6.第五章 土石坝

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第五章 土石坝,第一节 概述,第二节 土石坝的基本剖面,第六节 筑坝土石料及填筑标准,第七节 土石坝的构造,第八节 土石坝的坝基处理,第九节 土石坝与坝基、岸坡及其他建筑物的连接,第十一节 堆石坝,第一节 概述,一、土石坝发展概况,二、土石坝设计的基本要求,三、土石坝的分类,四、土石坝设计中的几个问题,五、土石坝的组成,一、土石坝发展概况,.起源早,4000多年前，中国、埃及、印度、秘鲁等地就已开始修建土石坝。,2.数量多。,国外100,m,以上高坝中，土石坝的比例为38%（1986年前），到1974年达到了56%，1975年达62%，1982年达270座，80年代末达75%；,最高的土石坝为塔吉克斯坦的罗贡土坝，高335,m。,我国从解放以来共建坝86000余座，其中土石坝占95%以上。坝高15,m,以上的共1800余座，其中土石坝约1500余座。但百米以上的高坝少，主要有陕西的石头河（114,m）、,河南小浪底（173,m）、,龙门水库土石坝（220,m）、,鲁布革（103,m）、,在建的清江水布垭（175,m）,等。,3.土石坝发展快的原因,(1)就地取材，三材用量少，场外运输工作量小，随着土石坝筑坝技术的发展，对筑坝材料的要求越来越宽；,(2)能适应各种地形、地质(地形地质条件适合建砼坝的所剩越来越少)、气候条件和高烈度地震地区；,(3)结构简单，工作可靠，维修、加高方便，寿命长；,(4) 岩土力学理论、试验手段和计算技术的发展，提高了土石坝分析计算的水平，保障了土石坝设计的安全可靠性；,(5) 大容量、多功能、高效率施工机械的发展，提高了土石坝的施工质量和进度，降低了造价；,(6) 高边坡、地下工程结构、高速水流消能防冲等土石坝配套工程设计和施工技术的综合发展；,二、土石坝设计的基本要求,1.具有足够的断面维持坝坡稳定。土石坝失事主要是坝坡滑坡（约占25%），如美国的马歇尔坝。,2.防渗体及排水设施应满足渗透稳定要求（1976年美国提堂坝渗透失稳）。,3.须建专门的泄水建筑物。土石坝不允许水流漫坝。,4.合理选择土石料、坝的结构形式及各部位土石料的配置，选择合理的填筑压实标准，避免产生有害裂缝。,5.采取恰当的构造措施，抵抗其它自然灾害的破坏，使坝体运行可靠、耐久。,三、土石坝的分类,1按坝高分碾压式土石坝设计规范（,SDJ218-84）,高坝坝高大于70,m,中坝坝高为3070,m,低坝坝高小于30,m,2按施工方法分,（1）碾压式土石坝土料分层铺填，逐层碾压实心密实而成。,（2）水力冲填坝用高压水枪在料场中冲击土体，形成泥浆，用泥浆泵泵送至坝址，经沉淀、排水固结而成。质量难以保证，高坝不用。,（3）水坠坝在高于坝体的土料场造成泥浆，靠自重经输泥渠流入坝址的畦块里，经沉淀、排水固结而成。黄土高原独创，最高为延安长城水库坝，高70,m。,（4）,水中填土坝用易崩解的土料，逐层倒入水中填筑而成。依靠土体自重和运输车辆的重量压实，土体在水中崩解后重新固结形成坝体。特点：对土料要求特殊，坝体干容重低，抗剪强度小，坝坡必须平缓，工程量大，主要用于华北、广东等地，最高坝为山西汾河土坝（60,m）。,（5）,定向爆破筑坝按预定要求用炸药在一岸或两岸爆破，将石料抛向坝址后经修整而成。我国已用此法建坝40余座，最高为陕西石砭峪水库坝（82.5,m）。,3按筑坝材料分,堆石坝石料含量大于50%,土石坝石料含量在5%50%之间,土坝石料含量小于5%,4按防渗体材料分,（1）均质土坝坝体由一种土料构成，坝体即为防渗体。,（2）土质斜墙坝相对不透水或弱透水土料筑成防渗体布置在坝体上游坡面内附近，而以透水土石料筑下游支撑体。,（3）心墙土石坝防渗体在坝体中部且大体垂直，防渗体由相对不透水或弱透水土料筑成，或由沥青混凝土、混凝土、钢筋混凝土等人工材料筑成。,（4）斜心墙土坝防渗体在坝体中部，倾向上游面。,（5）面板土石坝沿坝体上游面布置的钢筋砼、沥青砼面板或塑料薄膜防渗，坝体由透水或半透水土石筑成。,四、土石坝设计中的几个问题,.坝坡选择：土石料是散粒材料，为维持稳定，应增加坝体上、下游面坡度，而坝坡的缓陡与工程量大小密切相关，直接影响到土石坝的经济性。如何合理确定坝坡，使坝坡满足稳定要求，且工程量较小，是土石坝设计的首要问题。,.保证洪水不漫顶。土石坝抗卸洪水能力较差，一般不允许坝顶过水，须设置专门的泄水建筑物。土石坝坝顶超高要足够（1975年淮河上洪水导致两土石坝漫顶而跨坝）。,.有效控制渗透流量，防止出现浪砂或管涌（失事坝中40%由渗透破坏引起），因此必须进行渗流分析，采取有效的降渗措施。,.坝体的沉降。分层碾压后，坝体后期沉降仍不可避免，尤其在土基上筑坝时，沉降量更大。堆石坝由于坝体重量大，沉降更明显。故应建在坚实地基上。早期沉降为60%80%，长工期沉降为0.2%0.4%。,.抵抗外界自然现象破坏的能力差。受雨水、风、波浪作用冲蚀，冰冻后会产生裂缝，日晒后会龟裂，故应进行护面。,五、土石坝的组成,坝壳（坝体）,防渗体,排水设备,护坡（砼、草皮）,防渗体,排水体,坝壳,护坡,第二节 土石坝的基本剖面,一、坝顶高程,二、坝顶宽度,三、坝面坡度,一坝顶高程,正常蓄水位,+,波浪爬高,+,安全超高（正常）,坝顶高程,= max,最大洪水位,+,波浪爬高,+,安全超高（非常）,正常蓄水位,+,超高（正常）,= max,最大洪水位,+,超高（非常）,超高值,=,波浪爬高,+,坝前水位壅高,+,安全加高,波浪爬高按下式计算：,式中：,h,l,设计波高（,m,）,m ,坝坡坡率,n ,坝坡护面糙率。,对抛石护面，取,0.035,；对干砌石护面，取,0.0275,；,对浆砌石勾缝护面，取,0.025,；,对沥青及砼护面，取,0.0155,。,或用下式计算：,式中：,K,护面粗糙系数，块石护面取,0.77,；砼护面取,0.91.0,。,上游面坡角。,二、顶宽与坝坡,顶宽：考虑运行、施工、构造、交通、人防、粘土防渗体顶宽及对其防冻保护的厚度要求。最小顶宽一般中低坝510,m，,高坝1015,m；,坝坡：,一般规律：,上游缓下游陡(上游坡长期饱和水位可能快速下降)，砂土料比堆石料上下游坡率差别大；,斜墙坝比心墙坝的上游坡缓下游坡陡；,粘性土料的稳定坝坡为一上陡下缓曲面，常沿高度以1030,m,分段按0.25或0.5的坡率差从上而下逐段放缓；,粉土、砂、轻壤土均质坝透水性大，应适当放缓下游坡；,坝基或坝体土料沿坝轴线分布不均时应分段采用不同坡率，不同坡率以过渡区缓慢变化。,一般坡率：,中、低均质坝平均1 ：3；,土质心墙坝：,下游坡：堆石坝壳的1：1.52.5；,土料坝壳的1：2.03.0；,上游坡：堆石坝壳的1：1.72.7；,土料坝壳的1：2.53.5；,土质斜墙坝：,下游坡：比心墙坝的偏陡,上游坡：比心墙坝的偏缓,(石质坡放缓0.2，土质坡放缓0.5),面板坝：,下游坡：堆石坝壳的1：1.31.4；,卵砾石坝壳的1：1.51.6,上游坡：石料坝壳的1：1.41.7；,注：,土石坝下游坡常沿高程1030,m,设一宽不小于1.52.0的马道，上游坡视情况也可增设马道；堆石坝下游坡也常12条马道。,第六节 筑坝土石料及填筑标准,一、土石坝对材料的一般要求,1具有一定的强度、抗渗性、抗冻性、排水,性，根据使用部位不同，要求各不相同。,2工程性质的稳定性，即土料不会随时间变,化而发生较大变化。,3良好的压实性能，即土料易被压实。,二、均质土坝对土料的要求,1强度：粘粒含量一般为10%30%，对粘性,土，要求用塑性指数,Ip,=717,的壤土。,(塑性指数土料塑性上、下限含水量的,差值。间接表明土的强度随含水量变化而,变化的关系，含水量越大，塑性越大，强,度越低。),2抗渗性：,K10,-4,cm/s，,影响,K,的主要因素有：土料颗粒级配；孔隙,比；动力粘滞系数；土中空气封闭量等。,3有机质含量小于5%；易溶盐含量小于8%。,三、防渗体对土料的要求,1选择防渗体土料的基本原则,（1）防渗性能：,K2，,下设碎石或砾石垫层13,m，,垫层上铺厚34,cm,的沥青碎石层作斜墙的基垫；,3.刚性防渗体砼防渗墙,斜墙:由砼板拼装成，周边设柔性止水,顶厚0.30.5,m,底厚:(0.40.5),H(,或,t=30+AH,计算,A=0.21.0),心墙:现浇，顶、底厚度尺寸同斜墙,二坝顶和坝坡,1. 坝顶:,碎石，块石，沥青混凝土或混凝土铺面上游侧设防浪墙（墙浆砌石，混凝土）防浪墙与防渗体相连坝顶面应一侧或两侧倾斜坡度为2%3%,2. 护坡:,() 形式：碎石，堆石，抛石按反滤原则设置，草皮必要时用沥青混凝土或混凝土,() 高度死水位以下2.5米至坝顶,() 作用；,防止波浪淘刷,防止雨水冲刷,防冲撞作用,防冻，防晒,三坝体排水及反滤层,1. 排水设施的作用及类型,作用：降低坝体浸润线，防止渗流溢出处的渗透变形，增加坝坡稳定性，防止冰冻破坏，有时还可降低孔隙水压力,类型：坝体排水，坝基排水，坝坡排水,2. 坝体排水,() 棱体排水：,在下游坝趾处用块石堆成棱体,高度：对,级坝,H1.0,对,级坝,H0.5,棱体边坡为:上游侧:1:1.01:1.5下游侧:1:1.51:2.0,作用:可降低浸润线防止坡体冻胀保护下游坝脚不受尾水淘刷增加坝体稳定性,特点：排水效果好，结构简单，但石料用量大，费用高，施工时与坝体填筑有干扰，检修困难,() 贴坡排水在下游坝坡表面先做反滤层，后填层堆石或砌石,顶部高出浸润线溢出点: 、级坝,2,m；、,级坝,1.5,m；,排水体厚度:大于冰冻厚度,特点: 构造简单，用料较省，施工方便，易检修不能降低浸润线，易受冰冻影响,适用范围：中小型工程，下游无水的均质坝，浸润线位置低的中坝,() 坝内排水褥垫排水层，网状排水带，竖式排水体,褥垫排水，沿坝基面平铺的，由块石组成的排水层褥垫伸入坝体不大于（1/41/3）坝底宽.褥垫堆石层厚0.40.5,m.,排水体倾向下游，坡度为0.0050.1,特点：当下游无水时可有效降低浸润线，有助于坝基排水，加速软粘土地基固接,缺点：但对不均匀沉降地基的适应性差，排水体偏薄，易断裂，且检修困难，当下游水位高时，难以降低浸润线,网状排水纵向排水带与横向排水带组成排水网,横向排水：带宽0.5,m,间距30100,m,坡度10%,纵向排水:由渗透流量计算确定,当渗透量较大时，可在排水体反滤层中设排水管,d20cm，,管内流速,v=0.21.0m/s.,管的坡度5%.,其他排水方式,竖直排水在坝内设置竖直向排水体底部与褥垫排水相连竖直排水体的厚度不小于1,m,坝内水平排水层,在坝内沿坝高间隔一定距离设一层排水，每层排水长度不大于该高程坝体宽度的1/3，厚度30,cm，,为保证运行期安全，水库蓄水前对上游侧的排水体应灌封闭,() 综合排水,实际工程中，常将以上排水体综合运用，如，褥垫排水与棱体排水组合，棱体排水与贴坡排水组合，竖向排水与棱体排水组合等,3.反滤层与过渡层,()反滤层的作用:滤土排水，防止水工建筑物在渗流逸出处产生流沙，管涌破坏及不同土层界面的接触冲刷,()设置位置:凡是土质防渗体与坝壳或坝基透水层之间，渗流逸出处，进入排水体的面，都应设置反滤层,()反滤层的类型,型反滤层：位于保护土的下方，渗流方向向下,型反滤层：位于保护土的上方，渗流方向向上,反滤层的设计，既要保证有一定的孔隙，使透水性大于被保护土层的透水性，能通畅地排水，又要保证被保护土层不发生渗漏，防止防渗体出现裂缝，所以孔隙不能太大因此，反滤层一般由层位于保护土的下方，渗流方向向下 级配均匀，耐风化的砂，砾，卵石或碎石构成，每层粒径沿渗流方向增大；与被保护土相连的第一层反滤料的粒径应满足:,D,15,/d,85,45,D,15,/d,15,5,(注：,D,15,-,反滤料的特征粒径；,d,85,d,15,-,被保护土层的控制粒径及特征粒径),反滤层的厚度：水平反滤层0.3,m；,铅直或倾斜反滤层0.5,m,(),反滤层的作用：避免刚度较大的两种土料间产生急剧变化的变形和应力,注：反滤层可作过渡层，但过渡层一般不作反滤层,四.水工合成材料在防渗体和排水、反滤层中的应用,1. 土工膜,() 材料:高分子聚合物，沥青等,K10,-8,cm/s,(),使用方法：铺设于上游面或铅直铺设于坝体中部，多用于斜墙坝,() 注意事项：,膜厚0.5,mm,底部、周边与不透水层或岸坡结合要好（锚固槽连接）,铺设时应保持松弛状态，防止高应力破坏,膜与膜的粘接要可靠，垫层要可靠,常用砂、砂砾石、土、沥青混凝土、无砂混凝土作垫层,2. 土工织物,原料：丙纶，涤纶，绵纶，合成纤维，,加工工艺：编织物，有纺织物，无纺织物（多用）,渗透性要求：,K=10,-3,10,-4,cm/s,五.土石坝的裂缝控制,(一)土坝变形及其规律,土坝变形发展到一定程度,即裂缝。,土坝变行可通过三个方向的位移观测来测定,1.铅直位移(沉降),1)沉降量的平面分布:,据实测资料分析,河谷中心的最大断面处沉降量最大,说明土坝的累计沉降量取决于可压缩土层的厚度极其上部荷载大小.,沉降量等值线最密集的部位是岸坡陡峭地区,2)沉降过程:,施工期及竣工后较短时期内,沉降速率大,沉降量也大,3)沉降量在不同填筑材料中的分布:,有的坝的最大沉降量出现在坝壳中,而有的坝出现在心墙内,这主要是因材料的特性、填筑方法和构造形式不同而造成的,但沉降量的差异(即不均匀沉降)是土坝产生纵向裂缝的主要原因。,2.横向位移(即与坝轴线垂直的水平位移),一般横向位移较大：其大小取决于断面,材料的性质,土荷条件,水荷载条件等的影响；,变形特点:河谷最大断面处横向位移大,坝顶较坝底大,3.纵向位移(沿坝轴线方向的水平位移),观测较困难,资料少,变形特点:,坝顶与岸坡邻接处越陡,坝顶纵向位移越大；,纵向位移与沉降量组成的合向量指向河谷中心,两岸岸坡处可能出现拉应变区,而河谷处出现压应变区，拉应变区是土石坝出现横向裂缝的主要部位；,土坝裂缝的类型及其成因,1.按裂缝产生的原因分:,(1)干缩和冻融裂缝:粘土表面由于失水干缩和冻融而产生.呈龟裂状,纵横交错,深度不大,一般为几厘米到1米,缝宽常小于1厘米,且上宽下窄,危害不大,(2)变形裂缝:大多由不均匀沉降引起,危害性较大,(3)滑坡裂缝:滑移土体开始发生位移而出现的裂缝,多出现在滑坡顶部,平面上呈弧形.方向大致平行与坝轴线,是滑坡的,(4)水力劈裂缝:由流体压力引起的水平线垂直裂缝.危害大,多发生在水库蓄水初期,如美国提堂坝,导致溃坝。,2.按其形态分:,(1）纵缝:走向大致平行于坝轴线,多发于坝顶及坝坡中部.由坝身及坝基各部位在垂直于坝轴线方向的不均匀沉降引起,多发生于接近竣工时,竣工初期或初次蓄水.坝壳沉降变形大时,缝长可达数米及数百米.纵向裂缝对坝体稳定性及控制渗透量不利,(2）横缝:走向大致垂直于坝轴线,多出现于坝体与岸坡接触处,或坝体于其他刚性建筑物或坝下坝肩连接处.横缝一般多出现在坝体表面,铅直地或倾斜地延伸到一定深度,常贯穿防渗体,故危害很大,(3）水平内部裂缝:多发生在较薄的心墙中.当坝壳沉降量小且很快稳定,心墙沉降量大且稳定较慢时,先稳定的坝壳将会阻止心墙的沉降,形成拱效应,使心墙可能出现拉应力而产生水平裂缝.若施工质量差,水平裂缝更易产生,它可能形成集中的渗流通道,因此危害性大.,裂缝的防渗措施,1.改善坝体结构和平面布置:,(1）坝轴线略向上游拱凸；,(2）适当放缓坡度；,(3）采用适当厚度的斜心墙,在可能有较大变位差的部位,恰当地增加心墙厚度；,(4）渗流溢出处敷设足够厚度的反滤层；,(5）土料分区时注意相邻土料区的粒径差,必要时设过滤区；,2.做好地基处理,使土坝坐落在均匀,较完整的地基上.,3.根据坝体分区,恰当地选择各区土料；,(1）防渗体,斜墙及心墙的中上部,对不均匀变形较敏感,要求土料有较高的适应变形能力,宜采用粘粒含量高,塑性指数高的粘性土,心墙底部宜采用具有较高强度的,塑性指数低的土料；,(2）坝壳料,应采用粒粗,质坚,易于压实的砂砾,卵石,堆石,浸润线以下不宜采用风化料.,(3）过渡区及渗流入口处,宜采用自动淤填土料,(4）可能的裂缝冲刷区,宜采用抗冲刷能力强的反滤料,4.采用恰当的施工措施和运行方式,(1）根据不同的施工部位,采取不同的施工含水量。坝体中下部及河槽坝中上部,应提高压实度,减少后期可压实性,故施工含水量应略低于最优含水量。两岸坝肩易开裂部位的防渗体,宜填粘性土,施工含水量应略高于最优含水量；,(2）控制心墙,斜墙的上升速度,使下部充分沉降后再上升。避免后期沉降变形中“拱效应”的形成,或斜墙不均匀沉降开裂；,(3）如上游坝壳料是湿陷性材料,填筑时可一边蓄水,一边上升；,(4）对竖直心墙土坝,控制心墙,过渡区及坝壳之间上升的高度民主差不太大,斜墙的下游坝壳应及早填筑完成,使沉降早日完成,斜墙填筑后沉降量较小；,(5）施工间歇期对坝面进行保护,防止干缩和冻融；,(6）初次蓄水时,控制水位上升速度,以保证坝体各部分有充足的时间进行变形调整。,裂缝的处理:,1.挖除回填:对表面裂缝可只进行填塞,并在表面用低塑性土料进行封闭.对深度不大的裂缝(5,m,深时,机械挖除.回填土料含水炼应略高于最优含水量.并进行分层夯实.开挖断面常用梯形,挖至裂缝下0.30.5米,长度应至缝端外边23米.,2.灌浆处理,用粘土浆或粘土水泥浆,注意控制灌浆压力,3.做坝内混凝土纺渗墙,对严重的裂缝采用.,第八节 土石坝的地基处理,处理要求:,1.提高坝基的承载力,使坝基不发生过大的有害变形,坝基与坝体总沉降量控制在1%以内；,2.提高地基的抗渗性能,减少水力坡降,防止流砂及管漏现象的发生,控制渗透流量；,3.防止因振动而产生的液化的出现。,一.岩基处理,岩基内部防渗体主要采用帷幕灌浆.近年来有人认为,土石坝坝基渗流控制,除了在断层,裂隙和岩溶发育等不良地质条件下确有必要进行灌浆外,应通过技术经济论证确定灌浆与否及灌浆范围；,当覆盖层较薄时,通常防渗体坐落在岩基上形成截水槽,隔断渗流,而坝壳部分直接建在覆盖层上.当坝高较大时,为保证抗渗效果,提高坝体稳定性,有时将覆盖层清除,使土石坝建在岩基上,防渗体下的岩基应是完整的,新鲜的.如存在强风化,裂隙密集的岩石,应予挖除；,对断层破坏带等不良地质构造,主要解决其填充物的抗渗性及抗溶性能.处理方法主要有:灌浆(水泥,化学),混凝土塞,加宽心墙,防渗铺盖等。,二.砂砾石地基处理,砂砾石地基具有足够的强度,主要是渗透时可能导致管涌的发生(机械管涌),处理办法是“上防、下排”。“上防”是指靠上游侧采取各种防渗措施,主要有垂直防渗墙和水平铺盖.“下排”主要是指下游排水设施。,垂直防渗设施的适用条件是:,1.坝基砂砾石层渗流稳定性差,采用铺盖及排水减压设施不能保证坝与地基的渗流稳定时；,2.坝基水成层显著,具有渗透水渗漏带,上游铺盖不能有效地阻止渗流时；,3.地基砂砾石层厚度不大,采用垂直防渗设施方便；,4.水库不容许有大量渗漏损失时；,压式土石坝设计规范建议:,1.砂砾石层深度在案1015,m,以内或不超过20,m,时,宜明挖截水槽回填粘土,对临时性工程咳采用泥浆槽防渗墙；,2.砂砾石层深度在6070,m,以内时,可采用混凝土防渗墙；,3.砂砾石层更深或以上措施难选用时,可采用灌浆帷幕；,4.根据砂砾石层性质和厚度,可分层采用不同措施,深层用灌浆帷幕,浅层明挖回填粘土截水槽或混凝土防渗墙；,5.无论采用何种形式,必须将透水层隔断。,粘性土截水槽,1.适用:覆盖层较浅1015,m,或20,m,以内,挖槽可达不透水层时；,2.断面形式:梯形,深度应直达基岩,切断砂砾石层.槽宽度应根据回填土料的允许渗透坡降与基岩,接触面抗渗流的冲刷的允许坡降及施工条件确定；,3.槽下游侧应设反滤层；,4.国外有的工程(美国马幕斯湖坝,加拿大迈卡坝,土耳其凯班坝40余米,加拿大下诺赫坝82米)挖深较大，改用钢板桩防渗。钢板桩可穿过砾石类土,软岩,风化岩,有的深达50米以上,但易打斜形成渗透,。,混凝土防渗墙,1.适用:主要用于深厚砂砾石地基中,施工方法为,冲击钻分段造孔,泥浆固壁,水下浇铸混凝土；,2.设计:墙底嵌入弱风化基岩深度0.51.0,墙顶插入防渗体深度1/10坝高,且大于2,m,墙厚为0.61.3,m,一般0.8,m；,3.,应用:,小浪底混凝土防渗墙造孔深达81.9,m,墙厚1.2,m,墙体嵌入墙基1-4,m,轴线长439,m；,加拿大马尼克号坝,两道防渗体墙厚0.61,m,中心距3.2,m,墙深131,m ；,灌浆帷幕,1.适用:砂砾石层很厚时,2.设计:根据容许渗流坡降,J (,规范建议：,J3-4),确定帷幕顶部的最大厚度,T；,土石坝中,一般采用多排帷幕,灌浆孔按梅花形排列,根据帷幕厚度及孔距确定排数,孔距与排距由现浇试验确定,初选时可选2-3,m,浆液常用水泥粘土浆,水泥含量约为20%-50%；,3.浆液选择:砂砾石地基的可灌性,用可灌比,M=D,15,/d,85,来评价(注：,D,15,-,受灌地层土料的特征粒；,d,85,-,灌浆材料的控制粒径)；当,M10,时，可灌水泥粘土浆；,M15,时，可灌水泥浆；水泥浆和粘土浆难灌的考虑用化学灌浆；,防渗铺盖,1.适用：覆盖层很深(厚),无法采用垂直防渗设施或其经济性差时,尤其当上游有天然铺盖或坝前淤积物较厚可资利用时；,2.作用:延长渗径,降低渗流坡降,减少渗流损失,常用于中小工程.,3.设计:,铺盖土料的渗透系数至少应比地基砂砾石的小100倍以上,最好达1000倍 (如10,-5,cm/s)；,铺盖长度一般为4-6倍的水头,(超过6-8倍的水头以后防渗效果增加缓慢)；,铺盖前缘最小厚度为0.5-1.0,m,末端与防渗体连接处厚度常达3-5,m；,铺盖表面应设保护层,保护层常为砂砾料1.5-10,m；,4.,应用:,巴基斯坦,塔贝拉土坝,坝高147,m,坝基砂砾石层厚约20,m,采用厚1.5-10,m,长2347,m,的铺盖,是目前世界上最长的铺盖。,国内原来采用不少,但曾出现裂缝,近年来采用较少。,下游排水减压设施,(排水体,反滤层,排水沟,减压井),1.,(排水体、反滤层见第七节),2.,排水沟：,适用：下游侧表层土较薄时；,设置：排水沟底深入下部透水层，沟底及边坡设反滤层,表面用块石砌护或做成排水暗沟,也可做成排水明沟；,3.减压井:,适用：表层土较厚或坝基深部有强透水层；,设置：井径一般大于15,cm，,贯入强透水层中的埋深应不小于强透水层厚度的1/4,一般深入到其厚的50%-75%,100%时(打穿透水层)效果最好。井周应设反滤层,出口高程应高于排水沟底面；,缺点:加大坝基渗流量；,三.细砂和淤泥层地基处理,细砂地基处理,饱和的均匀细砂在动力作用下,特别是地震作用下,易于液化；,液化的基本原因是循环剪切作用产生残余空隙水压力积累的结果,空隙水压力上升导致有效应力下降,土骨架由于应力释放而回弹。对于松砂,剪应力循环作用的次数达一定数量后,有效应力趋于零,全部应力由土骨架转移给空隙水,土的抗剪强度和抗变形能力几乎完全消失,而且变形的增长具有突发性,土转化为液化状态。液化破坏标准有二:,空隙水压力标准:残余空隙水压力达到所施加的固压大小,称为“初始液化”；,变形标准:根据建筑物的重要程度,变形的抵抗能力和震害经验选择某一双振幅应变值,作为液化破坏标准.,处理办法:,1.浅层土:表面振动加密,或全部挖除.,2.深层土:,打板桩封密-不经济(过去常用,现少用),振动加密法-依靠振动或水冲时砂土加密,振冲孔中可回填粗料形成砂石桩,强夯法-用几十吨重的重锤反复夯实地面.,爆炸加密法-适用条件要求高,目前已较少用.,淤泥地基处理,淤泥地基天然含水量大,容重小,抗剪强度低,承载能力小；,当埋深缴浅,且分布范围不大时,应全部挖除；,当埋藏较深,分布范围又较广时,采用压重法或设砂井加速排水固结：,压重法:在坝体趾处加压重,效果同放缓坝体坡；,砂井排水法:在坝基中钻孔,或打下底部穿孔的钢管,在孔,管中填入砂砾,拔出钢管后,在地基中形成砂桩的一种方法；,作用:加速排水固结速度；,四.软粘土和黄土地基的处理,软粘土地基,1.主要问题:,1)承载能力严重不足,坝高即可能发生局部破坏；,2)土的透水性很小，排水固结缓慢，地基强度增长慢，沉降变形时间长，地基长期处于软弱状态；,3)灵敏度高，不宜进行振动或挤压；,所以，软粘土一般不宜作坝基。,2，处理方法,1)尽可能挖除；,2)厚度较大分布较广时，可采用排水固结的方法，如砂井。砂井直径约，井距为通常需配合在坝处采用镇压层；,湿陷性黄土地基处理,1.主要问题:浸水后产生过大的不均匀沉降,造成坝体裂缝,2.处理措施:,1)挖除,翻压；,2)强夯；,3)预先浸水,提前完成湿陷；,第九章 土石坝与坝基、岸坡及其它建筑物的连接,一.坝体与地基,及岸坡的连接,与坝基的连接,1.进行地基处理,使地基达到土石坝的要求；,2.防渗体与地基防渗设施连接紧密；,3.粗粒料与地基覆盖层之间设反滤层；,4.当土质不同时,一般应作槽,形成若干道齿墙；当土质相同时,清基后即可填土。,与岸坡的连接,1.岸坡开挖成平顺缓坡。岩质岸坡不宜陡于1:0.5-1:0.75；土质不陡于1:1.5；,2.不宜采用台阶式岸坡；,3.岸坡上缓下陡时,凸出部位变坡角不宜小于20,。；,4.岸坡与坝体尤其是防渗体连接处需灌浆,防止绕坝渗流；,5.当岸坡很陡时,必须保证填土质量,土料的变形能力应强,并应在下游侧设置反滤层；,二.与其它建筑物的连接,插入式(见,P265,图5-39),混凝土坝与土坝连接时,混凝土坝断面逐渐变小,最终形成混凝土心墙,插入到土石坝中,而土石坝坡脚却向混凝土坝方向延伸.,特点:结构简单,具有一定的抗震能力,适用于低坝,翼墙式(见,P265,图5-40),在结合部位作成砼挡墙并向上、下游延伸形成翼墙。,第十一节 堆石坝,一.混凝土面板堆石坝,1965年以来发展很快,我国1988-1990年建成首批混凝土面板坝。西北口、天生桥、水布垭等工程。,组成:,1.堆石体;是堆石坝的主体,根据受力情况及发挥功能可分为:垫层区,过渡区,主堆石区,次堆石区.,2.混凝土面板:防渗设施.,特点,1.结构特点:,(1）堆石体密度大,抗剪强度高,坝底宽度小,工程量可较少；,(2）水压力作用于面板上,通过垫层区较均匀地转递给堆石体,稳定性好；,(3）分层填筑碾压,每层的上半部细料含量多于下半部,故表面平整,有利于施工,且透性好；,(4）坝体堆石区为干燥状态,抗震性能好；,2.施工特点:,(1）通过分区可充分利用石料,加快施工进度,降低造价；,(2）面板下的垫层和过渡层可起反滤作用并具有一定的透水性。施工期可挡水或过水；简化导流和汛设施,便于降低临建费用,(3）施工受雨季和寒冷天气影响小,可较均衡地施工；,3.运行及维修特点:,(1）,沉降量小；,(2)面板不宜裂缝,裂缝后检修方便；,坝剖面及堆石体设计,1.坝顶及坝坡.,(1).防浪墙：高4-6米，断面为“,L”,型，与面板接触良好，底面与堆石区接触宽度9,m,(2).,坝坡坡度： 1：1.31:1.4(堆石体石由休止角37，即为1：1.33)；上游坡采用均一坡度，便于面板施工；下游坡如无特殊要求可不设马道，需要的也可设马道，狭窄河谷土石坝常用“之”字形上坝公路。,2堆石体材料分区,（1）垫层区位于面板下部,作用：,平整上游坡面，避免面板出现应力集中，还会有适量细料。,将水荷载引起的变化减至最小限度，改善面板受力条件，要求级配良好，密度大，变形模量大。,防渗：要求,K10,-3,10,-4,cm/s,材料：质地新鲜，坚硬，耐久性好；,d,max,=80-100mm，,小于0.1,mm,的占5%10%，小于5,mm,的占35%55%；,水平宽度：一般为3,m,左右，100,m,以内的坝常用上下等宽，垫层与岸坡连接处，可适当加宽。,填充标准：设计孔隙率17%18%，铺筑厚度为主堆石体的一半。10,t,振动碾平面碾压4-6遍，后坡面碾压。坡面碾压时，先静压23遍，然后下行不振动碾压48遍；。,（2）,堆石区,堆石区可以细分为：过渡区，主堆石区，次堆石区。,作用：承受水荷载，稳定坝体；,材料：低压缩性，高抗剪强度，较好的透水性，耐久性。坝坡表面材料应耐风化；,级配：最大粒径小于钵层厚度，小于5,mm,的含量低于20%，小于0.1,mm,的含量低于10%的连续级配料。根据试验，细粒含量为25%时，抗剪强度最大；,铺层厚度：硬岩80100,cm，,最少为60,cm；,砂砾层：60,cm,左右。,筑柱标准：,坝高 设计孔隙率(%) 施工合格率(%),70,m 2527 7080,70100m 2426 7080,100160m 2325 7080,(四）,面板及防渗结构设计,1,趾板：是面板的底座,作用：保证面板与河岸及岸坡间不透水连接，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；,形状和布置：见,P283,图554；趾板的宽度,b,取决于作用水头,H,和基岩性质，要求水力坡降,J=H/b 20-25(,新鲜岩石)、10(微风化岩石)、5,(,强风化和破碎岩石)、23(河床冲积层),趾板最小宽度：3,m,趾板最小厚度：与面板等厚 0.3,m，,高坝可适当增厚；,最大坝高处面板下的堆石厚度,a0.81.0m；,温度筋配置：各向配筋率为0.2%-0.3%,净保护厚度1015,cm，,另设插筋与地基连接，并作温度筋的架立筋；,趾板施工缝间距：为15,m,左右，钢筋跨缝，不设止水片；,1,面板,设垂直缝，间距为1218,m，,可不设水平伸缩缝，缝内设止水；,板厚：25-30,cm，,周边缝处可加厚到40,cm；,配筋双向配筋，每向配筋率为0.3%0.5%，布置在面板中间。,砼强度,R,H,=2025Mpa；,止水三道止水，底部铜止水，用沥青砂填充保护；上部用沥青玛瑙脂加,PVC,膜覆盖；中部再加一,PVC,止水，缝间用可压缩填料填充。,