堆石坝、土石坝的坝型选择

2023/10/231

堆石坝StabilityAnalysisofEarth-RockDam2023/10/232一、概述面板堆石坝是以堆石体作为支承，以钢筋混凝土、沥青混凝土作为防渗体的一种坝型。

1970年以后，由于大型振动碾薄层碾压技术的应用，使堆石坝的密实度得到充分提高，从而大幅降低了堆石坝的变形，加上钢筋混凝土面板结构在设计上改进.目前，面板堆石坝已成为大坝中一种重要坝型。2023/10/233面板堆石坝与其他坝型相比有如下主要特点1、就地取材，在经济上有较大的优越性，除了在坝址附近开采石料以外，还可以利用枢纽其他建筑物开挖的废弃石料；2、施工渡汛问题比土坝较为容易解决，可部分利用坝面溢流渡汛，但应做好表面保护措施；3、对地形地质和自然条件适应性较混凝土坝强，可建在地质条件略差的坝址上，且施工不受雨天影响，对温度变化的敏感度也比混凝土坝低得多；2023/10/234面板堆石坝与其他坝型相比有如下主要特点4、方便机械化施工，有利于加快施工工期和减少沉降，随着重型振动碾等大型施工机械的应用，克服了过去堆石坝抛填法沉降量很大的缺点；

5、坝身不能泄洪，施工导流问题较混凝土坝难予解决，一般需另设泄洪和导流设施。2023/10/235二、钢筋混凝土面板堆石坝的剖面尺寸1．坝顶要求面板堆石坝一般为梯形剖面，其坝顶宽度和坝顶高程的确定与土坝类似，其中坝顶宽度除了应参考土坝的要求外，还应兼顾面板堆石坝的施工要求(浇筑面板时有工作面和进行滑模设备的操作)，一般不宜小于5m。2023/10/236在坝顶上游侧设置钢筋混凝土防浪墙。防浪迎水面高4～6m，背水面高于坝顶1.0～1.2m，底部与面板间应做好止水连接，如图5-41所示。对于低坝也可采用与面板整体连接的低防浪墙结构。2023/10/237图5-41面板堆石坝坝顶构造2023/10/2382．坝坡面板堆石坝的坝坡与石料性质、坝高及地基条件有关，设计时可参考类似工程。对于采用抗剪强度高的堆石料，上、下游坝坡在静力条件下均可采用堆石料的天然休止角对应的坡度；因此一般采用1:1.3～1:1.4。对于地质条件较差或堆石体填料抗剪强度较低以及地震区的面板堆石坝，其坝坡应适当放缓。2023/10/239三、钢筋混凝土面板堆石坝的构造1．堆石体堆石体是主体部分，其可划分为：垫层区（2A区）、过渡区（3A区）、主堆石区（3B区）和次堆石区(3C区)。图5-42堆石坝分区示意图2023/10/2310（1）垫层区垫层区应选用质地新鲜、坚硬且耐久性较好的石料，可采用经筛选加工的砂砾石、人工石料或者由两者混合掺配。高坝垫层料应具有连续级配，一般最大粒径为80～100mm，粒径小于5mm的颗粒含量为30％～50％，小于0.075mm的颗粒含量应少于8％。垫层料经压实后应具有内部渗透稳定性、低压缩性、抗剪强度高，并应具有良好的施工质量。垫层施工时每层铺筑厚度一般为0.4～0.5m，用10t振动碾碾压4遍以上。对垫层上游坡面，由于重型振动碾难于碾压，因此对上游坡面还应进行斜坡碾压。2023/10/2311垫层区垫层上下游之间水平宽度应根据坝高、地形确定，垫层顶部水平宽度一般可采用3～4m，向下逐渐加宽。坝高100m以下的面板堆石坝，为了简化施工也可考虑采用上下等宽的垫层。对于周边缝附近的特殊垫层区，可以采用最大粒径小于40mm且内部稳定的细反滤料，经薄层碾压密实，以尽量减少周边缝的位移。2023/10/2312（2）过渡区过渡区介于垫层与主堆石区之间，起过渡作用，石料的粒径级配和密实度应介于垫层与主堆石区两者之间。由于垫层很薄，过渡区实际上是与垫层共同承担面板传力。此外，当面板开裂和止水失效而漏水时，过渡区应具有防止垫层内细颗粒流失的反滤作用，并保持自身的抗渗稳定性。过渡区石料粒径要求可比垫层材料适当放宽，最大粒径一般为300～400mm。该区水平宽度可取3～5m，分层碾压厚度一般为0.40～0.5m。2023/10/2313（3）主堆石区主堆石区为面板坝堆石的主体，是承受水压力的主要部分，它将面板承受的水压力传递到地基和下游次堆石区，该区既应具有足够的强度和较小的沉降量，同时也应具有一定的透水性和耐久性。该区石料应级配良好，以便碾压密实。主堆石区填筑层厚一般为0.8～1.0m，最大粒径应不超过600mm，用10t振动碾碾压4遍以上。2023/10/2314（4）次堆石区下游次堆石区承受水压力较小，其沉降和变形对面板变形影响也一般不大，因而对填筑要求可酌情放宽。石料最大粒径可达1500mm，填筑层厚1.5～2.0m，用10t振动碾碾压4遍。下游次堆石区在坝体底部下游水位以下部分，应采用能自由滤水、抗风化能力较强的石料填筑；下游水位以上部分，宜使用与主堆石区相同的材料，但可以采用较低的压实标准，或采用质量较差的石料，如各种软岩料、风化石料等。另外，混凝土面板上游铺盖区（1A区）可采用粉土、粉细砂、粉媒灰或其他材料填筑；上游盖重区（1B区）可采用渣料填筑；2023/10/23152．防渗面板的构造（1）钢筋混凝土面板钢筋混凝土面板防渗体主要是由防渗面板和趾板组成，如图5-43（a）所示。面板是防渗的主体面板底部厚度宜采用最大工作水头的1%，考虑施工要求，顶部最小厚度不宜小于30cm。为使面板适应坝体变形、施工要求和温度变化的影响，面板应设置伸缩缝和施工缝。垂直伸缩缝的间距，应根据面板受力条件和施工要求确定。位于面板中部一带，垂直伸缩间距可以取大些，一般以10～18m为宜，靠近岸坡的垂直缝间距则应酌情减小。2023/10/2316图5－43面板与趾板及分缝布置2023/10/2317面板配筋为控制温度裂缝和干缩裂缝:面板需要布置双向钢筋，每向配筋率为0.3%～0.5%。由于面板内力分布复杂，计算有一定的难度，故一般将钢筋布在面板中间部位。周边缝、垂直缝和水平缝附近配筋应适当加密，以控制局部拉应力和边角免遭挤压破坏。2023/10/2318（2）趾板（底座）趾板是面板的底座，其作用是保证面板与河床及岸坡之间的不透水连接，同时也作为坝基帷幕灌浆的盖板和滑模施工的起始工作面。趾板的截面形式和布置如图5-43（a）所示，2023/10/2319沿水流方向的宽度b一般可按b=H/J确定，J为坝基的允许渗透比降。可取水头的1/10～1/20，最小3.0m，低坝最小可取2.0m。对局部不良岸坡，应加大趾板宽度，增大固结灌浆范围。趾板厚度一般为0.5～1.0m，最小厚度0.3～0.4m。配筋布置可与面板相同，分缝位置应与面板分缝（垂直缝）对应。如果地基为岩基，可设锚筋与岩基固定。2023/10/2320（3）面板与岩坡的连接面板与岸坡的连接是整个面板防渗的薄弱环节，面板常因随坝体产生的位移而产生变形，使其与岸坡结合不紧密，甚至出现被拉离岸坡或产生错动的现象，形成集中渗流。设计中应特别慎重。面板与岸坡的连接是通过趾板与岸坡连接的，面板与趾板又通过分缝和止水措施防渗。2023/10/2321为此，了解面板与岸坡的连接，就必须了解趾板与岸坡的连接。趾板作为面板与岸坡的不透水连接和灌浆压帽，应置于坚硬、不冲蚀和可灌浆的弱风化至新鲜基岩上，岸坡的开挖坡度不宜陡于1:0.5～1:0.7；趾板基础开挖应做到整体平顺，不带台阶，避免陡坎和反坡，当有妨碍垫层碾压的台阶、反坡或陡坎时，应作削坡或回填混凝土处理。为保证趾板与岸坡紧密结合和加大灌浆压重，趾板与岸坡之间应插锚筋固定。锚筋直径一般为25～35mm，间距1.0～1.5m，长3～5m。2023/10/2322趾板范围内的岸坡应满足自身稳定和防渗要求，为此，应认真做好该处岸坡的固结灌浆和帷幕灌浆设计。固结灌浆可布置两排，深3～5m。帷幕灌浆宜布置在两排固结灌浆之间，一般为一排，深度按相应水头的（1/3～1/2）确定。灌浆孔的间距视岸坡地质条件而定，一般取2～4m，重要工程应根据现场灌浆试验确定。2023/10/2323水布垭水布垭水库（湖北清江）2023/10/23242023/10/23252023/10/23262023/10/23272023/10/23282023/10/23292023/10/23302023/10/2331水布垭水库2023/10/23322023/10/23332023/10/23342023/10/23352023/10/23362023/10/2337第十二节土石坝的坝型选择地形，地质条件，筑坝材料，坝高，气候，施工和运行条件。首选面板堆石坝2023/10/2338第五章思考题：

1、简述土石坝的工作特点。

2、简述土石坝坝顶高程确定与混凝重力坝的区别。

3、影响土石坝坝坡的因素有哪些？为什么均质土坝很少用于高土石坝？

4、简述土石坝坝体防渗体的型式及适用范