第5章-土石坝课件

第七节土石坝的构造一、防渗体1.土质防渗体

土质防渗体的主要型式是心墙和斜墙。K＜1×10-5cm/s。确定心墙或斜墙防渗体厚度的原则：墙厚T≥H/［J］，即J≤［J］，同时还要考虑土料质量和施工条件综合确定厚度。

（1）粘土心墙粘土心墙防渗效果好，但抗剪强度低，施工受气候影响大。所以，过于宽厚的心墙对稳定和施工都不利，但过薄也不利于抗渗稳定、抗裂和抗震。规范规定：心墙［J］≤4。底厚：厚心墙=（0.3~0.5）H；薄心墙=（0.15~0.2）H。顶厚：≮3m。心墙坡比：1：0.15～1：0.3；厚心墙可达1：0.4～1：0.5。

墙顶高程：▽墙顶＝▽正常蓄水+（0.3～0.6）m

或▽墙顶＝▽设计洪水+（0.3～0.6）m

且▽墙顶≮▽校核洪水墙顶保护层厚度：不小于当地冻土或干燥深度；且≮1m。心墙两侧与坝壳之间应设置足够厚度的反滤层或过渡层，其作用是粒径逐步过渡以改善坝体应力分布和反滤排水保护心墙土料免遭流失。云南糯扎渡砾石土心墙堆石坝(澜沧江，高261.5m)

（2）粘土斜墙底厚(垂直于斜墙下游坡)：［J］＝5。顶厚：≮3m。斜墙坡比：内坡不陡于1：2；外坡不陡于1：2.5。墙顶高程：▽墙顶＝▽正常蓄水+（0.6～0.8）m▽墙顶＝▽设计洪水+（0.6～0.8）m

且▽墙顶≮▽校核斜墙顶部及斜墙上游坡面保护层厚度：不小于当地冻土或干燥深度；且≮1m，常用2～3m。保护层材料常用砂砾石、卵石或碎石等筑成。斜墙下游或上下游与坝壳接触之间应设置反滤层或过渡层。（3）粘土斜心墙

斜心墙位置介于心墙和斜墙之间。斜心墙是为了克服直立心墙产生拱效应和斜墙对坝体变形敏感的缺点而发展起来的。它既保留了心墙坝有较陡的上游边坡，又保持了斜墙坝下游边坡较陡且稳定性好的优点，还可节省工程量。斜心墙可改善坝体的应力状态和避免防渗体开裂。斜心墙的上游坡一般在1:0.4~1:1.0之间，下游坡一般在1:0.1~1:0.5之间。目前有较多超高土石坝采用斜心墙，例如美国的渥洛维尔坝(坝高224m)和加拿大买加坝(坝高244m)都是斜心墙土石坝。二、坝顶和护坡1.坝顶防浪墙：墙顶高于坝顶1.00~1.20m。用浆砌石或钢筋混凝土筑成，墙底应和坝体中的防渗体紧密连接。坝顶面：向两侧或一侧倾斜，作成2％～3％的坡度。坝顶照明：常设。黄金坪水电站沥青混凝土心墙坝坝顶结构2.护坡

上游护坡：干砌石、浆砌石或堆石，近年来砼板、沥青砼、钢筋混凝土板护坡使用得也不少。浆砌石和混凝土板类的护坡必须设置排水孔。砌石、堆石护坡下面应设置砂土、碎石或砾石垫层，一般砂土垫层厚度15~30cm，卵砾石和碎石垫层厚度30~60cm。下游护坡：干砌石，碎石、或砾石护坡，厚约0.3m。对气候适宜地区的粘性土均质坝也可采用草皮护坡，草皮厚约5～10cm。三、坝体排水和反滤层

排水的作用：控制和引导渗流，降低浸润线，加速孔隙水压力的消散，以增强坝体的稳定，并保护下游坝坡免遭冻胀破坏。

反滤层的作用：保护渗流出口，防止坝体和坝基发生管涌、流土等渗流变形的最直接和最有效的工程措施。排水和反滤层对于土石坝的安全运行十分重要。第十一节堆石坝一、发展的三个阶段

(1)初期阶段：自19世纪中至1940。以抛填为主，辅以高压水枪冲实。密实度差，沉降和水平位移量都较大，施工期的沉降量可达坝高的5％，竣工后沉降量仍有坝高的1％～2％，给堆石体的防渗结构造成困难。

(2)过渡阶段：1940年至1965年。由于土力学、土工试验技术以及碾压设备的进步，采用土质防渗体的心墙堆石坝和斜墙堆石坝有了较大的发展。碾压密实的堆石体的变形显著降低，而设计施工良好的土质防渗体则具有较好的适应变形的能力。这一时期200～300m级高土石坝的建设促进了高效率重型碾压机具的发展，特别是大型振动碾的出现及其应用于堆石的压实，使堆石填筑质量大大提高，可容许使用过去认为质量较差的石料填筑坝体。(1)材料分区硬岩堆石料填筑的坝体分区：迎水面为砼面板F；然后从上游向下游方向划分为垫层区、过渡区、主堆石区、下游次堆石区；在周边缝下游侧设置特殊垫层区；100m以上高坝，还宜在面板上游面底部设置上游铺盖区及盖重区。◆1区为上游防渗铺盖区

1A用防渗土料碾压填筑或水下抛填，其作用是覆盖周边缝及高程较低处的面板，当周边缝张开或面板出现裂缝时，能自动淤堵恢复防渗性能，1B为盖重区可填充任意料，对1A起保护作用。在多泥沙河流上，可利用天然淤积物来形成1区。设置1区造价增加不多，对加强防渗却十分有利。但若水库发生渗漏，设置1区后难以查漏，维修不便。故有些坝不设1区，运行情况也很好。◆2区为垫层区

2A直接位于面板下部，为面板提供均匀而可靠的支撑，并将库水压力较均匀地传给堆石体，同时又缓和其下游堆石体变形对面板的影响，以改善面板内部应力状态。垫层区应具有较高的变形模量，足够的抗剪强度、弱透水性和渗透稳定性，可发挥第二道防渗的作用。在周边缝下游侧设置特殊垫层区2B，对周边缝及其附近面板上铺设的堵缝材料及水库泥沙起反滤作用，以防流失。◆3区为堆石区——承受水荷载的主要支撑体

3A为过渡区；3B为主堆石区；3C远离面板，主要起稳定坝坡的作用，可用任意料填筑，为下游次堆石区。E为可变动的主堆石区与下游次堆石区的过渡区，其扩展角经综合考虑坝料特性及坝高等因素后加以选定。3D为下游护坡，3F为排水区，各区坝料的渗透性宜从上游向下游增大，并应满足水力过渡要求。用砂砾石料填筑的坝体分区与之类似。坝体分区实例浙江梅溪面板坝坝体材料分区图(坝高40m)贵州洪家渡面板坝坝体材料分区图(坝高179.5m)云南那兰面板坝坝体材料分区图(坝高109m)

新疆察汗乌苏面板坝坝体材料分区图(坝高110m)甘肃九甸峡面板坝坝体材料分区图(坝高136.5m)

福建万安溪面板坝坝体材料分区图(坝高93.8m)

吉林小山面板坝坝体材料分区图(坝高86.3m)

(二)面板及防渗结构设计面板、趾板、趾板地基的灌浆帷幕、周边缝、面板间的接缝止水等构成面板坝的防渗体系，如下图所示。2、面板■分缝：垂直缝的间距取为12～18m。两岸坝肩附近的缝为张性缝，其余部分为压性缝。张性缝和压性缝对止水有不同要求。为满足滑模连续浇注的要求，不设水平向伸缩缝。■厚度：面板的厚度应使面板承受的水力梯度不超过200。为便于布置钢筋和止水，面板的最小厚度为0.30m；中低坝可采用0.3m~0.4m的等厚面板；高坝面板顶部厚度取为0.3m，然后向下方逐渐增加，t=0.3+(0.002~0.0035)H，其中H指计算断面至面板顶部的垂直距离。3、面板接缝设计主要是止水结构及布置。周边缝对面板防渗起关键作用，其中的底部止水铜片为最基本的防渗线，中部PVC(聚氯乙烯)或橡胶止水片及顶部止水可视情况选用。顶部止水结构，目前尚处于发展阶段，可采用柔性填料(例如：SR塑性填料、GB塑性填料、沥青玛蹄脂)或无粘性填料(粉煤灰、粉细砂)的一种或两种结合使用。填料外包薄铝片或PVC(聚氯乙烯)保护盖或GB复合型三元乙丙橡胶盖板或不锈钢片等材料进行保护。广州抽水蓄能电站上库面板坝周边缝止水图福建万安溪面板坝周边缝止水图(mm)吉林小山面板坝周边缝止水图(mm)贵州洪家渡