贵水校水工建筑物课件04土石坝

项目4土石坝学习内容：1.掌握土石坝的特点及枢纽布置2.了解土石坝剖面设计3.理解土石坝渗流分析4.土石坝的坝坡稳定分析5.掌握土石坝的地基处理6.了解面板堆石坝的构造与设计教学方法：课堂教学、现场参观和分组讨论任务1掌握土石坝的特点及枢纽布置土石坝是土坝与堆石坝的统称。一、工作特点1.剖面较大，坝坡较缓。2.不能从坝顶溢流，需设河岸溢洪道。3.渗流影响大。4.沉陷量大。土石坝土石坝由于其对基础条件良好的适应性、能就地取材、能充分利用建筑物开挖料、造价较低等优点，是世界各国广泛采用的坝型。据不完全统计，在坝高低于100m的坝型中，土石坝占80%以上。我国已建成的高度超过100m的心墙堆石坝共10座，其中以小浪底心墙堆石坝为最高，最大坝高160m。在建、似建的200m级心墙堆石坝5座，大都位于大渡河、雅砻江和澜沧江上。

5.土石坝糯扎渡电站心墙堆石坝最大坝高261.5m，位居国内同类坝型第一，世界第三。大坝所在峡谷地区地质条件复杂、地震烈度高，特别是天然土料性能复杂、力学指标偏低，工程建设难度大。（云南思茅市，澜沧江，227.41亿m3，585万kw，312亿元）二、土石坝的类型按施工方法分：碾压式土石坝、水中填土坝、水力冲填坝、定向爆破坝。1.碾压式土石坝（1）均质坝：用同一土质筑坝。（2）分区坝：心墙坝、斜墙坝、斜心墙坝。（3）人工材料防渗坝：沥青砼、钢筋砼防渗墙。2.水中填土坝3.水力冲填坝水布垭面板堆石坝高233m，为目前世界最高的面板坝洪家渡电站面板堆石坝洪家渡电站面板堆石坝图4－1图4－2罗贡土石坝剖面图罗贡土石坝剖面图任务2了解土石坝剖面设计

（三）坝坡土坝：1:2～1:4堆石坝：1:1.3～1:1.6图4－3土坝坝顶超高计算图二、土石坝的构造（一）坝项：见图4-4。（二）护坡：见图4-13、4-14、4-15、4-16。（三）防渗体：粘土心墙、斜墙，沥青砼防渗墙（四）排水设施贴坡排水：见图4-8。1棱体排水：见图4-9。2褥垫排水：见图4-10。3管式排水：见图4-11。4综合式排水：见图4-12。5图4－4坝顶构造砌石护坡坝面排水沟布置反滤层

任务3理解土石坝渗流分析一、渗流计算的任务与方法任务：计算渗流量；确定浸润线；校核是否发生渗透变形。方法：常用水力学法和流网法。水力学法假定：1.坝体是均匀的，各方向渗透系数相同。渗透水流为层流，符合达西定律v=kJ；2.渐变流，在任一铅直面上的流速和水头是常数。

三、土坝渗流计算的流网法流网：渗流场中流线和等势线组成的网状图形。流线：渗透水流某一水质点运动的轨迹线。等势线：渗流场中测压管水头相同点的连线。流网特性：网格为曲线正方形，坝面是等势线，浸润线和坝基面为流线。流网法优缺点：不能求出浸润线，但可求出渗流场中任一点的渗流要素。土石坝的流网四、土石坝的渗透变形及防止措施（一）渗透变形的型式（1）管涌（2）流土（3）接触冲刷（4）接触流土（二）渗透变形的临界坡降和允许坡降（三）防止渗透变形的措施降低渗透坡降；增加土体抵抗渗透变形的能力。任务4土石坝的坝坡稳定分析一、稳定计算的目的：校核坝坡是否失稳，为确定坝坡提供依据。二、滑裂面形状：1.圆弧滑裂面；2.直线或折线滑裂面；3.复合滑裂面。三、稳定计算情况和安全系数的采用稳定计算情况：正常运用情况和非常运用情况。安全系数的采用：P110表4－7。四、土壤抗剪强度指标的选取土壤抗剪强度指标主要指土体的凝聚力c和内摩擦角。图4－27土石坝滑裂面的型式五、坝坡稳定分析方法（一）圆弧滑动法基本原理：在粘性土中，滑裂面近似为圆弧，阻滑力矩与滑动力矩之比即为稳定安全系数。基本公式：见P112（4-37）式。最危险滑裂面圆心位置：方捷耶夫法和费南钮斯法。见P113图4-30。（二）折线滑动法在非粘性土中，滑裂面近似为直线或折线，采用刚体极线平衡法求安全系数。图4－28坝坡稳定计算圆弧法任务5掌握土石坝的地基处理土石坝的坝基处理的任务：防渗、防滑、防沉一、砂卵石地基处理1.粘性土截水槽（图4-34）2.混凝土防渗墙（图4-35）3.帷幕灌浆4.防渗铺盖5.排水减压措施（图4-36）砼防渗墙平面布置图二、细砂与淤泥地基处理1.淤泥层地基处理：挖除、压重法或设置砂井排水法。2.细砂地基处理：挖除、强夯法、振冲器加固。三、软粘土和黄土地基处理软粘土：挖除、强夯法、砂井排水法。黄土：预先浸水；换土压实；夯实表层土。岩石地基防渗处理与重力坝地基处理相同。四、土石坝与坝基、岸坡及其它建筑物的连接（一）坝体与土质地基及岸坡的连接（二）坝体与岩石地基及岸坡的连接

1.土石坝与溢洪道的连接2.土石坝与坝下埋管的连接任务6了解面板堆石坝的构造与设计一、概述定义：用堆石或砂砾石分层碾压填筑成坝体，用混凝土面板作防渗体的坝，简称“面板堆石坝”或“面板坝”。面板堆石坝的特点：1.抗滑稳定性好。分层碾压的堆石密实度高，抗剪强度大。坝坡1:1.3或1:1.4，对应坡角37.6°或35.5°,接近松散抛填堆石的自然休止角，大大低于碾压堆石的内摩擦角(大于45°)。2.坝坡陡，断面小，枢纽布置紧凑。混凝土面板堆石坝混凝土面板堆石坝由于其良好的适应性、经济性和安全性，在我国得到了迅速发展。我国已建和在建的面板坝已达150余座，其中百米以上的有37座，超过150m的有14座，有15座面板坝建在深厚覆盖层上。于2006年底建成蓄水的紫坪铺面板堆石坝高156m，位于都江堰市境内，汶川发生里氏8级地震，距震中仅17km，大坝实际承受的地震烈度已远超过了设计标准。震后初步查明，大坝坝顶沉陷了20～30cm，坝顶与溢洪道连接处有裂缝，混凝土面板有局部损伤，坝顶防浪墙有断裂，但大坝渗漏量无明显变化，表明大坝整体是稳定、安全的、抗震性能好。混凝土面板堆石坝水布垭水电站（湖北省巴东县）已建成发电，其面板堆石坝高233m，为世界同类大坝之最。针对上世纪末建设的200m级面板坝出现的面板结构性裂缝、垫层料与面板脱空、面板压缝混凝土压损等问题，我国坝工界总结国内外筑坝的经验教训，提出了控制变形为重点的综合措施。3.透水性好，抗震性能强。地震时不会产生孔隙水压力，不会液化或坝坡失稳。4.施工导流比土坝方便，坝体可过水。施工受雨季影响小。5.坝身不能泄洪，一般需另设泄洪和导流建筑物。二、面板堆石坝的剖面设计（一）坝顶（二）坝坡三、面板堆石坝的构造江西东津水电站坝高88.5m混凝土面板堆石坝坝体结构混凝土面板堆石坝主要由堆石体和防渗系统组成。1.堆石体由垫层区、过渡区、主堆石区、次堆石区组成。名称位置作用要求垫层区面板下方平整面板，避免应力集中；减少水荷载引起的变形；辅助防渗粒径不能太大，有较多细料；良好级配过渡区垫层区和主堆石区之间保护垫层并起过渡作用级配连续，最大粒径≤300mm，低压缩性和高抗剪强度，自由排水性能

主堆石区坝体上游是承受水荷载的主要支撑体低压缩性、高抗剪强度、较好的透水性和耐久性。硬岩堆石料或砂砾料

次堆石区坝体下游与主堆石区共同保持坝体稳定，其变形对面板影响轻微软岩堆石料2、防渗系统由钢筋砼面板、趾板、趾板地基的灌浆帷幕、周边缝和面板间的接缝止水组成。3、面板位于堆石坝体上游面起防渗作用的混凝土结构。应根据坝体变形及施工条件进行面板分缝分块。垂直缝的间距可为12～18m。在两坝肩附近的面板应设张性垂直缝（A缝），其余部分的面板设压性垂直缝（B缝）。张性垂直缝的数量可根据地形地质条件参照工程经验或有限元计算确定。两岸垂直缝在距周边缝法线方向约0.6～1.0m范围内，应垂直于周边缝布置成折线形式。面板水平施工缝的设置宜考虑施工条件，满足临时挡水或分期蓄水的要求。继续浇筑混凝土之前，施工缝的缝面应经凿毛处理，清理干净，缝面用水湿润，铺一薄层高强度砂浆。面板钢筋应穿过缝面。分期浇筑的面板，其施工缝应低于填筑体顶部高程，高差宜大于5m。如发现已浇筑面板与垫层间有脱空现象，应以低标号、低压缩性砂浆等灌注密实后再浇筑面板混凝土，保证其良好结合。面板厚度的确定应满足下列要求：①便于布置钢筋和止水，其相应最小厚度为0.30m；②控制渗透水力梯度不超过200；③在达到上述要求的前提下，应选用较薄的面板厚度，以提高面板柔性，降低造价。面板的顶部厚度宜取0.30m，并向底部逐渐增加，在相应高度处的厚度：t＝0.30十(0.002～0.0035)H式中t—面板厚度，m；H—计算断面至面板顶部的垂直距离，m。中低坝可采用0.3～0.4m等厚面板。4.趾板：连接地基防渗体与面板的混凝土板。保证面板与河床及岸坡间的不透水连接，同时是基础帷幕的盖板和滑模施工的起始工作面。岩基上趾板厚度可小于与其连接的面板厚度，最小设计厚度应不小于0.3m。高坝底部趾板厚度应不小于0.5m，可按高程分段采用不同厚度。趾板下游面垂直于面板底面的高度应不小于0.9m趾板一般可不作稳定分析。厚度超过2m时，需进行稳定和应力分析。趾板稳定分析用刚体极限平衡法。计算中不计趾板锚筋作用及面板与趾板之间的传力。堆石压力只能考虑堆石的主动压力，或考虑面板下的堆石在面板承受水库压力后产生的侧向压力。5.接缝止水周边缝应设置止水。底部止水铜片应选为最基本的防渗线，中部PVC或橡胶止水片及顶部止水视情况选用。顶部止水系统一般由柔性填料、粉细砂(或粉煤灰)等材料构成，可以是其中的一种止水材料，也可以是柔性填料和无粘性材料两种止水材料。低坝和50m以下中坝可以只采用一道底部止水。中坝及100m以下高坝宜设置底、顶部两道止水。100m以上的高坝宜选用底、顶部两道止水，或底、中、顶部三道止水。不同坝高的压性垂直缝均应采用硬平缝结构，都只需采用一道底部止水。缝的一侧缝面应涂沥青乳液等防粘剂。止水铜片下应设置PVC垫片并粘合在水泥砂浆垫座上。止水铜片两侧底角应设置沥青止浆条。高坝张性垂直缝宜采用底、顶部两道止水，中、低坝可只采用一道底止水，其结构同压性缝。面板水平施工缝须用钢筋穿过，应不设止水。趾板伸缩缝可采用铜片、PVC