水工建筑物-土石壩的特點和分類

水工建筑物——土石壩的特點和分類水工建筑物——土石壩的特點和分類土石壩來自壩區(qū)，因而也稱當?shù)夭牧蠅?。土石壩得以廣泛應(yīng)用和進展的主要緣由包括以下幾個方面：可筑壩2、能適應(yīng)各種不同的地形、地質(zhì)和氣候條件。任何不良的壩址地基，經(jīng)處理后均可筑壩。特別是在氣候惡劣、工程地質(zhì)條件簡單和高烈度地震區(qū)的狀況下，土石壩實際上是唯一可取的壩型3、大功率、多功能、高效率施工機械的進展提高了土石壩的施工質(zhì)量，加快了進度，降低了造價，促進了高土石壩建設(shè)的進展4、巖土力學(xué)理論、試驗手段和計算技術(shù)的進展提高了大壩分析計算的水平，加快了設(shè)計進度，進一步保障了大壩設(shè)計的安全牢靠性5、高邊坡、地下工程構(gòu)造、高速水流消能防沖等土石壩配套工程設(shè)計和施工技術(shù)的綜合進展，對加速土石壩的建設(shè)和推廣也起了重要的促進作用。317m。塔吉克斯335m208075%以上。由于多方面的緣由，我國100m高105m；碧口水庫大壩，壩高101m；魯布革水庫大壩，壩高101m；小浪底水庫154m高土石壩的建設(shè)。一、土石壩的特點和設(shè)計要求壩型相比，在穩(wěn)定、滲流、沖刷、沉陷等方面具有不同的特點和設(shè)計要求。1〕穩(wěn)定方面土石壩的根本剖面外形為梯形或復(fù)式梯形。由于填筑壩體的土石料為松散平坦體滑動。土石壩失穩(wěn)的型式主要是壩坡的滑動或壩坡連同局部壩基一起滑動。壩坡滑動會影響土壩的正常工作，嚴峻的將導(dǎo)致工程失事。設(shè)施，施工中還要認真做好地基處理，并嚴格掌握施工質(zhì)量。浸潤線滲流方面量，還易引起管涌、流土等滲透變形。壩體內(nèi)滲流的水面線叫做浸潤線〔圖4－性，并做好各種結(jié)合面的處理，避開產(chǎn)生集中滲流，以保證工程安全。沖刷方面土石壩為散粒體構(gòu)造，抗沖力量很低。壩體上、下游水的波浪將在水位變化范圍內(nèi)沖刷壩坡；大風(fēng)引起的波浪可能沿壩坡爬升很高甚至翻過壩頂，造成嚴峻事故；降落在壩面的雨水沿壩坡下流，也將沖刷壩坡；靠近土石壩的泄水建筑物在泄水時激起水面波動，對土石壩壩坡也有淘刷作用；季節(jié)氣溫變化也可能使壩坡受到凍結(jié)膨脹和干裂的影響。為避開上述不良影響，應(yīng)實行以下工程措施：1、在土石壩上、下游壩坡設(shè)置護坡，壩頂及下游壩面布置排水措施，以免風(fēng)浪、雨水及氣溫變化帶來有害影響2、壩頂在最高庫水位以上要留肯定的超高，以防止洪水漫過壩頂造成事故3、布置泄水建筑物時，留意進出口離壩坡要有肯定距離，以免泄水時對壩坡產(chǎn)生淘刷。沉陷方面1%～2%預(yù)留沉陷值。依據(jù)土石壩的特點，認真分析爭論根本資料，在樞紐布置時，應(yīng)特別重視并盡量避開或削減土石壩與剛性建筑物的連接。對有條件的壩址，盡量選用開敞式溢洪道，以提高泄洪的超泄力量，使土石壩滿足穩(wěn)定、滲流、變形、沖刷以及不漫頂?shù)囊?。二、土石壩的分類按壩高分類SL274—2023《碾壓式土石壩設(shè)計標準》規(guī)定：高度在30m30～70m70m按施工方法分類1〕碾壓式土石壩它是用適當?shù)耐亮戏謱佣阎⒅饘蛹右詨簩崱材雺骸扯傻膲?。這種方法在土壩中用得較多。近年來用振動碾壓修建堆石壩得到了快速的進展，本章主要闡述這種類型的土石壩。2〕水力沖填壩它是以水力為動力完成土料的開采、運輸和填筑全部工序而建成的壩。其施工方法是用機械抽水到高出壩頂?shù)耐翀?，以水沖擊土料形成泥漿，然后通過泥漿泵將泥漿送到壩址，再經(jīng)過沉淀和排水固結(jié)而筑成壩體。這種方法因填筑質(zhì)量難以完全保證，目前在國內(nèi)外很少承受。水力沖填壩的造泥及沖填布置見圖。水力沖填壩施工示意圖定向爆破堆石壩這種壩增筑防滲局部比較困難。除蘇聯(lián)外，其他國家承受極少。我國已建有4082.5m。土壩土壩是指壩體的絕大局部都由土料筑成的壩。根據(jù)土料的分布狀況又可分為以下四種。〕均質(zhì)壩均質(zhì)壩的壩體根本上是由均一的壤土筑成，整個壩體用以防滲并保持自身的穩(wěn)定［43〔a〕］。由于黏性土抗剪強度較低，故多用于低壩。黏土心墻壩和黏土斜墻壩用透水性較大的土料做壩的主體，用透水性微小的黏土做防滲體的壩。防滲體設(shè)在壩體中心的或稍向上游的稱為黏土心墻壩或黏土斜心墻壩［43〔b〕4－3〔c〕］；防滲體設(shè)在上游面的稱為黏土斜墻壩［圖4－3〔d〕］?！橙斯げ牧闲膲托眽畏罎B體由瀝青混凝土、鋼筋混凝土或其他人工材料建成的壩。按其位置也可分為心墻或斜墻兩種。［43〔e〕］為鋼筋混凝土〔或稱剛性〕心墻壩的示意圖。4〕多種土質(zhì)壩壩的主體〔不包括防滲體、排水體和護坡等〕由幾種不同的土料建成的壩［43〔f〕］土石混合壩土石混合壩［4－3〔g〕～〔j〕］所示。堆石壩［4－3〔k〕4－3〔l〕］。鋼筋混凝土剛性斜墻堆石壩也稱為鋼筋混凝土面板堆石壩。土石壩類型2～3水工建筑物—土石壩的構(gòu)造用得更多。水工建筑物—土石壩的構(gòu)造一、壩頂規(guī)定。2%～3%。對于將集合的雨水經(jīng)壩面排水溝排至下游。1.0～1.2m。二、防滲體的要求。壩頂構(gòu)造〔單位：m〕1—心墻；2—斜墻；3—回填土；4—碎石路面〔一〕黏性土心墻4－25降，以避開或削減裂縫。毛家村黏土心墻土壩〔單位：m〕1—黏土心墻；2—半透水料；3—砂卵石；4—施工時擋土黏土斜墻；5—蓋層；6—混凝土防滲墻；7—灌漿帷幕；8—玄武巖心墻壩頂部厚度一般不小于3m，以便于機械化施工。由于心墻多為黏性1/4。黏土心墻兩側(cè)邊坡多在1∶0.15～1∶0.31∶0.4～1∶0.50.3～0.6m，且不低于校核水位，當有牢靠的防浪墻時，心墻頂?shù)貐^(qū)的冰結(jié)或枯燥深度，同時按構(gòu)造要求不宜小于1m。心墻與壩殼之間應(yīng)設(shè)置果良好。心墻與地基和兩岸必需有牢靠的連接。巖石地基上的心墻〔圖4－26〕1.5～2.0m，0.2～0.5m，有時還要在下部進展帷幕灌漿。黏土心墻與巖基的連接型式1—黏土截水墻；2—混凝土墊座；3—混凝土齒墻；4—灌漿孔黏土心墻與巖基的連接型式1—黏土截水墻；2—混凝土墊座；3—混凝土齒墻；4—灌漿孔〔二〕黏土斜墻〔指與斜墻上游坡面垂直的厚度〕也不宜小于3m。為保證抗?jié)B穩(wěn)定，底厚不宜小于作用水頭的1/5。墻刷、冰凍和干裂。保護層常用砂、礫石、卵石或碎石等砌成，厚度不得小于冰凍2～3m。斜墻及保護層的坡度取決于土壩穩(wěn)定計算的結(jié)果，1∶2.0，1∶2.5時，可只設(shè)一層，有時甚至不設(shè)；與壩體連接的過渡層，與心墻后的過渡層極似，但為了使應(yīng)力均勻并適應(yīng)變形，要求還應(yīng)高一些，常需設(shè)置兩層，斜墻與鋪蓋或截水墻的連接都應(yīng)牢靠。以下圖為湯河黏土斜墻土壩。〔三〕非土料防滲體石壩中，所以將在堆石壩一節(jié)中介紹。12345三、排水設(shè)施止?jié)B透變形，增加壩坡的穩(wěn)定性，防止凍脹破壞的目的。排水設(shè)施應(yīng)具有充分的排水力量，不致被泥沙堵塞，以保證在任何狀況下都能自由地排出全部滲水。在排水設(shè)施與壩體、土基接合處，都應(yīng)設(shè)置反濾層，以保證壩體和地基土不產(chǎn)生滲透變形，并應(yīng)便于觀測和檢修。常用的壩體排水有以下幾種型式。貼坡排水緊貼下游壩坡的外表設(shè)置，它由1～2層堆石或砌石筑成，在石塊與壩坡之間設(shè)置反濾層，如以下圖所示。貼坡排水頂部應(yīng)高于壩體浸潤線的逸出2.0m1.5m，并保證壩體浸潤線位于凍結(jié)深度以下。貼坡排水底部必需設(shè)排水溝，其深度要滿足結(jié)冰后仍有足夠的排水斷面。貼坡排水構(gòu)造簡潔、節(jié)約材料、便于修理，但不能降低浸潤線。多用于浸潤線很低和下游無水的狀況，當下游有水時還應(yīng)滿足波浪爬高的要求。12345堆石棱體排水1—下游壩坡；2—浸潤線；3—棱體排水；4—反濾層棱體排水大于波浪沿坡面的爬高，且對Ⅰ級、Ⅱ級壩不小于1.0m，對Ⅲ級、Ⅳ級、Ⅴ級0.5m，并使壩體浸潤線距壩坡的距離大于冰凍深度。堆石棱體內(nèi)坡一般為1∶1.25～1∶1.5，外坡為1∶1.5～1∶2.0或更緩。頂寬應(yīng)依據(jù)施工條件1.0m，如上圖所示。棱體排水可降低浸潤線，防止壩坡凍脹和滲透變形，保護下游壩腳不受尾水淘刷，且有支撐壩體增加穩(wěn)定的作用，是效果較好的一種排水型式。多用于河床局部的下游壩腳處。但石料用量較大、費用較高，與壩體施工有干擾，檢修也較困難。褥墊排水它是伸展到壩體內(nèi)的一種排水設(shè)施，在壩基面上平鋪一層厚約0.4～0.5m的塊石，并用反濾層包裹。褥墊伸入壩體內(nèi)的長度應(yīng)依據(jù)滲流計算確定，對黏性土均質(zhì)壩不大于壩底寬的1/2，對砂性土均質(zhì)壩不大于壩底寬的1/3，其構(gòu)造如以下圖所示。褥墊排水向下游方向設(shè)有0.005～0.01的縱坡。排水層的厚度應(yīng)依據(jù)排水量計算確定，并應(yīng)滿足反濾層最小厚度的要求。當下游水位低于排水設(shè)施時，降低浸潤線的效果顯著，還有助于壩基排水固結(jié)。但當壩基產(chǎn)生不均勻沉陷時，褥墊排水層易遭斷裂，而且檢修困難，施工時有干擾。褥墊式排水1—護坡；2—浸潤線；3—排水；4—反濾層管式排水12—集水管；3—橫向排水管管式排水15～20m。管式土石壩岸坡及臺地地段，由于這里壩體下游常常無水，排水效果好。綜合式排水棱體排水組合，貼坡棱體與褥墊式排水組合等綜合式排水?！瞐〕〔b〕四、護坡與壩坡排水等對壩坡的危害，必需設(shè)置護坡。土石壩下游面，為防止雨水、大風(fēng)、水下部位具有重要意義。上游護坡上游護坡的型式有拋石、干砌石、漿砌石、混凝土或鋼筋混凝土、瀝青混凝土或水泥土等。護坡掩蓋的范圍，應(yīng)由壩頂起護至水庫最低水位以下肯定距離，一般最低水位以下2.5m。對最低水位不確定的壩應(yīng)護至壩底?！?〕拋石〔堆石〕護坡——將適當級配的石塊傾倒在壩面墊層上的一種護坡。優(yōu)點是施工進度快、節(jié)約人力，但工程量比砌石護坡大。堆石護坡的厚度一般認為至少要包括2～3層塊石，這樣便于在波浪作用下自動調(diào)整，不致因墊層暴露而遭到破壞。當壩殼為黏性小的細粒土?xí)r，往往需要兩層墊層，靠近壩殼的一層墊層最小厚度為15cm〔2〕砌石護坡——用人工將塊石鋪砌在碎石或礫石墊層上，有干砌石和漿砌石兩種。要求石料比較堅硬并耐風(fēng)化。20～60cm2～3層墊層，4－33。干砌石護坡〔單位：m〕1—干砌石；2—墊層；3—壩體時要留有肯定縫隙以便排水通暢。〔3〕混凝土和鋼筋混凝土板護坡——當筑壩地區(qū)缺乏石料時可考慮承受此種型式。預(yù)制板的尺寸一般承受：方形板為1.5m×2.5m2m×2m或3m×3m，厚為0.15～0.20m。預(yù)制板底部混凝土板護坡〔單位：cm〕〔a〕矩形板；〔b〕六角形板1—矩形混凝土板；2—六角形混凝土板；3—碎石或礫石；4—木擋柱；5—結(jié)合縫設(shè)礫石或碎石墊層。現(xiàn)場澆筑的尺寸可大一些，可承受5m×5m、10m×10m甚至20m×20m混凝土板護坡〔單位：cm〕〔a〕矩形板；〔b〕六角形板1—矩形混凝土板；2—六角形混凝土板；3—碎石或礫石；4—木擋柱；5—結(jié)合縫渣油混凝土護坡——在壩面上先鋪一層3cm的渣油混凝土〔夯實后的厚度〕，上鋪10cm的卵石做排水〔不夯〕，第三層鋪8～10cm的渣油混凝土，130～140°C4－35。渣油混凝土護坡〔單位：cm〕水泥土護坡〔單位：m〕1—土壤水泥土護坡；2—潮濕土壤保護層；3—壓實的透水土料水泥土護坡——將粗砂、中砂、細砂摻上7%～12%的水泥〔質(zhì)量比〕，15cm2～3m，見圖：水泥土護坡〔單位：m〕1—土壤水泥土護坡；2—潮濕土壤保護層；3—壓實的透水土料這種護坡經(jīng)過幾個壩的實際運用，在最大浪高1.8m并經(jīng)數(shù)十年的凍融狀況8%～14%。以上