推荐第八-十节-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

1、2021-10-281foundation treatment of earth-rock dam2021-10-282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。地基上都可建造土石坝。土石坝的地基处理的目的：土石坝的地基处理的目的：控制渗流控制渗流，要求处理后的地基不产生，要求处理后的地基不产生渗透变形渗透变形和和降低坝体浸润线降低坝体浸润线，坝坡和坝基在各种情况下均，坝坡和坝基在各种情况下均要渗透稳定，要渗透稳定，渗流量渗流量在允许的范围内；在允许的范围内；控制稳定控制稳定，处理使坝基具有足够的强度，不

2、致，处理使坝基具有足够的强度，不致因坝基产生滑坡，因坝基产生滑坡，软土层软土层不致被挤出，砂土层不不致被挤出，砂土层不发生发生液化液化等；等；控制变形控制变形，要求，要求沉降量沉降量和不均匀沉降控制在允和不均匀沉降控制在允许的范围内（竣工后，不应大于坝高的许的范围内（竣工后，不应大于坝高的1%1%），），以以免影响坝的正常运行。免影响坝的正常运行。2021-10-283一、岩基处理一、岩基处理l处理方式与重力坝相当、处理范围：防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。渗体部位。地基应清洗干净后再填土。l1、如岩石节理裂隙发育或有其它地质构、如岩石节理裂隙发育或有其它

3、地质构造，进行惟幕灌浆。造，进行惟幕灌浆。l2、遇断层破碎带，当其分布范围不大时，、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，可作惟幕灌浆或砼砼塞。如范围较大，可作惟幕灌浆或砼防渗墙。防渗墙。2021-10-284茅坪溪土石坝茅坪溪土石坝2021-10-285 （一）粘土截水槽（一）粘土截水槽明挖回填粘土成截水槽明挖回填粘土成截水槽, ,结构简单、工作可靠、结构简单、工作可靠、截渗效果好的防渗措施截渗效果好的防渗措施. .适用适用: :砂砾土层深度在砂砾土层深度在15m15m以内。以内。位置位置: :一般设在大坝防渗

4、体的底部（均质坝则多一般设在大坝防渗体的底部（均质坝则多设在靠上游设在靠上游1/31/31/21/2坝底宽处），横贯整个河床坝底宽处），横贯整个河床并伸到两岸。并伸到两岸。尺寸尺寸: :截水墙的底宽，应按回填土料的允许比降截水墙的底宽，应按回填土料的允许比降确定（砂壤土取确定（砂壤土取3.03.0，壤土，壤土3.03.05.05.0，粘土，粘土5.05.010.010.0），一般取），一般取5m10m5m10m，最小宽度，最小宽度3.0m3.0m。 插入相对不透层的深度应不小于插入相对不透层的深度应不小于0.50.51.0m1.0m二、砂砾石坝基处理二、砂砾石坝基处理2021-10-286粘土

5、截水槽粘土截水槽0.5-1.00.5-1.0心 墙(a)(b)2021-10-287粘土截水槽粘土截水槽2021-10-288（二）混凝土防渗墙（二）混凝土防渗墙l适用:砂砾石层深度在1580m，高效经济的。优点:施工进度快，造价较低，防渗效果好。l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80100为宜，并由最大工作水头除以允许比降校核墙的厚度。l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。l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

6、0.61.3m的范围内。2021-10-289混凝土防渗墙混凝土防渗墙2021-10-2810混凝土防渗墙混凝土防渗墙2021-10-28112021-10-2812混凝土防渗墙混凝土防渗墙2021-10-28132021-10-2814混凝土防渗墙混凝土防渗墙l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0.51.0m。l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。l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

7、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。2021-10-2815（三）灌浆帷幕（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。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。进行评估，可灌性应通过室内及现场试验确定。1 1）可灌

8、比）可灌比m m d85d85灌注材料中小于其总土重的灌注材料中小于其总土重的85%85%所对应的粒径所对应的粒径，mmmm。当当m m1515时时, ,可灌水泥浆；可灌水泥浆；m m1010时可灌水泥粘土浆时可灌水泥粘土浆8515ddm d15d15受灌地层中小于总土重的受灌地层中小于总土重的15%15%所对应的粒径，所对应的粒径，mmmm 2021-10-2816灌浆帷幕灌浆帷幕2 2）渗透系数）渗透系数 除了以可灌比评价之外，也可用渗透系数进行评除了以可灌比评价之外，也可用渗透系数进行评估。当地基的渗透系数估。当地基的渗透系数 cm/scm/s时灌水泥浆时灌水泥浆110当地基的渗透系数当

9、地基的渗透系数 灌水泥粘土浆灌水泥粘土浆. 210310410所有的砂层和砂砾石层，均可用化学浆材。所有的砂层和砂砾石层，均可用化学浆材。帷幕厚度帷幕厚度应根据大坝承受的工作水头和帷幕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：本身的渗透比降确定，可按下式计算： jht 渗透系数等于渗透系数等于 可灌超细水泥浆可灌超细水泥浆.2021-10-2817长江大堤灌浆长江大堤灌浆2021-10-2818(4)水平防渗铺盖l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。l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

10、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。l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。2021-10-2819xhxxl2021-10-2820水平防渗铺盖l尺寸确定:l前端最小厚度可取0.51.0m，任截面厚度由下式计算确定:jhxx铺盖的长度，主要取决于下卧土层的允许比降，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，一般取设计水头的国内已建工程，一般取设计水头的4 46 6倍，个倍，个别工程最大取至别工程最大取至1111倍水头。倍水头。2021-10-2821（五）排

11、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。2021-10-2822排水减压措施l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1530m。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0.30.5m。l减压井构造:由沉淀

12、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。2021-10-2823粘土层砂层砂砾层砂卵石层基岩减压井铺盖1263452021-10-2824（六）（六）压重法压重法2021-10-2825三、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12m之间，如采用重型振动碾，则可达23m，压实后土层可达中密或紧密状态。 3

13、)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。2021-10-28262软粘性和淤泥地基处理l挖除:软粘土地基土层较薄时宜全部挖除；l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；l插塑料排水带;l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。2021-10-282712沙井沙井砂井尺寸砂井尺寸:直径为直径为3040cm，井距约为（，井距约为（68）倍的井径，）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

14、钢管，拔管后回填粗粒砂、砾石料。中打入封底的钢管，拔管后回填粗粒砂、砾石料。作用作用:一方面是加密地基，另一方面是通过砂井把地基土料一方面是加密地基，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。和抗剪强度。2021-10-28283、湿陷性黄土坝基l挖除挖除l翻压翻压l强夯强夯一般不宜建坝，易产生不均匀沉降一般不宜建坝，易产生不均匀沉降2021-10-2829stability analysis of earth-rock dam2021-10-2830v土石坝与坝基、岸坡及其他建筑物的连接是土

15、石坝设计的关键，应当高度重视并妥善处理;v 目的：避免产生水力劈裂；v 接触面岩石大量漏水；v 不均匀沉降而导致坝体产生裂缝。l一、坝体与坝基及岸坡的连接l 1、坝体与坝基的连接-坝基处理；第八节土石坝与坝基、岸第八节土石坝与坝基、岸坡及其他建筑物的连接坡及其他建筑物的连接2021-10-2831一、坝体与坝基及岸坡的连接l2、坝体与岸坡的连接l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；l土质岸坡沿坝轴方向开挖坡度不宜陡于1:1.5；l岩石岸坡沿坝轴方向开挖坡度不宜陡于1:0.5- 1:0.75；l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

16、求为止。l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。2021-10-2832三、土石坝与混凝土建筑物的连接l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。l 1）插入式l 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。2021-10-2833三、土石坝与混凝土建筑物的连接l图 5-39 插入式连接示意图l1-混凝土重力坝；2-土石坝；3-半插入段；4-插入段122021-10-283

17、4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13253135241424(a)(b)(c)图图5-40 翼墙式连接翼墙式连接1-土石坝；土石坝； 2-溢流重力坝；溢流重力坝； 3-圆弧形翼墙圆弧形翼墙4-斜降式翼墙；斜降式翼墙； 5-边墩；边墩；2021-10-2835stability analysis of earth-rock dam2021-10-2836一、分析方法一、分析方法l1、传统分析方法：等效静力施加于可能、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。滑动体上计算安全系数的方法。l2、以计算土石坝在地震时的永久变形为、以计算土石坝在地震时的永久变形为基础的方法正在发展，力求更好地反映基础的方法正在发展，力求更好地反映土石坝在地震过程中的实际表现，并考土石坝在地震过程中的实际表现，并考虑土的非线性变形特性及其强度在地震虑土的非线性变形特性及其强度在地震过程中产生变化的影响。过程中产生变化的影响。l两种方法并存。两种方法并存。2021-10-2837二、土石坝的抗震措施二、土