定（砂壤土取3.0，壤土3.0～5.0，粘土5.0～10.0），一般取5m~10m，最小宽度3.0m。插入相对不透层的深度应不小于0.5～1.0m。二、砂砾石坝基处理2023/10/236粘土截水槽2023/10/237粘土截水槽2023/10/238（二）混凝土防渗墙适用:砂砾石层深度在15～80m，高效经济的。优点:施工进度快，造价较低，防渗效果好。尺寸:厚度由坝高和防渗墙的允许渗透比降、墙体溶蚀速度和施工条件等因素确定.据经验，一般允许比降以80～100为宜，并由最大工作水头除以允许比降校核墙的厚度。从混凝土溶蚀速度考虑，其在渗水作用下带走游离氧化钙而使强度降低，渗透性增加，因此，可按其强度50%的年限审核墙体厚度。从施工和坝高考虑，用冲击钻造孔，1.3m直径钻具最大，一般将墙体厚度控制在0.6～1.3m的范围内。2023/10/239混凝土防渗墙2023/10/2310混凝土防渗墙2023/10/23112023/10/2312混凝土防渗墙2023/10/23132023/10/2314混凝土防渗墙防渗墙顶部和底部是防渗的薄弱部位，应慎重处理。防渗墙墙顶应做成光滑的楔形，插入土质防渗体的深度为1/10坝高；低坝应不小于2.0m，并在墙顶填筑含水率大于最优含水率的高塑性土区。墙底应嵌入基岩0.5～1.0m。高坝深砂砾石层防渗墙，应分析核算墙的应力，为选择混凝土的强度提供依据。具有足够的抗渗性和耐久性，为此可在混凝土内掺入适量的粘土、粉煤灰及其他外加剂。为了保证防渗墙的施工质量，对高坝深砂砾石层的混凝土防渗墙、宜采用钻孔、物探等方法做强度和渗透性的质量检查。2023/10/2315（三）灌浆帷幕

当砂砾石层很深或采用其他防渗截水措施不可行时，可采用灌浆帷幕，或在深层灌浆帷幕，上层粘土截水墙或混凝土防渗墙等方法截渗。在灌浆前，先对地基的可灌性和可灌何种料浆进行评估，可灌性应通过室内及现场试验确定。1）可灌比M

d85—灌注材料中小于其总土重的85%所对应的粒径，mm。当M＞15时,可灌水泥浆；M＞10时可灌水泥粘土浆D15—受灌地层中小于总土重的15%所对应的粒径，mm

2023/10/2316灌浆帷幕2）渗透系数

除了以可灌比评价之外，也可用渗透系数进行评估。当地基的渗透系数＞cm/s时灌水泥浆当地基的渗透系数＞灌水泥粘土浆.

所有的砂层和砂砾石层，均可用化学浆材。帷幕厚度应根据大坝承受的工作水头和帷幕本身的渗透比降确定，可按下式计算：

渗透系数等于~可灌超细水泥浆.2023/10/2317长江大堤灌浆2023/10/2318(4)水平防渗铺盖铺盖的作用是延长渗径，使渗漏损失和渗流比降减小。当坝基透水层深厚，用其他防渗措施经济不合理时可考虑。特点:就地取材，施工简单，多用于中小工程。巴基斯坦的塔贝拉坝，坝高148m，用粘性土铺盖防渗，铺盖长2.12km，最大厚度12.8m，最小厚度4.5m，虽多次发生陷坑，最终是成功的。粘性土防渗铺盖是从坝身防渗体向上游延伸，多用于斜墙坝，如图5-35所示。2023/10/23192023/10/2320水平防渗铺盖尺寸确定:前端最小厚度可取0.5～1.0m，任截面厚度由下式计算确定:铺盖的长度，主要取决于下卧土层的允许比降，国内已建工程，一般取设计水头的4～6倍，个别工程最大取至11倍水头。2023/10/2321（五）排水减压措施当用铺盖防渗时，因其不能有效地拦截渗水，可引起坝下地层渗透变形或沼泽化。因此，采用铺盖防渗或采用其他措施防渗效果较差时，可在下游坝脚或以外处配套设置排水减压措施，如图5-36所示。

1)排水沟:对双层结构透水地基，可将表层挖穿做成反滤排水暗沟或明沟。

2)减压井:当表层弱透水层太厚或透水层成层性较显著时，宜采用减压井深入强透水层，将渗水导出，经排水沟排向下游。2023/10/2322排水减压措施减压井布置:通常在靠近下游坝脚以外处并平行于坝轴线方向布置一排，井距一般为15～30m。井径（内径）宜大于150mm。出口高程应尽量降低，一般比沟底高程高0.3～0.5m。减压井构造:由沉淀管、进水花管和导水管三部分组成，渗水由进水花管四周孔眼进入管内，经导水管顶面的出水口排入排水沟，进入管内的土粒则靠自身重量淤落沉淀管内。2023/10/23232023/10/2324（六）压重法2023/10/2325三、细砂、软粘土和湿陷性黄土坝基处理1．细砂地基处理均匀饱和的细砂地基受振动时（遇地震时）极易液化，必须进行处理。

1)全部挖除:当易液化地基厚度小且范围不广时。

2)振动压密:当挖除困难或很不经济时，可进行振动压密或重锤夯实，其有效深度在1～2m之间，如采用重型振动碾，则可达2～3m，压实后土层可达中密或紧密状态。

3)振冲强夯:当易液化细砂地基厚度较深时，宜采用振冲(碎石桩)、强夯等方法加密。2023/10/23262．软粘性和淤泥地基处理挖除:软粘土地基土层较薄时宜全部挖除；砂井:当软粘土层较厚、分布范围较广、全部挖除难度较大或不经济时，可将表面强度很低的部分挖除，其余部分可用打砂井；插塑料排水带;加载预压、真空预压、振冲置换，以及调整施工速率等措施处理。2023/10/2327沙井砂井尺寸:直径为30～40cm，井距约为（6～8）倍的井径，深度应伸入至潜在最危险滑动面以下。砂井的施工是在地基中打入封底的钢管，拔管后回填粗粒砂、砾石料。作用:一方面是加密地基，另一方面是通过砂井把地基土料的含水量从砂井中导出，从而加快地基固结，提高其承载力和抗剪强度。2023/10/23283、湿陷性黄土坝基挖除翻压强夯一般不宜建坝，易产生不均匀沉降2023/10/2329第九节土石坝与坝基、岸坡及其他建筑物的连接StabilityAnalysisofEarth-RockDam2023/10/2330第九节土石坝与坝基、岸坡及其他建筑物的连接土石坝与坝基、岸坡及其他建筑物的连接是土石坝设计的关键，应当高度重视并妥善处理;

目的：避免产生水力劈裂；接触面岩石大量漏水；不均匀沉降而导致坝体产生裂缝。一、坝体与坝基及岸坡的连接

1、坝体与坝基的连接---坝基处理；第八节土石坝与坝基、岸坡及其他建筑物的连接2023/10/2331一、坝体与坝基及岸坡的连接2、坝体与岸坡的连接为使防渗体与岸坡紧密结合，岸坡开挖应当大致平顺，避免做成台阶形状、反坡或突然变坡；土质岸坡沿坝轴方向开挖坡度不宜陡于1:1.5；岩石岸坡沿坝轴方向开挖坡度不宜陡于1:0.5-1:0.75；岸坡段防渗体底部渗经不足时，应加厚防渗体尺寸，直至满足要求为止。对断层、张开节理裂隙应逐条开挖清理，并用混凝土或砂浆封堵。2023/10/2332三、土石坝与混凝土建筑物的连接土石坝与混凝土建筑物的连接，使结合面具有足够的渗径长度和保护坝坡、坝脚不受冲刷的连接措施。土石坝与混凝土建筑物连接一般采用插入式和侧墙式（翼墙式和重力墩式等）两种型式。

1）插入式如图5-39所示，这种连接型式从混凝土坝与土石坝的连接部位开始，混凝土坝的断面逐渐缩小，最后成为混凝土心墙插入土坝心墙内。2023/10/2333三、土石坝与混凝土建筑物的连接图5-39插入式连接示意图1-混凝土重力坝；2-土石坝；3-半插入段；4-插入段2023/10/2334土石坝与溢流坝、溢洪道，水闸或船闸连接时，一般采用侧墙式连接型式。侧墙式包括重力墩式和翼墙式等图5-40翼墙式连接1-土石坝；2-溢流重力坝；3-圆弧形翼墙4-斜降式翼墙；5-边墩；2023/10/2335第十节土石坝的抗震设计StabilityAnalysisofEarth-RockDam2023/10/2336一、分析方法1、传统分析方法：等效静力施加于可能滑动体上计算安全系数的方法。2、以计算土石坝在地震时的永久变形为基础的