第5章-土石壩課件

第七節(jié)土石壩的構造一、防滲體1.土質(zhì)防滲體

土質(zhì)防滲體的主要型式是心墻和斜墻。K＜1×10-5cm/s。確定心墻或斜墻防滲體厚度的原則：墻厚T≥H/［J］，即J≤［J］，同時還要考慮土料質(zhì)量和施工條件綜合確定厚度。

（1）粘土心墻粘土心墻防滲效果好，但抗剪強度低，施工受氣候影響大。所以，過于寬厚的心墻對穩(wěn)定和施工都不利，但過薄也不利于抗?jié)B穩(wěn)定、抗裂和抗震。規(guī)范規(guī)定：心墻［J］≤4。底厚：厚心墻=（0.3~0.5）H；薄心墻=（0.15~0.2）H。頂厚：≮3m。心墻坡比：1：0.15～1：0.3；厚心墻可達1：0.4～1：0.5。

墻頂高程：▽墻頂＝▽正常蓄水+（0.3～0.6）m

或▽墻頂＝▽設計洪水+（0.3～0.6）m

且▽墻頂≮▽校核洪水墻頂保護層厚度：不小于當?shù)貎鐾粱蚋稍锷疃?；且?m。心墻兩側(cè)與壩殼之間應設置足夠厚度的反濾層或過渡層，其作用是粒徑逐步過渡以改善壩體應力分布和反濾排水保護心墻土料免遭流失。云南糯扎渡礫石土心墻堆石壩(瀾滄江，高261.5m)

（2）粘土斜墻底厚(垂直于斜墻下游坡)：［J］＝5。頂厚：≮3m。斜墻坡比：內(nèi)坡不陡于1：2；外坡不陡于1：2.5。墻頂高程：▽墻頂＝▽正常蓄水+（0.6～0.8）m▽墻頂＝▽設計洪水+（0.6～0.8）m

且▽墻頂≮▽校核斜墻頂部及斜墻上游坡面保護層厚度：不小于當?shù)貎鐾粱蚋稍锷疃?；且?m，常用2～3m。保護層材料常用砂礫石、卵石或碎石等筑成。斜墻下游或上下游與壩殼接觸之間應設置反濾層或過渡層。（3）粘土斜心墻

斜心墻位置介于心墻和斜墻之間。斜心墻是為了克服直立心墻產(chǎn)生拱效應和斜墻對壩體變形敏感的缺點而發(fā)展起來的。它既保留了心墻壩有較陡的上游邊坡，又保持了斜墻壩下游邊坡較陡且穩(wěn)定性好的優(yōu)點，還可節(jié)省工程量。斜心墻可改善壩體的應力狀態(tài)和避免防滲體開裂。斜心墻的上游坡一般在1:0.4~1:1.0之間，下游坡一般在1:0.1~1:0.5之間。目前有較多超高土石壩采用斜心墻，例如美國的渥洛維爾壩(壩高224m)和加拿大買加壩(壩高244m)都是斜心墻土石壩。二、壩頂和護坡1.壩頂防浪墻：墻頂高于壩頂1.00~1.20m。用漿砌石或鋼筋混凝土筑成，墻底應和壩體中的防滲體緊密連接。壩頂面：向兩側(cè)或一側(cè)傾斜，作成2％～3％的坡度。壩頂照明：常設。黃金坪水電站瀝青混凝土心墻壩壩頂結(jié)構2.護坡

上游護坡：干砌石、漿砌石或堆石，近年來砼板、瀝青砼、鋼筋混凝土板護坡使用得也不少。漿砌石和混凝土板類的護坡必須設置排水孔。砌石、堆石護坡下面應設置砂土、碎石或礫石墊層，一般砂土墊層厚度15~30cm，卵礫石和碎石墊層厚度30~60cm。下游護坡：干砌石，碎石、或礫石護坡，厚約0.3m。對氣候適宜地區(qū)的粘性土均質(zhì)壩也可采用草皮護坡，草皮厚約5～10cm。三、壩體排水和反濾層

排水的作用：控制和引導滲流，降低浸潤線，加速孔隙水壓力的消散，以增強壩體的穩(wěn)定，并保護下游壩坡免遭凍脹破壞。

反濾層的作用：保護滲流出口，防止壩體和壩基發(fā)生管涌、流土等滲流變形的最直接和最有效的工程措施。排水和反濾層對于土石壩的安全運行十分重要。第十一節(jié)堆石壩一、發(fā)展的三個階段

(1)初期階段：自19世紀中至1940。以拋填為主，輔以高壓水槍沖實。密實度差，沉降和水平位移量都較大，施工期的沉降量可達壩高的5％，竣工后沉降量仍有壩高的1％～2％，給堆石體的防滲結(jié)構造成困難。

(2)過渡階段：1940年至1965年。由于土力學、土工試驗技術以及碾壓設備的進步，采用土質(zhì)防滲體的心墻堆石壩和斜墻堆石壩有了較大的發(fā)展。碾壓密實的堆石體的變形顯著降低，而設計施工良好的土質(zhì)防滲體則具有較好的適應變形的能力。這一時期200～300m級高土石壩的建設促進了高效率重型碾壓機具的發(fā)展，特別是大型振動碾的出現(xiàn)及其應用于堆石的壓實，使堆石填筑質(zhì)量大大提高，可容許使用過去認為質(zhì)量較差的石料填筑壩體。(1)材料分區(qū)硬巖堆石料填筑的壩體分區(qū)：迎水面為砼面板F；然后從上游向下游方向劃分為墊層區(qū)、過渡區(qū)、主堆石區(qū)、下游次堆石區(qū)；在周邊縫下游側(cè)設置特殊墊層區(qū)；100m以上高壩，還宜在面板上游面底部設置上游鋪蓋區(qū)及蓋重區(qū)。◆1區(qū)為上游防滲鋪蓋區(qū)

1A用防滲土料碾壓填筑或水下拋填，其作用是覆蓋周邊縫及高程較低處的面板，當周邊縫張開或面板出現(xiàn)裂縫時，能自動淤堵恢復防滲性能，1B為蓋重區(qū)可填充任意料，對1A起保護作用。在多泥沙河流上，可利用天然淤積物來形成1區(qū)。設置1區(qū)造價增加不多，對加強防滲卻十分有利。但若水庫發(fā)生滲漏，設置1區(qū)后難以查漏，維修不便。故有些壩不設1區(qū)，運行情況也很好?！?區(qū)為墊層區(qū)

2A直接位于面板下部，為面板提供均勻而可靠的支撐，并將庫水壓力較均勻地傳給堆石體，同時又緩和其下游堆石體變形對面板的影響，以改善面板內(nèi)部應力狀態(tài)。墊層區(qū)應具有較高的變形模量，足夠的抗剪強度、弱透水性和滲透穩(wěn)定性，可發(fā)揮第二道防滲的作用。在周邊縫下游側(cè)設置特殊墊層區(qū)2B，對周邊縫及其附近面板上鋪設的堵縫材料及水庫泥沙起反濾作用，以防流失。◆3區(qū)為堆石區(qū)——承受水荷載的主要支撐體

3A為過渡區(qū)；3B為主堆石區(qū)；3C遠離面板，主要起穩(wěn)定壩坡的作用，可用任意料填筑，為下游次堆石區(qū)。E為可變動的主堆石區(qū)與下游次堆石區(qū)的過渡區(qū)，其擴展角經(jīng)綜合考慮壩料特性及壩高等因素后加以選定。3D為下游護坡，3F為排水區(qū)，各區(qū)壩料的滲透性宜從上游向下游增大，并應滿足水力過渡要求。用砂礫石料填筑的壩體分區(qū)與之類似。壩體分區(qū)實例浙江梅溪面板壩壩體材料分區(qū)圖(壩高40m)貴州洪家渡面板壩壩體材料分區(qū)圖(壩高179.5m)云南那蘭面板壩壩體材料分區(qū)圖(壩高109m)

新疆察汗烏蘇面板壩壩體材料分區(qū)圖(壩高110m)甘肅九甸峽面板壩壩體材料分區(qū)圖(壩高136.5m)

福建萬安溪面板壩壩體材料分區(qū)圖(壩高93.8m)

吉林小山面板壩壩體材料分區(qū)圖(壩高86.3m)

(二)面板及防滲結(jié)構設計面板、趾板、趾板地基的灌漿帷幕、周邊縫、面板間的接縫止水等構成面板壩的防滲體系，如下圖所示。2、面板■分縫：垂直縫的間距取為12～18m。兩岸壩肩附近的縫為張性縫，其余部分為壓性縫。張性縫和壓性縫對止水有不同要求。為滿足滑模連續(xù)澆注的要求，不設水平向伸縮縫?！龊穸龋好姘宓暮穸葢姑姘宄惺艿乃μ荻炔怀^200。為便于布置鋼筋和止水，面板的最小厚度為0.30m；中低壩可采用0.3m~0.4m的等厚面板；高壩面板頂部厚度取為0.3m，然后向下方逐漸增加，t=0.3+(0.002~0.0035)H，其中H指計算斷面至面板頂部的垂直距離。3、面板接縫設計主要是止水結(jié)構及布置。周邊縫對面板防滲起關鍵作用，其中的底部止水銅片為最基本的防滲線，中部PVC(聚氯乙烯)或橡膠止水片及頂部止水可視情況選用。頂部止水結(jié)構，目前尚處于發(fā)展階段，可采用柔性填料(例如：SR塑性填料、GB塑性填料、瀝青瑪蹄脂)或無粘性填料(粉煤灰、粉細砂)的一種或兩種結(jié)合使用。填料外包薄鋁片或PVC(聚氯乙烯)保護蓋或GB復合型三元乙丙橡膠蓋板或不銹鋼片等材料進行保護。廣州抽水蓄能電站上庫面板壩周邊縫止水圖福建萬安溪面板壩周邊縫止水圖(mm)吉林小山面板壩周邊縫止水圖(mm)貴州洪家渡