水工建筑物-土石坝的特点和分类

水工建筑物——土石坝的特点和分类水工建筑物——土石坝的特点和分类土石坝来自坝区，因而也称当地材料坝。土石坝得以广泛应用和进展的主要缘由包括以下几个方面：可筑坝2、能适应各种不同的地形、地质和气候条件。任何不良的坝址地基，经处理后均可筑坝。特别是在气候恶劣、工程地质条件简单和高烈度地震区的状况下，土石坝实际上是唯一可取的坝型3、大功率、多功能、高效率施工机械的进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进展4、岩土力学理论、试验手段和计算技术的进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牢靠性5、高边坡、地下工程构造、高速水流消能防冲等土石坝配套工程设计和施工技术的综合进展，对加速土石坝的建设和推广也起了重要的促进作用。317m。塔吉克斯335m208075%以上。由于多方面的缘由，我国100m高105m；碧口水库大坝，坝高101m；鲁布革水库大坝，坝高101m；小浪底水库154m高土石坝的建设。一、土石坝的特点和设计要求坝型相比，在稳定、渗流、冲刷、沉陷等方面具有不同的特点和设计要求。1〕稳定方面土石坝的根本剖面外形为梯形或复式梯形。由于填筑坝体的土石料为松散平坦体滑动。土石坝失稳的型式主要是坝坡的滑动或坝坡连同局部坝基一起滑动。坝坡滑动会影响土坝的正常工作，严峻的将导致工程失事。设施，施工中还要认真做好地基处理，并严格掌握施工质量。浸润线渗流方面量，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〔图4－性，并做好各种结合面的处理，避开产生集中渗流，以保证工程安全。冲刷方面土石坝为散粒体构造，抗冲力量很低。坝体上、下游水的波浪将在水位变化范围内冲刷坝坡；大风引起的波浪可能沿坝坡爬升很高甚至翻过坝顶，造成严峻事故；降落在坝面的雨水沿坝坡下流，也将冲刷坝坡；靠近土石坝的泄水建筑物在泄水时激起水面波动，对土石坝坝坡也有淘刷作用；季节气温变化也可能使坝坡受到冻结膨胀和干裂的影响。为避开上述不良影响，应实行以下工程措施：1、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2、坝顶在最高库水位以上要留肯定的超高，以防止洪水漫过坝顶造成事故3、布置泄水建筑物时，留意进出口离坝坡要有肯定距离，以免泄水时对坝坡产生淘刷。沉陷方面1%～2%预留沉陷值。依据土石坝的特点，认真分析争论根本资料，在枢纽布置时，应特别重视并尽量避开或削减土石坝与刚性建筑物的连接。对有条件的坝址，尽量选用开敞式溢洪道，以提高泄洪的超泄力量，使土石坝满足稳定、渗流、变形、冲刷以及不漫顶的要求。二、土石坝的分类按坝高分类SL274—2023《碾压式土石坝设计标准》规定：高度在30m30～70m70m按施工方法分类1〕碾压式土石坝它是用适当的土料分层堆筑，并逐层加以压实〔碾压〕而成的坝。这种方法在土坝中用得较多。近年来用振动碾压修建堆石坝得到了快速的进展，本章主要阐述这种类型的土石坝。2〕水力冲填坝它是以水力为动力完成土料的开采、运输和填筑全部工序而建成的坝。其施工方法是用机械抽水到高出坝顶的土场，以水冲击土料形成泥浆，然后通过泥浆泵将泥浆送到坝址，再经过沉淀和排水固结而筑成坝体。这种方法因填筑质量难以完全保证，目前在国内外很少承受。水力冲填坝的造泥及冲填布置见图。水力冲填坝施工示意图定向爆破堆石坝这种坝增筑防渗局部比较困难。除苏联外，其他国家承受极少。我国已建有4082.5m。土坝土坝是指坝体的绝大局部都由土料筑成的坝。根据土料的分布状况又可分为以下四种。〕均质坝均质坝的坝体根本上是由均一的壤土筑成，整个坝体用以防渗并保持自身的稳定［43〔a〕］。由于黏性土抗剪强度较低，故多用于低坝。黏土心墙坝和黏土斜墙坝用透水性较大的土料做坝的主体，用透水性微小的黏土做防渗体的坝。防渗体设在坝体中心的或稍向上游的称为黏土心墙坝或黏土斜心墙坝［43〔b〕4－3〔c〕］；防渗体设在上游面的称为黏土斜墙坝［图4－3〔d〕］。〕人工材料心墙和斜墙坝防渗体由沥青混凝土、钢筋混凝土或其他人工材料建成的坝。按其位置也可分为心墙或斜墙两种。［43〔e〕］为钢筋混凝土〔或称刚性〕心墙坝的示意图。4〕多种土质坝坝的主体〔不包括防渗体、排水体和护坡等〕由几种不同的土料建成的坝［43〔f〕］土石混合坝土石混合坝［4－3〔g〕～〔j〕］所示。堆石坝［4－3〔k〕4－3〔l〕］。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。土石坝类型2～3水工建筑物—土石坝的构造用得更多。水工建筑物—土石坝的构造一、坝顶规定。2%～3%。对于将集合的雨水经坝面排水沟排至下游。1.0～1.2m。二、防渗体的要求。坝顶构造〔单位：m〕1—心墙；2—斜墙；3—回填土；4—碎石路面〔一〕黏性土心墙4－25降，以避开或削减裂缝。毛家村黏土心墙土坝〔单位：m〕1—黏土心墙；2—半透水料；3—砂卵石；4—施工时挡土黏土斜墙；5—盖层；6—混凝土防渗墙；7—灌浆帷幕；8—玄武岩心墙坝顶部厚度一般不小于3m，以便于机械化施工。由于心墙多为黏性1/4。黏土心墙两侧边坡多在1∶0.15～1∶0.31∶0.4～1∶0.50.3～0.6m，且不低于校核水位，当有牢靠的防浪墙时，心墙顶地区的冰结或枯燥深度，同时按构造要求不宜小于1m。心墙与坝壳之间应设置果良好。心墙与地基和两岸必需有牢靠的连接。岩石地基上的心墙〔图4－26〕1.5～2.0m，0.2～0.5m，有时还要在下部进展帷幕灌浆。黏土心墙与岩基的连接型式1—黏土截水墙；2—混凝土垫座；3—混凝土齿墙；4—灌浆孔黏土心墙与岩基的连接型式1—黏土截水墙；2—混凝土垫座；3—混凝土齿墙；4—灌浆孔〔二〕黏土斜墙〔指与斜墙上游坡面垂直的厚度〕也不宜小于3m。为保证抗渗稳定，底厚不宜小于作用水头的1/5。墙刷、冰冻和干裂。保护层常用砂、砾石、卵石或碎石等砌成，厚度不得小于冰冻2～3m。斜墙及保护层的坡度取决于土坝稳定计算的结果，1∶2.0，1∶2.5时，可只设一层，有时甚至不设；与坝体连接的过渡层，与心墙后的过渡层极似，但为了使应力均匀并适应变形，要求还应高一些，常需设置两层，斜墙与铺盖或截水墙的连接都应牢靠。以下图为汤河黏土斜墙土坝。〔三〕非土料防渗体石坝中，所以将在堆石坝一节中介绍。12345三、排水设施止渗透变形，增加坝坡的稳定性，防止冻胀破坏的目的。排水设施应具有充分的排水力量，不致被泥沙堵塞，以保证在任何状况下都能自由地排出全部渗水。在排水设施与坝体、土基接合处，都应设置反滤层，以保证坝体和地基土不产生渗透变形，并应便于观测和检修。常用的坝体排水有以下几种型式。贴坡排水紧贴下游坝坡的外表设置，它由1～2层堆石或砌石筑成，在石块与坝坡之间设置反滤层，如以下图所示。贴坡排水顶部应高于坝体浸润线的逸出2.0m1.5m，并保证坝体浸润线位于冻结深度以下。贴坡排水底部必需设排水沟，其深度要满足结冰后仍有足够的排水断面。贴坡排水构造简洁、节约材料、便于修理，但不能降低浸润线。多用于浸润线很低和下游无水的状况，当下游有水时还应满足波浪爬高的要求。12345堆石棱体排水1—下游坝坡；2—浸润线；3—棱体排水；4—反滤层棱体排水大于波浪沿坡面的爬高，且对Ⅰ级、Ⅱ级坝不小于1.0m，对Ⅲ级、Ⅳ级、Ⅴ级0.5m，并使坝体浸润线距坝坡的距离大于冰冻深度。堆石棱体内坡一般为1∶1.25～1∶1.5，外坡为1∶1.5～1∶2.0或更缓。顶宽应依据施工条件1.0m，如上图所示。棱体排水可降低浸润线，防止坝坡冻胀和渗透变形，保护下游坝脚不受尾水淘刷，且有支撑坝体增加稳定的作用，是效果较好的一种排水型式。多用于河床局部的下游坝脚处。但石料用量较大、费用较高，与坝体施工有干扰，检修也较困难。褥垫排水它是伸展到坝体内的一种排水设施，在坝基面上平铺一层厚约0.4～0.5m的块石，并用反滤层包裹。褥垫伸入坝体内的长度应依据渗流计算确定，对黏性土均质坝不大于坝底宽的1/2，对砂性土均质坝不大于坝底宽的1/3，其构造如以下图所示。褥垫排水向下游方向设有0.005～0.01的纵坡。排水层的厚度应依据排水量计算确定，并应满足反滤层最小厚度的要求。当下游水位低于排水设施时，降低浸润线的效果显著，还有助于坝基排水固结。但当坝基产生不均匀沉陷时，褥垫排水层易遭断裂，而且检修困难，施工时有干扰。褥垫式排水1—护坡；2—浸润线；3—排水；4—反滤层管式排水12—集水管；3—横向排水管管式排水15～20m。管式土石坝岸坡及台地地段，由于这里坝体下游常常无水，排水效果好。综合式排水棱体排水组合，贴坡棱体与褥垫式排水组合等综合式排水。〔a〕〔b〕四、护坡与坝坡排水等对坝坡的危害，必需设置护坡。土石坝下游面，为防止雨水、大风、水下部位具有重要意义。上游护坡上游护坡的型式有抛石、干砌石、浆砌石、混凝土或钢筋混凝土、沥青混凝土或水泥土等。护坡掩盖的范围，应由坝顶起护至水库最低水位以下肯定距离，一般最低水位以下2.5m。对最低水位不确定的坝应护至坝底。〔1〕抛石〔堆石〕护坡——将适当级配的石块倾倒在坝面垫层上的一种护坡。优点是施工进度快、节约人力，但工程量比砌石护坡大。堆石护坡的厚度一般认为至少要包括2～3层块石，这样便于在波浪作用下自动调整，不致因垫层暴露而遭到破坏。当坝壳为黏性小的细粒土时，往往需要两层垫层，靠近坝壳的一层垫层最小厚度为15cm〔2〕砌石护坡——用人工将块石铺砌在碎石或砾石垫层上，有干砌石和浆砌石两种。要求石料比较坚硬并耐风化。20～60cm2～3层垫层，4－33。干砌石护坡〔单位：m〕1—干砌石；2—垫层；3—坝体时要留有肯定缝隙以便排水通畅。〔3〕混凝土和钢筋混凝土板护坡——当筑坝地区缺乏石料时可考虑承受此种型式。预制板的尺寸一般承受：方形板为1.5m×2.5m2m×2m或3m×3m，厚为0.15～0.20m。预制板底部混凝土板护坡〔单位：cm〕〔a〕矩形板；〔b〕六角形板1—矩形混凝土板；2—六角形混凝土板；3—碎石或砾石；4—木挡柱；5—结合缝设砾石或碎石垫层。现场浇筑的尺寸可大一些，可承受5m×5m、10m×10m甚至20m×20m混凝土板护坡〔单位：cm〕〔a〕矩形板；〔b〕六角形板1—矩形混凝土板；2—六角形混凝土板；3—碎石或砾石；4—木挡柱；5—结合缝渣油混凝土护坡——在坝面上先铺一层3cm的渣油混凝土〔夯实后的厚度〕，上铺10cm的卵石做排水〔不夯〕，第三层铺8～10cm的渣油混凝土，130～140°C4－35。渣油混凝土护坡〔单位：cm〕水泥土护坡〔单位：m〕1—土壤水泥土护坡；2—潮湿土壤保护层；3—压实的透水土料水泥土护坡——将粗砂、中砂、细砂掺上7%～12%的水泥〔质量比〕，15cm2～3m，见图：水泥土护坡〔单位：m〕1—土壤水泥土护坡；2—潮湿土壤保护层；3—压实的透水土料这种护坡经过几个坝的实际运用，在最大浪高1.8m并经数十年的冻融状况8%～14%。以上