粘土心墻論文

1、-. z目錄1 根本資料 41.1 工程概況 41.2 水文氣象 41.3 地形地質(zhì) 41.4 茅坪溪防護(hù)大壩 51.4.1 設(shè)計標(biāo)準(zhǔn) 51.4.2 平面布置 51.5 其它設(shè)計資料 51.1.11.5.1 工程特征水位 51.5.2 地震烈度 51.5.3 筑壩材料的技術(shù)指標(biāo) 51.6 設(shè)計容與要求 61.6.1 設(shè)計目的 6設(shè)計容 72 壩址及壩型的選擇 72.1 壩址的選擇 72.2 土壩對地基的要求 82.3 壩型選擇 82.3.1 各種壩型的比較 8土石壩類型的選擇 93 壩工設(shè)計 103.1 壩頂高程 103.1.1 按正常情況下計算壩頂高程 113.1.2 按非常情況計算壩頂高程

2、 123.1.3 考慮地震影響計算壩頂高程 133.1.4 確定壩頂高程及壩高 133.2 壩頂寬度 133.3 壩坡 143.5 排水體設(shè)備 154 滲流計算 16-. z4.1 設(shè)計說明 164.1.1 土石壩滲流分析的任務(wù) 164.1.2 滲流分析的工況 164.1.3 滲流分析的方法 164.2 滲流計算 164.2.1 根本假定 164.2.2 滲流計算根本公式 164.3 滲流計算過程 184.4 滲流穩(wěn)定結(jié)果分析 214.4.1 正常蓄水位下滲流穩(wěn)定分析 214.4.2 校核洪水位下滲流穩(wěn)定分析 225 土石壩壩坡穩(wěn)定分析及計算 225.1 設(shè)計說明 225.1.1 設(shè)計任務(wù) 2

3、25.1.2 計算工況 225.1.3 計算斷面 235.1.4 控制標(biāo)準(zhǔn) 235.2 穩(wěn)定計算 23庫水位最不利時的上游壩坡 235.2.2 施工或竣工期的上下游壩坡穩(wěn)定計算及穩(wěn)定滲流期的計算 286.土石壩的構(gòu)造設(shè)計 416.1 壩頂 416.2 護(hù)坡與壩坡排水 416.3 壩體排水設(shè)備 437. 沉降量計算 447.1 壩體的沉降量計算 447.2 壩基沉降量計算 458.地基處理 488.1 壩基清理 488.2 壩的防滲處理 488.3 土石壩與壩基的連接 48-. z9.土石壩土料的選擇 499.1 壩殼的土石料選擇要求 499.2 防滲體土石料的選擇要求 499.3 對排水設(shè)施和

4、護(hù)坡的構(gòu)造布置 499.4 反濾層的構(gòu)造布置 5010. 工程量計算 5010.1 壩基開挖工程量計算 5010.2 壩體工程量計算 50辭 53參考文獻(xiàn) 541 1 根本資料根本資料1.11.1 工程概況工程概況茅坪溪防護(hù)工程的緣由：茅坪溪是長江上的小支流，其出口位于三峽大壩上游約1km 的右岸。流域面積 113.24km2,在茅坪溪防護(hù)壩址以上的流域面積為 98.54km。該流域?qū)俚咨角鹆陞^(qū)，流域人口約 3.1 萬人，耕地 3.43 畝。茶園 1601.4 畝，果園 11.4 畝，直接淹沒人口 6561 人。淹沒區(qū)有成片的良田，是省秭歸縣重要的產(chǎn)量田區(qū)和農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)區(qū)。該縣人多地少，坡多田少，

5、移民難度大。經(jīng)中央部門審定，修建茅坪溪防護(hù)工程。茅坪溪防護(hù)工程包括泄水建筑物遂洞接涵洞和防護(hù)壩瀝青混凝土心墻堆石壩 。本設(shè)計是針對防護(hù)大壩。1.21.2 水文氣象水文氣象長江流域氣候溫暖，雨量豐沛，多年平均降水量 1100mm，雨季 410 月占全年降水的 85%。也經(jīng)常發(fā)生洪，澇，旱，冰雹，滑坡，泥石流等自然災(zāi)害。多年平均氣溫是1618。夏季最高超過 40，冬季-4，無臺風(fēng)災(zāi)害，降水集中形成暴風(fēng)雨CoCoCoCo區(qū)，流域較大日暴風(fēng)雨覆蓋面約 3 萬15 萬。最大達(dá) 21.3 萬。1.31.3 地形地質(zhì)地形地質(zhì)壩址基巖為前震旦紀(jì)閃云斜長花崗巖。巖體中有巖俘虜體和閃長巖包裹體，以及后期侵入的酸基

6、性巖脈。閃云斜長花崗巖巖性均一，完整，力學(xué)強度高。微風(fēng)化和新鮮巖石的飽和抗壓強度達(dá) 100Mpa,變性模量達(dá) 30-40Gpa。-. z壩區(qū)主要有兩種斷裂構(gòu)造，一組走向北北向，另一組走向北被動，傾角多在 60以上。斷層規(guī)模不大，且膠結(jié)良好。通過壩基規(guī)模較大的斷層有 F7及 F23，出露在Co左漫灘上。緩傾角裂隙不甚發(fā)育，僅占裂縫總數(shù)的 13%，其中北北東組占緩傾角裂縫總數(shù)的 68.5%,傾角東南為主，傾角為 1530。CoCo花崗巖的風(fēng)化層分為全，強，弱，微 4 個風(fēng)化帶。風(fēng)化殼厚度全，強，弱 3 個風(fēng)化帶 ，以山脊部位最厚，可達(dá) 2040 米。山坡與一級階地次之，溝谷，漫灘較薄，主河床中一般

7、無風(fēng)化層或風(fēng)化層厚度很小，平均厚度 21.5 米。壩基除利用微風(fēng)化巖體外，局部弱風(fēng)化下亞帶巖體亦可用作建基巖體?；炷僚c建基巖面間的抗剪斷強度，摩擦系數(shù)F取值 1.01.3。凝聚力C為 1.21.5Mpa。建基巖體巖石與巖石間的抗剪斷強度，視不同的構(gòu)造類型的巖體 F 與 C 值分別為 1.01.7Mpa 和 1.22.0Mpa。第四紀(jì)松散堆積物主要是河流沖積層，洲壩水庫蓄水后，主河槽及后河普遍淤積有原 518 米的細(xì)沙。壩址水文地質(zhì)條件簡單，微風(fēng)化和新鮮巖體的透水性微弱，有 80%以上的壓水試驗段的巖體單位透水率小于 1Lu，其余試驗段主要為弱，中等透水位。壩之區(qū)域地殼穩(wěn)定條件好，不具備發(fā)生強

8、烈地震的背景，為典型的弱震構(gòu)造環(huán)境，根本烈度為度。經(jīng)過多年的勘測研究，三峽工程壩址地質(zhì)條件甚為優(yōu)越，是一個難得的好壩址。1.41.4 茅坪溪防護(hù)大壩茅坪溪防護(hù)大壩1.4.1 設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)茅坪溪防護(hù)大壩與三峽大壩共同攔擋三峽庫水，擋水水頭為 80 米。經(jīng)審定茅坪溪防護(hù)大壩等級與三峽大壩一樣，為一等工程。防護(hù)大壩按 1 級建筑物設(shè)計。大壩正常蓄水位為 175 米。校核水位為 180.4 米。地震設(shè)計烈度為 7 度，均與三峽大壩一樣。背水側(cè)茅坪溪設(shè)計洪水位20 年一遇106.4 米，校核洪水位100 年一遇為 107.3米，非常洪水位萬年一遇考慮調(diào)蓄后為 114.6 米。1.4.2 平面布置茅坪溪防護(hù)大

9、壩位于家沖到板橋和家嘴之間。壩址處河谷地形較為開闊，河谷走向約為 25。壩軸線峪河谷走向交角約 65o，自右岸的吳家灣通過茅坪溪與左岸松柏Co坪以上的山包相接。河谷兩岸不對稱，右岸山體雄厚，壩肩頭吳家灣高程 232 米，沖溝較發(fā)育。壩軸線斜跨一沖溝，其余段根本沿山梁展開，其平均坡度角約 8o，跨溝谷處坡角 35o。左岸壩肩山頭吳家灣高程 192.86 米，谷坡根本順直，自讓坡角較陡一般為 30o50o。局部達(dá) 50o。壩軸線根本沿分水嶺脊線布置，地形高程 190 米200 米，最高 209.72 米松茅坪 。左壩肩兩側(cè)沖溝對應(yīng)發(fā)育，在山脊集合形成鞍部，最低高程 184.3 米。山體較薄弱，高程

10、 175 米處最小山脊寬 40 米。在此埡口處設(shè)一副-. z壩，軸線長 80 米，走向為東南 165o。1.51.5 其它設(shè)計資料其它設(shè)計資料1.1.11.5.1 工程特征水位上游正常蓄水位 175.0m相應(yīng)下游水位 106.4m防洪限制水位 145.0m枯季消落水位 155.0m1000 年一遇洪水水庫水位 157.5m10000 年一遇洪水水庫水位 180.4m相應(yīng)下游水位 107.31.5.2 地震烈度場地根本烈度為 6 度，防護(hù)大壩設(shè)計烈度為 7 度。1.5.3 筑壩材料的技術(shù)指標(biāo)表 1.1 筑壩材料的技術(shù)指標(biāo)容重噸/立方米抗剪強度建筑材料名稱比重干濕飽孔隙率摩擦角凝聚力(kg/cmc

11、2)滲透系數(shù)k (cm/s)土料壤土2.721.681.982.05=24=250.31106砂礫料2.681.801.802.10水上36水下346102堆石2.701.801.802.050.3340沙礫料壩基2.681.801.802.10水下3521068. 6備注：瀝青混凝土滲透系數(shù) 0.510-8表 12 土料顆粒級配粒徑mm0.20.10.050.030.010.0050.00284.475.058.043.526.016.211.0表 15 砂料顆粒級配粒徑mm5.252.51.20.60.30.1510097.869.443.520.46.21.7表 16 砂礫料顆粒級配-.

12、 z粒51.20.60.3KaH。防浪墻用漿砌石，墻頂高出壩頂 1.2 米，高程為 183 米，墻厚為 0.5 米墻應(yīng)設(shè)伸縮縫，間距為 15 米，縫設(shè)止水。壩頂下游設(shè)邊石，采用漿砌石修筑，厚 0.4 米頂面高出路面約 0.2 米，邊石每隔 60米設(shè)排水孔，以將壩頂排水溝的雨水經(jīng)壩面排水溝排至下游。6.26.2 護(hù)坡與壩坡排水護(hù)坡與壩坡排水土石壩的上游要承受波浪套刷，冰層和漂浮物的撞擊，順坡水流的沖刷等破壞作用，下游壩面受雨水，大風(fēng)動脹干裂尾水部位的風(fēng)浪，冰層動植等的破壞作用，因此，上下游壩面上游壩面都設(shè)置護(hù)坡，護(hù)坡圍，上游一般從把頂至水庫最低水位以下 2.5 米處，四

13、級以下的壩可以護(hù)至最低水位以下 1.5 米至 2.0 米。最低水位不確定或壩高不大的壩可以保護(hù)至排水體頂部，無排水體時護(hù)至壩腳。1)上游護(hù)坡：上游采用混凝土板護(hù)坡。該型式的護(hù)坡多用于石料缺乏的地區(qū)。采用正六邊形的預(yù)制板，邊長為 0.3m，厚度為 20cm，其下厚度 30cm 的碎石和厚度為 30cm 的砂礫石墊層，護(hù)坡圍至壩腳。見圖6-1.2)下游護(hù)坡下游護(hù)坡工作條件較好，可以設(shè)置干砌石護(hù)坡，厚 0.3 米，下面設(shè)厚度為 0.2 米的碎石墊層，護(hù)坡圍上至壩頂下至壩腳。見圖 6-2.3壩面排水為防止雨水沖刷，下游壩面常設(shè)置縱橫連通的排水溝，沿著壩體與岸坡結(jié)合處，也設(shè)置排水溝以攔截山坡上的雨水。縱

14、向排水溝沿馬道側(cè)布置，沿著壩軸線方向，每隔 100 米設(shè)置一條橫向排水溝。見圖 6-3.6.36.3 壩體排水設(shè)備壩體排水設(shè)備-. z本設(shè)計采用棱體排水，排水體高程為 110 米，頂寬 6 米，坡 1：2 ，外坡 1： 1.5。如圖 6-4 所示。7.7. 沉降量計算沉降量計算土石壩的沉降包括壩體和壩基兩局部，計算容于圍由工程等級，設(shè)計階段與地基的特性而定，壩體沉降量的計算一般按單向壓縮分層總和法計算，不要求十分準(zhǔn)確，壩基沉降量計算一般也按單向壓縮分層總和法計算不要求十分準(zhǔn)確，在一定的假設(shè)條件下粗略計算就可以滿足要求，由于本次設(shè)計提供的資料不全，壩體沉降量僅作簡單的方法說明列出其步驟，壩基沉降

15、計算作簡單計算，以便掌握根本設(shè)計方法。7.17.1 壩體的沉降量計算壩體的沉降量計算計算壩身最終沉降量時，需要有大的壓縮實驗的成果，即壓縮曲線，因本次設(shè)計資料不全，缺少關(guān)鍵資料，在此僅作簡單的方法說明，列舉步驟，以使本設(shè)計系統(tǒng)化。 根本假定 壩體中任何一點因自重所引起的垂直應(yīng)力等于該點上面土粒的重量。 壩體中最大沉降量發(fā)生在壩軸線附近。 壩體土料在壓縮時不發(fā)生側(cè)向膨脹。 方法與步驟 繪制壓縮曲線 用方案采用的壩料，按設(shè)計填筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計含水量與干容重制備擊實試樣，經(jīng)飽和后，進(jìn)展壓縮試驗，便可得壓縮曲線，如圖 7-1 所示一般計算土壩壓縮時為了簡化計算起見，在壓應(yīng)力的一定圍以直線代替壓縮曲線如圖 3

16、8，顯然開場壓應(yīng)力與終結(jié)壓應(yīng)力愈接近則誤差愈小，根據(jù)圖 38 得： 1p2p 7-1421212()eepp tgep 式中：壓縮系數(shù)其值與及有關(guān)1p2p 壩體分層 土壩壩體分層時，分層厚度可隨壩高而變，其厚度一般不大于壩高，在此11510設(shè)計壩高 69m，可分為五層，逐層計算沉降量求其和。其計算公式如下： 7-2521111()11nniiiiiiiiia p ha pphsee 式中：分層計算的土層厚度，cm ih第 i 層土 1/2 高度處本層土柱的有效重，等于，/1 ip1(1)2ih2cm-. z第 i 層土 1/2 高度處至壩頂或壩面的土柱自重，/2ip2cm 7-351221ii

17、iiieeapp有效重量壓應(yīng)力下的孔隙比，可采用設(shè)計初始孔隙比1 ie1 ip1 ie0e壓應(yīng)力下的孔隙比2ie2ip填土的起始孔隙壓力系數(shù) 沉降量計算 由于本設(shè)計缺少壩體材料的壓縮曲線及其一些參數(shù)，故在此未作詳細(xì)計算，只對其方法與步驟做詳細(xì)闡述，以明白其具體過程。7.27.2 壩基沉降量計算壩基沉降量計算 沉降計算的根本假定 壩基面上各點的壓應(yīng)力等于其上土壩的土柱自重。 壩基應(yīng)力分布系假定從壩基向下作擴(kuò)散，并在每個平面上按三角形分布，三45角形頂點與壩身自重合力作用線吻合如圖 39 。 壓縮時不發(fā)生側(cè)向膨脹。 沉降量計算 為了計算簡便，將壩體視為單一材料砂礫料，壩坡坡度采用平均坡率，只計算壩

18、軸線處的沉降量。圖 7-2。計算公式： 7-4maxmax212 10RpyLxppL 式中：層面上最大垂直壓力，/cmmaxp2層面上各點的垂直壓力，/cmp2壩自重的合力，tR壩的底寬，m計算層面至壩底面的垂直距離，my由壓應(yīng)力三角形頂點至端點的水平距離，mL由壓應(yīng)力三角形頂點至計算點的水平距離，mx 計算壩基沉降量應(yīng)用的公式與計算壩體沉陷量應(yīng)用的公式一樣，系用上式求出，p壩基土亦分層進(jìn)展沉陷量計算，其總和即為總沉陷量。 即： 7-55111niiiia p hse -. z 式中：分層厚度，cmih用原狀土進(jìn)展壓縮試驗求得的壓縮系數(shù)1221iiiiieeapp該層原狀孔隙比1 ie筑壩后

19、該層孔隙比用原狀土做壓縮試驗求得2ie未筑壩前的壓力，1 ipaP筑壩后的壓力，21iiipppaP用上兩式直接求得ip壩基分層時，每層厚度應(yīng)不大于壩基土層厚度的 1/51/10。具體計算時，由于缺少原壯土的壓縮曲線，未能做詳細(xì)計算，故在此只對壩基沉降量進(jìn)展估算，其公式為：=(7-6)SoPhE 式中 ： S根底壓縮變形砂礫石彈性模量，一般隨地基深度而增加，計算時可取平均值oE P根底外表承受上部壩體自重應(yīng)力 h沙礫層的厚度受壓區(qū)深度計算公式為：(7-7)ay 20.062550.25BRB當(dāng)壩基可可壓縮土深度，其下面為不可壓縮的土或巖盤時，則受壓區(qū)的深度ayy采用 y當(dāng)計算的受壓區(qū)深度，垂直

20、壓力的采用可不必考慮其沿深度擴(kuò)散的影響，0.25ay 而以壩基面的垂直壓力作為壩基各層土的垂直壓力。 計算過程 壩體自重取單寬，1.8t/m ；壩頂寬 b12m；壩高 h=106.8m；壩底長干3m618.39 則壩體自重：11()(12618.39) 106.8 1.860593.0922Rbt 受壓區(qū)深度 由于壩基可壓縮土層m；且，則受壓區(qū)深度采用而考慮，5 .21yayy14ay y垂直沿深度擴(kuò)散的影響。-. z 沉降量計算；h=22m；501 10aEkp aKPyBRP86.18935 .21239.618106059309210122max則，407. 01012253.18295

21、0Ephs 結(jié)論 由于壩軸線處沉降量最大達(dá) 0.407, 滿足要求，故其它位置也能滿足要求，在此不作詳細(xì)計算。8.8.地基處理地基處理8.18.1 壩基清理壩基清理大壩根底至于壩腳線外 10 米圍的樹林，樹跟耕枯土，垃圾，工廠資料地表塊石，塊體，梯田更及田邊塊石，河床池塘中的淤泥，沙壤土等的清理，地址勘探的鉆孔，試坑平洞井等均需要回填，壩基清理后，應(yīng)平整密實，無明顯的陡坎和臺階，坡度應(yīng)削成傾斜的接觸面，不應(yīng)成臺階狀，邊坡或突然變坡，巖石岸坡不陡于 1：0.75，土質(zhì)岸坡不陡于 1：1.5 地表平均去除厚度為 1 米，應(yīng)對壩基進(jìn)展平整，震動碾壓或夯板夯實。8.28.2 壩的防滲處理壩的防滲處理學(xué)

22、習(xí)過的壩基防滲措施有截水槽，板鋪蓋，混凝土防滲墻，帷幕灌漿，化學(xué)材料灌漿等。滲流控制的原則是“上游堵，下游排。由于本壩址基巖為閃云斜長花岡巖，屬怪硬巖石類。故本設(shè)計采用截水槽與帷幕灌漿相結(jié)合。8.38.3 土石壩與壩基的連接土石壩與壩基的連接于壩體是建基巖上的所以本壩在壩底做混凝土齒墻與壩基連接。具體見圖 8-19.9.土石壩土料的選擇土石壩土料的選擇 土石壩是就地取材的建筑物，筑壩地點大都儲藏著幾種土料，因此選擇一種或幾種土料作為建筑材料是設(shè)計土壩的一個重要組成局部，根據(jù)壩體各部位不同的工作條件，合理的選擇性的相應(yīng)的土石料及布置區(qū)域。不同的部位土石料的選擇及其布置有不同的要求。9.19.1

23、壩殼的土石料選擇要求壩殼的土石料選擇要求使用于填筑壩殼的土料應(yīng)滿足：1）填筑壩殼的土石料應(yīng)有較好的透水性，以減小壩體孔隙壓力和滲透力。2）具有較強的抗剪強度以減小壩體工程量。-. z3）具有一定抗?jié)B穩(wěn)定性，不易發(fā)生管涌，土料級配要好，不均勻系數(shù)宜大些。4）應(yīng)有較好的抗震穩(wěn)定性，不宜遇震發(fā)生液化流動基于以上考慮要求，壩殼材料采用沙礫石料，滲透系數(shù)為 5.7910-3cm/s.9.29.2 防滲體土石料的選擇要求防滲體土石料的選擇要求防滲體對土石料的要求1）具有一定的不透水性，要求滲透系數(shù) k110-5cm/s . 2）應(yīng)具有一定的可塑性，以適應(yīng)壩體和壩基的變形而不產(chǎn)生裂縫3）有機(jī)質(zhì)含量小于 2%

24、按重量計水溶鹽含量小于 3%?；谏鲜鲆蟊驹O(shè)計防滲體采用黏土、重壤土等黏性土料，其滲透系數(shù)為 10-6cm/s9.39.3 對排水設(shè)施和護(hù)坡的構(gòu)造布置對排水設(shè)施和護(hù)坡的構(gòu)造布置用于排水設(shè)施和護(hù)坡石料，應(yīng)具有較高的抗壓強度，良好的抗水性，不宜溶蝕，并具有抗凍融性和抗風(fēng)化性，飽和抗壓強度應(yīng)不小于 40MPA 或 50MPA 軟化系數(shù)飽和抗壓強度與抗壓強度之比不小于 0.75 或 0.85，巖石孔隙不大于 3%，吸水率按孔隙體積比計算不大于 0.8，容重應(yīng)大于 22KN/ 可以采用塊石，卵石，礫石，沙石 3m?；谝陨弦?，排水設(shè)施應(yīng)采用棱體排水，護(hù)坡采用干砌石護(hù)坡。9.49.4 反濾層的構(gòu)造布置

25、反濾層的構(gòu)造布置反濾層應(yīng)具有以下的要求:1）未經(jīng)風(fēng)化與溶蝕，而且堅硬，密實耐風(fēng)化以及為水溶解.2）透水性很大，要求滲透系數(shù)至少大于 110-5cm/s 。 3）具有一定的抗剪強度.4）沒有塑性.5）具有高度的抗水性和抗凍性.6）礫粗間有較好的透水性，粒徑 d0.1mm 顆粒含量應(yīng)小于 5%.基于以上要求，反濾料采用砂礫料。10.10. 工程量計算工程量計算10.110.1 壩基開挖工程量計算壩基開挖工程量計算表 10.1 壩基開挖工程量計算表編號特征斷面樁號開挖深度特征斷面開挖面積特征斷面間距壩基開挖工程量-. z0+000000+2565.22917.22560+3552.61458.699

26、0+4564.42468.41010+5585.028051020+6902.011201320+8106.23478.212080+1071026116326777.1510.210.2 壩體工程量計算壩體工程量計算防浪墻=32 0.5 10711071m截水槽=23151(8 15 0.4 28)13.142 222491022m 帷幕灌漿方量計算可參照下式計算：7.1 1000Qkvn 式中：漿液總用量，LQ注射對象的土量，mv3土的孔隙率n經(jīng)歷系數(shù)k 軟土、黏性土、細(xì)砂 k=0.30.5 中砂、粗砂 k=0.50.7 礫砂 k=0.71.0 失陷性黃土 k=0.50.8 ，k=0.4；1.68 9.81110.3822.72 9.81dnG 23120 1449043.2vm 則：0.49043.20.3821000=1.38L1000Qkvn610-. z表 10.2 主壩體構(gòu)造工程量計算編號特征斷面樁號斷面間距上游護(hù)坡上