水工建筑物课件 06-土石坝2 剖面构造材料

§2土石坝的剖面和构造组成：坝身——维持稳定防渗体——降低浸润线，防止渗透破坏，减少渗流量排水设备——排除渗水，增加下游稳定性护坡——防止波浪、冰、雨水、水流的破坏设计：(1)根据坝址附近土石料的分布情况（种类、数量、距离）以及地形地质条件选择坝型。(2)拟定基本尺寸。(3)验算校核，修改，达到安全和经济。1、坝顶高程一、土石坝剖面的基本尺寸坝顶高程计算正常情况和非常情况，取大值。设防浪墙时，d是指静水位到墙顶的高差，并规定：正常情况下坝顶高出静水位0.5m，非常情况下不低于静水位。这是指沉降后的数值，必须预留沉降值。地震区安全超高应包括地震引起的坝体沉降和涌浪高度。面板坝“L”型防浪墙2、坝顶宽度坝顶宽度与稳定没有关系，取决于构造、交通、施工及运行等要求。无交通要求时：坝高大于100m时，Bmin=H1/2。坝高小于100m时，Bmin=0.1H。坝高小于30m时，Bmin>=3m。与稳定有直接关系，参照已建工程或根据经验拟定，再进行稳定验算。一般情况下，土坝的坝坡坡度上游比下游缓，因为(1)上游浸在水中，土的抗剪强度较低；(2)库水位骤降时，坝体内的渗透压力不利于上游坝坡稳定。高坝均变坡，变坡处设马道（每隔10~30m），马道上设置排水沟汇集雨水防止冲刷，还可以检查和维修。3、坝坡南阳鸭河口水库主坝嵊州市南山水库变坡、马道二、坝的防渗体满足防渗、构造、施工、防裂等方面要求。有土质防渗体和人工材料防渗体两种。土质防渗体——心墙、斜墙、斜心墙、铺盖人工材料防渗体——（沥青混凝土、钢筋混凝土）心墙、面板海南州恰让水库（2010.8）羊足碾碾压的土质心墙(1)土质心墙顶部在静水位以上的超高，正常运用时为0.3~0.6m，非常运用时不低于校核洪水位。顶宽考虑机械施工且不小于2m，边坡在0.15~0.30；底宽取决于允许渗透坡降，且不小于3m。顶面需要保护（冰冻和干燥厚度，且不小于1m），与岸坡结合加宽。(2)土质斜墙顶部在静水位以上的超高，正常运用时为0.6~0.8m，非常运用时不低于校核洪水位。顶宽（垂直于上游面的厚度）不小于2m；底宽取决于允许渗透坡降，不小于水头的1/5，防止断裂。上游面需要保护（冰冻和干燥厚度，不小于1m），外坡按稳定确定。(3)土质斜心墙介于心墙和斜墙之间，可克服心墙坝可能产生的拱效应和斜墙坝对变形敏感。适用于高土石坝。斜心墙的倾斜度对心墙的应力影响很大。(4)土质铺盖与斜墙相连，要求地基与铺盖土料的渗透系数值比在1000以上。厚度由上游向下游加厚，由允许渗透坡降确定，与斜墙连接处厚度不小于3~5m。长度为水头的4~6倍，需清基后填筑，顶面需保护层。(5)沥青混凝土防渗体沥青混凝土柔性和塑性较好，渗透系数10-7~10-10cm/s。防渗和适应变形能力较好。当产生裂缝时，可自行愈合。施工简单、造价低廉。可以有心墙和斜墙两种类型。在堆石坝中应用较广。三峡工程副坝茅坪溪大坝是沥青混凝土心墙堆石坝。(6)钢筋混凝土防渗体常用作堆石坝中的斜墙，不需保护层，即为面板堆石坝。在建的水布垭混凝土面板堆石坝，坝高233m，为世界最高的面板堆石坝。三、坝体排水设备主要目的：①防止渗流出逸处的渗透变形；②降低坝体内的浸润线和孔隙压力，改变渗流方向，增加坝体稳定；③保护坝坡，防止冻胀破坏。要有充分的排水能力，能自由地向下游排出渗水，需按排水反滤原则设计，保证坝体和地基土不发生渗透变形。排水设备的型式与坝型、下游水位、材料、施工条件、气候条件等因素有关，通过技术经济比较确定。排水设备包括棱体排水、褥垫排水、贴坡排水、综合式排水等。1、棱体排水在坝脚用块石堆筑而成。适用于下游有水的情况。能降低坝体浸润线、防止坝坡冻胀和渗透变形，保护下游坝脚，且有支持坝体增加稳定的作用。是一种可靠的排水型式。顶部应超出下游最高水位，大于波浪爬高，超高（按建筑物级别）。保证浸润线距坡面的距离大于冻结深度，尺寸如图。设反滤层。广州市狮洞水库2、贴坡排水又称表层排水，设在下游坝坡底部，由1~2层堆石或砌石筑成。结构简单、省料且便于检修，可防止渗透破坏，保护下游坝脚。因未伸入坝体，不能降低浸润线；防冻性较差。常用于下游无水的中小型水库的均质坝，以及有良好防渗体、坝体浸润线较低的中等高度的土石坝。石块与坝坡间设反滤层。顶部高于坝体浸润线的逸出点，使坝体浸润线位于冻结深度以下，需超高（按建筑物级别）。底脚需设排水沟，深度应使水面结冰后，排水沟的下部仍有足够的排水断面，满足稳定要求。贴坡排水宣城市塘埂头水库宣城市天子门水库3、褥垫排水排水体平铺在坝下游的部分地基上。伸入坝体内部，降低浸润线效果显著，有利于坝基排水。但对地基不均匀沉陷的适应能力较差，易断裂，检修困难。适用于下游无水或下游水位很低的情况。长度不超过1/3~1/4的坝底宽度。厚度需要计算，不小于30cm。4、综合式排水兼有各种排水的优缺点。反滤层四、护坡作用：上游护坡防止波浪淘刷、冰层和漂浮物的损害、顺坝水流冲刷等危害；下游护坡（均质坝）防止雨水冲刷，风浪、冰层和水流作用，动物、冻胀、干裂等对坝坡的破坏。下游坡由堆石、卵石、碎石砌成，不设护坡。要求：坚固耐久，能抵抗各种因素的破坏，保证底层不受淘刷。尽可能就地取材，降低造价。施工简单，维修方便。型式：上游，砌石护坡、堆石护坡、混凝土护坡、钢筋混凝土护坡、条石、预制混凝土构件等；下游，砌石护坡、堆石护坡、碎石护坡、草皮护坡、条石、预制混凝土构件等。范围：上游，坝顶至水库最低水位以下2.5m；下游，坝顶至排水棱体或坝脚。江西吉安福华山土坝下游坡排水棱体马道和排水沟1、砌石护坡人工铺砌块石。石块坚硬、耐风化，力求紧密嵌紧。大小根据风浪大小计算确定。砌石下设碎石或砾石垫层，可2~3层。2、堆石护坡将适当级配的石块直接倒在坝面垫层上，不用人工铺砌。堆石抵抗风浪的能力低于砌石，厚度大些。下面设砂砾石垫层。泌阳县板桥水库泌阳县板桥水库南阳市鸭河口水库唐河县虎山水库砌石护坡宣城市天子门水库泌阳县板桥水库东海县安峰山水库唐河县虎山水库草皮护坡宣城市天子门水库南阳市鸭河口水库苍南县桥墩水库苍南县吴家园水库苍南县吴家园水库龙游县沐尘水库溧水县卧龙山水库/混凝土板混凝土预制构件护坡苍南县桥墩水库/大理石苍南县桥墩水库/大理石嵊州市南山水库/条石松阳县东坞水库/条石东海县安峰山水库/混凝土南京市山湖水库/生态新型护坡五、坝顶构造坝顶设路面，有交通要求时，按道路要求设计。上游设防浪墙，下游设栏杆。路面为1~3%的斜坡，设纵向排水沟。苍南县吴家园水库/大理石条石松阳县东坞水库/混凝土-花坛溧水县禇山头水库/混凝土墩嵊州市南山水库/防浪墙-护栏新型坝顶结构§3土石坝的材料组成：坝壳——维持稳定防渗体——降低浸润线，防止渗透破坏，减少渗流量排水设备——排除渗水，增加下游稳定性护坡——防止波浪、冰层、雨水、水流的破坏工作条件不同，对材料的要求也不同。应具有与其使用目的相适应的工程特性，且具有长期稳定性。一、筑坝材料的选择1、防渗体土料应具有足够的防渗性能和一定的抗风化能力、低压缩性、足够塑性、体积变化小（浸水与失水）。心墙、斜墙、铺盖等土料的渗透系数应小于10-5cm/s，均质坝土料的渗透系数应小于10-4cm/s。粘粒含量、塑性指数等要求…由于重型压实机具的选用，可用土料的级配范围较大。2、坝壳土料应具有较高的强度、透水性、抗渗和抗震稳定性。各种土料均可用于坝壳的不同部位，均匀的中细砂、粉砂应用于干燥区。优先选用不均匀和连续级配的砂石料（易压实）。3、排水设备、护坡石料应足够的抗水性、不易溶蚀、软化系数不小于0.75~0.85、抗冻融、抗风化。饱和抗压强度不小于40~50MPa，孔隙率不大于3%，吸水率不大于0.8，容重大于22kN/m3。块石、碎石、卵石均可用，不宜采用风化岩石。1、粘性土料二、填筑标准设计土料越密实、强度等性能越好，但需要的压实功能越大。根据坝的等级、施工条件、土料的压实特性、填土干容重和含水量与土的力学性质的关系等综合分析，确定填筑标准。压实标准最优含水量——一定压实功能下，对应最大干容重的含水量。压实功能越大，最优含水量越小。当实际含水量小于最优含水量时，增加压实功能很有效果；当实际含水量大于最优含水量时，增加压实功能的效果不明显。粘性土的填筑含水量控制在最优含水量附近，偏离不超过2~3%。当含水量略低于最优含水量时，可得到较高的密实度和低压缩性，但土体适应变形的能力和浸水后的强度将显著降低，力学性质不稳定；当含水量略高于最优含水量时，土体适应