土石坝的类型及防渗性分析

土石坝的类型及防渗性分析

1压实式土石坝根据施工方法，石坝可分为：压裂土坝、填充土坝、水下填充坝、定向破碎坝等。其中,冲填式土石坝是利用水力开采和运输的;水中倒土坝则在坝址处修筑围梗灌水、填土,使土料在水中崩解压密。这两种坝型都是靠水的渗流带动颗粒向下运动而压密的,压实性能远不如机械碾压,而且排水固结很慢,孔隙水压力很大,只适用于坝坡较缓的低坝。定向爆破利用抛石冲击力的压实性能也不如振动碾压机械。土石坝的建筑实践表明,压实效果最好和应用最为广泛的是碾压式土石坝。按照土料在坝身内的配置和防渗体所用的材料种类及其所处的位置,碾压式土石坝可分为以下几种主要类型:(1)均质坝。一般只有一种沙壤土同时起防掺和支承作用;(2)土质心墙坝。由相对不透水或弱透水土料构成中央防渗体,其上、下游两侧以透水砂砾土石料组成坝壳,对心墙起保护支承作用;(3)土质斜墙坝。由相对不适水或弱透水土料构成上游防渗体,而以透水砂砾土石料作为下游支撑体;(4)土质斜心墙坝。由相对不远水或弱透水土料构成防渗体,其下部为斜墙、上部为心墙,在它们的上下游两侧以透水土石料组成坝壳,支撑和保护防诊体;(5)人工材料心墙坝。中央防渗体由沥青混凝土或混凝土、钢筋混凝土、土工膜加强土、土工膜加教土等人工材料构成,坝壳由远水或半透水砂砾土石料或者再加上块石等组成;(6)人工材料面板坝。坝的文撑体为运水或半透水的块石、砂砾石或者砂砾石再加上块石等材料,上游防渗面板则为钢筋混凝土、沥青混凝土、塑料膜或土工膜等材料构成。2坝体防渗土石坝的建设混凝土面板堆石坝在土石坝中具有工程量少、工期短、收效快、造价低、抗震性能好、施工导流工程简单等优点,可以改变我国长期以来水利工程投资大、工期长的两大弱点,只要水泥和石料来源较好,就明显地优越于以新土为防渗体的其它一般土坝。所以,在我国混凝土面板堆石坝己成为可行性研究阶段或初步设计阶段优先考虑的坝型。在远离山区的平原河道上,由于石料来源较远、较缺乏,而当地材料中往往有很多均质土,或者河道里有很多砂砾石,岸坡上有很多沙壤土。为了充分利用当地材料,节省造价,宜兴建均质坝、土质防渗体的心墙坝和斜墙坝。它可以适应任意的地形、地质条件,对筑坝土料的要求逐渐放宽,既可以采用先进的机械施工,在条件不具备时,也可以采用比较简单的机具施工,因而对我国平原地区大量的中小型工程是值得考虑的坝型。均质坝坝体材料单一,施工方便,当坝址附近有数量足够的适宜土料时可以选用。这种坝所用土科的渗透系数较小,施工期坝体内会产生孔隙水压力,降低土料的抗剪强度,故坝坡较缓,工程量大,一船适用于中、低高度的坝。但近年来也有向高坝发展的趋势,特别是在具有较大内摩擦角的含新性砂(砾)质土的情况下,在坝的中部设置竖向和水平排水,可以大大降低坝体内的浸润线,并减少孔除水压力。20世纪60年代后在巴西等地已建成许多高60~80m的均质坝,委内瑞拉古里坝的土坝段,坝高100m,也采用均质坝。心墙坝和斜墙坝相对于均质坝来说,其下游坝壳砂砾石的浸润线较低,适宜于建高坝。斜铺坝的坝壳可以超前于防渗体进行填筑,而且不受气候条件限制,也不依赖于地基灌浆施工的进度,施工干扰小。但斜墙坝由于抗剪强度较低的防渗体位于上游面,故上游坝坡较短。斜墙对坝体的沉降变形也较为敏感,故高坝中斜墙坝比心墙坝少。目前世界上已建的高200~300m级的土石坝几乎都是心墙坝。但心墙土料的压缩性较坝壳料高,受坝壳拱效应作用易产生水平裂缝,对坝的安全不利;心墙在施工时需要和两侧坝壳平起上升,施工干扰大,受气候条件的影响也大,有时心墙停工一段时间,两侧坝壳以临断面填筑,总进度受影响。为此,很多高坝逐渐采用斜心墙,其上游坡设计成1:0.5~1:0.6,以利于克服拱效应和改善心墙的受力条件,还可以较大程度地解决心墙坝施工干扰的问题。当适合筑坝的黏性土材料较多、坝较高时,宜优先采用黏土斜心墙坝,因为它综合了心墙坝和斜墙坝的优点,又克服了各自的缺点。例如:巴基斯坦148m高的塔贝拉坝和我国154m高的小浪底斜心墙堆石坝等等。应用沥青混凝土作防渗体的土石坝,采用土工薄膜防渗的土石坝以及定向爆破堆石坝等,在各种具体条件下,都有一定的应用和发展前景。在某些条件下,小型土石坝也可建成溢流形式,以节省溢洪道工程量。据不完全统计,我国已建这种类型土石坝约二百座。早期建造的多用砌石、钢筋混凝土作溢流面板。当然,过水土石坝的建造要慎重,在目前的技术条件下,单宽流量不能太大,坝不能太高,一定要确保施工质量和安全。我国过去有些地区针对土料特点建造了一些水坠坝、水中倒土坝以及国外早期较普遍应用的水力冲境坝等,发挥了一些作用,但也存在一些问题,如含水量高、排水固结很慢、碾压不实、蓄水后浸润线很高、对坝坡稳定不利以及后期沉降量很大等。后来,随着施工机械的发展和应用,这些坝型已逐渐很少采用了。我国幅员辽阔,各地自然条件、土料特性等千差万别,需要根据具体情况,发展和选择合理形式的土石坝。在坝型选择中,不应拘泥于现存的观点。筑坝技术在不断进步,新的施工机械也在不断出现,以前看来似乎没有什么前途的面板堆石坝.由于应用大型振动碾提高压实效果,今日已发展成为具有强大生命力的坝型。3滑坡致坝作用具有足够的断面维持坝坡的稳定,这是大坝安全的基本保证。国内外土石坝的失事,约有1/4是由滑坡造成的,足见保持坝坡稳定的重要性。施工期、稳定渗流期、水库水位降落期以及地震时作用在坝坡上的荷载和土石料的抗剪强度指标都将发生变化,应分别进行核算以保持坝坡和坝基的稳定。3.1渗流破坏土料力学土石坝挡水后,在坝体内形成渗流,饱和区内土石料承受水压力,减小了抵抗滑动的有效正压力;浸水以后土石料的抗剪强度指标将有所减小;渗流力可对坝坡形成不利作用;渗流从坝坡、坝基或河岸流出时可能引起管涌等渗流破坏。设置防渗和排水设施可以控制坝体和坝基的渗透破坏和漏水量,控制渗流范围、改变渗流方向、减小渗流的流出坡降以增加坝坡、坝基和河岸的抗滑和抗渗稳定。3.2根据现场条件选择水库类型、水库结构形状和石材选择各种土石料在坝体内的配置,还应根据土石料的物理、力学性质选择好坝体各部分的夯筑压实标谁,达到技术经济上的合理性。3.3洪水建筑物具有足够的防洪能力。水库必须满足足够的安全要求，防止洪水泛滥，水库损坏3.4防止波浪冲击在库水变化范围内