《水工建筑物》课件-模块四：土石坝

模块四：土石坝4.1土石坝的特点和类型土石坝的工作原理土石坝是一种极为古老的坝型，早在很久以前，人类就知道用散粒体，石料等当地材料来填筑坝体从而形成挡水建筑物，其自然的剖面形状为梯形。土石坝是土坝、土石混合坝和堆石坝的统称，是人类最早建造的坝型。由于土石坝筑坝材料主要来源于坝址附近，所以也叫做当地材料坝。土石坝历史悠久，施工方便，由于土石坝对地基要求低和现代化施工技术的高速发展，土石坝在国内外广泛运用。土石坝土石坝的特点（a）可以就地取材，节约大量的水泥、木材和钢材，减少工地对外的运输量。随着土石坝设计和施工技术的发展，放宽了对筑坝材料的要求，几乎任何土石料均可以筑坝。(b)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。土石坝的特点土石坝与其他坝型相比，其结构简单，施工工序少，施工技术容易掌握，即可以人力施工，又可以采用高度机械化的设备进行施工。土石坝的特点运行、管理及维修方便，加高、扩建、维修容易。土石坝的坝坡缓，体积大，工程量大。土石坝一般不允许坝顶溢流，必须在河岸上另开溢洪道或其他泄水建筑物。在河谷狭窄、洪水流量很大的河道上施工时，导流比较困难。黏性土料的填筑受气候影响比较大。土石坝的类型土石坝按坝高可分：低坝，高度在30米以下为低坝；中坝：高度在30~70米为中坝；高坝：高度超过70米为高坝；按施工方法分类：碾压式土石坝：碾压式土石坝是分层铺土石料、分层压实填筑的，坝体质量良好，目前最为常用，世界上现有的高土石坝都是碾压式的。按照土料在坝身的位置和防渗所用的材料类型，碾压式土石坝可分为以下几种：按坝高分类土石坝的类型坝体基本上由均一的黏土料筑成，整个坝体用于防渗并保持自身的稳定。均质坝用透水性较好的砂石料做成坝壳，以防渗性较好的土质做防渗墙。防渗墙设在坝体中央或稍向上游倾斜的称为心墙坝或斜墙坝，设在靠近上游面的称为斜墙坝。黏土心墙坝和黏土斜墙坝土石坝的类型防渗体有沥青混凝土、钢筋混凝土或其他人工材料，其余部分用土料构成。人工材料心墙和斜墙坝坝身由几种不同的土料筑成。多种土质坝土石坝的类型水力冲填坝是以水力为动力完成土料的开采、运输和填筑等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，然后通过泥浆泵将送至坝顶，再经过沉淀和排水固结而筑成坝体。这种坝因筑坝质量难以保证，目前很少采用。水力冲填坝土石坝的类型水中填土坝是用于崩解的土料一层一层倒入，由许多小土提分隔围成的、静水中填筑而成的坝。这种施工方法无需机械压实，而是靠土的重力进行压实和排水固结。该法施工受雨季影响小，工效较高，且不用专门碾压设备，但由于坝体填土干容重低，抗剪强度小，要求坡缓，工程量大。水中填土坝土石坝的类型定向爆破堆石坝是按预定要求埋设炸药，使爆出的大部分岩石抛填到预定的地点而堆成的坝。这种坝填筑防渗部分比较困难。定向爆破堆石坝土石坝的类型按坝体材料所占比例可分为以下三种：土坝：土坝的坝体材料以土和砂砾石为主。土石混合坝：当两种材料均占相当比例时，称为土石混合坝。堆石坝：以石渣、卵石、爆破石料为主，除防渗外，坝体的绝大部分或者全部由石料填筑起来的称为堆石坝。课程小结土石坝是一种极为古老的坝型，由于土石坝筑坝材料主要来源于坝址附近，所以也叫做当地材料坝。思考题土石坝为什么坝身上不能开设溢洪设施？土石坝4.2土石坝工作条件及设计要求问题导入土石坝对地基条件适应性强、就地取材、充分利用建筑物开挖料、造价较低，是世界各国广泛采用的坝型。稳定、渗流、冲刷、沉陷等方面具有哪些工作条件和设计要求呢？一、稳定方面1.工作条件坝坡的滑动或坝坡连同部分坝基一起滑动。滑裂面形式2.设计要求上下游坝坡平缓，足够的抗滑稳定能力。（a）、（b）圆弧滑裂面；（c）、（d）直线或折线滑裂面；（e）、（f）复合滑裂面1—坝壳；2—方渗体；3—滑裂面；4—软弱层二、渗流方面1.工作条件坝体内形成由上游向下游的渗流，引起渗透破坏、水库渗漏、坝体滑坡等。土石坝渗流示意图二、渗流方面2.设计要求（1）做好防渗措施（a）塑性斜墙土石坝（b）塑性心墙土石坝面板堆石坝二、渗流方面（2）做好下游排水设施贴坡排水棱体排水褥垫排水管式排水综合排水三、冲刷方面1.工作条件坝体上下游水的波浪将在水位变化范围内冲刷坝坡；波浪沿坡爬升很高甚至翻过坝顶；降落在坝面的雨水沿坝坡下流冲刷坝坡；靠近土石坝的泄水建筑物在泄水时激起水面波动有冲淘作用；季节气温变化也可能使坝坡受到冻土膨胀和干裂的影响。2.设计要求（1）土石坝上下游坝坡设置护坡，坝顶及下游坝面布置排水。（2）坝顶在最高水位以上预留一定的超高。（3）布置泄水建筑物时，注意进出口与坝坡要有一定距离。干砌石护坡混凝土板护坡1.工作条件四、沉降方面坝体有较大的沉陷，使坝高降低；不均匀沉陷还将导致土石坝产生裂缝，坝体横缝对坝的防渗极为不利。2.设计要求严格控制碾压质量并预留沉降量。对于重要工程，沉陷值应通过沉陷计算确定。对于一般的中小型土石坝，如坝基没有压缩性很大的土层，可按1%～2%预留沉陷值。课程小结通过以上讲解，分析了土石坝的工作条件，明确了土石坝坝体（坝壳）、防渗体、排水体、护坡等要求，它们的合理设计是保证土石坝能够安全正常工作的基础。同学们以后在设计土石坝时，需要认真仔细，多看、多学、多想，具有不耻下问的工作精神。思考题查找规范和书籍，说明土石坝的坝坡怎么样拟定？土石坝的各种下游排水设施适用条件是什么？土石坝4.3土石坝地基处理（砂砾石地基）问题导入天然条件限制，地质会有各种问题，不是所有地质都可以建坝;土石坝约40%的失事是地基问题引起。砂砾石地基怎么样处理？一、砂砾石地基的问题砂砾石地基一般不能直接建坝；主要问题是透水性很大；处理目的：减少地基的渗流量并保证地基和坝体的抗渗稳定性。方法：“上防下排”二、设置垂直防渗措施1.修建黏土截水墙黏土截水墙二、设置垂直防渗措施

2.修建混凝土防渗墙混凝土防渗墙二、设置垂直防渗措施

3.帷幕灌浆砂砾石地基帷幕灌浆三、设置上游防渗铺盖上游防渗铺盖四、下游排水措施反滤排水沟1.水平排水层2.反滤排水沟3.排水减压井4.渗透盖重排水减压井课程小结通过以上讲解，分析了土石坝砂砾石地基存在的问题是透水性很大。通常处理的基