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土石壩的類型及防滲性分析

1壓實(shí)式土石壩根據(jù)施工方法,石壩可分為:壓裂土壩、填充土壩、水下填充壩、定向破碎壩等。其中,沖填式土石壩是利用水力開采和運(yùn)輸?shù)?水中倒土壩則在壩址處修筑圍梗灌水、填土,使土料在水中崩解壓密。這兩種壩型都是靠水的滲流帶動(dòng)顆粒向下運(yùn)動(dòng)而壓密的,壓實(shí)性能遠(yuǎn)不如機(jī)械碾壓,而且排水固結(jié)很慢,孔隙水壓力很大,只適用于壩坡較緩的低壩。定向爆破利用拋石沖擊力的壓實(shí)性能也不如振動(dòng)碾壓機(jī)械。土石壩的建筑實(shí)踐表明,壓實(shí)效果最好和應(yīng)用最為廣泛的是碾壓式土石壩。按照土料在壩身內(nèi)的配置和防滲體所用的材料種類及其所處的位置,碾壓式土石壩可分為以下幾種主要類型:(1)均質(zhì)壩。一般只有一種沙壤土同時(shí)起防摻和支承作用;(2)土質(zhì)心墻壩。由相對不透水或弱透水土料構(gòu)成中央防滲體,其上、下游兩側(cè)以透水砂礫土石料組成壩殼,對心墻起保護(hù)支承作用;(3)土質(zhì)斜墻壩。由相對不適水或弱透水土料構(gòu)成上游防滲體,而以透水砂礫土石料作為下游支撐體;(4)土質(zhì)斜心墻壩。由相對不遠(yuǎn)水或弱透水土料構(gòu)成防滲體,其下部為斜墻、上部為心墻,在它們的上下游兩側(cè)以透水土石料組成壩殼,支撐和保護(hù)防診體;(5)人工材料心墻壩。中央防滲體由瀝青混凝土或混凝土、鋼筋混凝土、土工膜加強(qiáng)土、土工膜加教土等人工材料構(gòu)成,壩殼由遠(yuǎn)水或半透水砂礫土石料或者再加上塊石等組成;(6)人工材料面板壩。壩的文撐體為運(yùn)水或半透水的塊石、砂礫石或者砂礫石再加上塊石等材料,上游防滲面板則為鋼筋混凝土、瀝青混凝土、塑料膜或土工膜等材料構(gòu)成。2壩體防滲土石壩的建設(shè)混凝土面板堆石壩在土石壩中具有工程量少、工期短、收效快、造價(jià)低、抗震性能好、施工導(dǎo)流工程簡單等優(yōu)點(diǎn),可以改變我國長期以來水利工程投資大、工期長的兩大弱點(diǎn),只要水泥和石料來源較好,就明顯地優(yōu)越于以新土為防滲體的其它一般土壩。所以,在我國混凝土面板堆石壩己成為可行性研究階段或初步設(shè)計(jì)階段優(yōu)先考慮的壩型。在遠(yuǎn)離山區(qū)的平原河道上,由于石料來源較遠(yuǎn)、較缺乏,而當(dāng)?shù)夭牧现型泻芏嗑|(zhì)土,或者河道里有很多砂礫石,岸坡上有很多沙壤土。為了充分利用當(dāng)?shù)夭牧?節(jié)省造價(jià),宜興建均質(zhì)壩、土質(zhì)防滲體的心墻壩和斜墻壩。它可以適應(yīng)任意的地形、地質(zhì)條件,對筑壩土料的要求逐漸放寬,既可以采用先進(jìn)的機(jī)械施工,在條件不具備時(shí),也可以采用比較簡單的機(jī)具施工,因而對我國平原地區(qū)大量的中小型工程是值得考慮的壩型。均質(zhì)壩壩體材料單一,施工方便,當(dāng)壩址附近有數(shù)量足夠的適宜土料時(shí)可以選用。這種壩所用土科的滲透系數(shù)較小,施工期壩體內(nèi)會產(chǎn)生孔隙水壓力,降低土料的抗剪強(qiáng)度,故壩坡較緩,工程量大,一船適用于中、低高度的壩。但近年來也有向高壩發(fā)展的趨勢,特別是在具有較大內(nèi)摩擦角的含新性砂(礫)質(zhì)土的情況下,在壩的中部設(shè)置豎向和水平排水,可以大大降低壩體內(nèi)的浸潤線,并減少孔除水壓力。20世紀(jì)60年代后在巴西等地已建成許多高60~80m的均質(zhì)壩,委內(nèi)瑞拉古里壩的土壩段,壩高100m,也采用均質(zhì)壩。心墻壩和斜墻壩相對于均質(zhì)壩來說,其下游壩殼砂礫石的浸潤線較低,適宜于建高壩。斜鋪壩的壩殼可以超前于防滲體進(jìn)行填筑,而且不受氣候條件限制,也不依賴于地基灌漿施工的進(jìn)度,施工干擾小。但斜墻壩由于抗剪強(qiáng)度較低的防滲體位于上游面,故上游壩坡較短。斜墻對壩體的沉降變形也較為敏感,故高壩中斜墻壩比心墻壩少。目前世界上已建的高200~300m級的土石壩幾乎都是心墻壩。但心墻土料的壓縮性較壩殼料高,受壩殼拱效應(yīng)作用易產(chǎn)生水平裂縫,對壩的安全不利;心墻在施工時(shí)需要和兩側(cè)壩殼平起上升,施工干擾大,受氣候條件的影響也大,有時(shí)心墻停工一段時(shí)間,兩側(cè)壩殼以臨斷面填筑,總進(jìn)度受影響。為此,很多高壩逐漸采用斜心墻,其上游坡設(shè)計(jì)成1:0.5~1:0.6,以利于克服拱效應(yīng)和改善心墻的受力條件,還可以較大程度地解決心墻壩施工干擾的問題。當(dāng)適合筑壩的黏性土材料較多、壩較高時(shí),宜優(yōu)先采用黏土斜心墻壩,因?yàn)樗C合了心墻壩和斜墻壩的優(yōu)點(diǎn),又克服了各自的缺點(diǎn)。例如:巴基斯坦148m高的塔貝拉壩和我國154m高的小浪底斜心墻堆石壩等等。應(yīng)用瀝青混凝土作防滲體的土石壩,采用土工薄膜防滲的土石壩以及定向爆破堆石壩等,在各種具體條件下,都有一定的應(yīng)用和發(fā)展前景。在某些條件下,小型土石壩也可建成溢流形式,以節(jié)省溢洪道工程量。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),我國已建這種類型土石壩約二百座。早期建造的多用砌石、鋼筋混凝土作溢流面板。當(dāng)然,過水土石壩的建造要慎重,在目前的技術(shù)條件下,單寬流量不能太大,壩不能太高,一定要確保施工質(zhì)量和安全。我國過去有些地區(qū)針對土料特點(diǎn)建造了一些水墜壩、水中倒土壩以及國外早期較普遍應(yīng)用的水力沖境壩等,發(fā)揮了一些作用,但也存在一些問題,如含水量高、排水固結(jié)很慢、碾壓不實(shí)、蓄水后浸潤線很高、對壩坡穩(wěn)定不利以及后期沉降量很大等。后來,隨著施工機(jī)械的發(fā)展和應(yīng)用,這些壩型已逐漸很少采用了。我國幅員遼闊,各地自然條件、土料特性等千差萬別,需要根據(jù)具體情況,發(fā)展和選擇合理形式的土石壩。在壩型選擇中,不應(yīng)拘泥于現(xiàn)存的觀點(diǎn)。筑壩技術(shù)在不斷進(jìn)步,新的施工機(jī)械也在不斷出現(xiàn),以前看來似乎沒有什么前途的面板堆石壩.由于應(yīng)用大型振動(dòng)碾提高壓實(shí)效果,今日已發(fā)展成為具有強(qiáng)大生命力的壩型。3滑坡致壩作用具有足夠的斷面維持壩坡的穩(wěn)定,這是大壩安全的基本保證。國內(nèi)外土石壩的失事,約有1/4是由滑坡造成的,足見保持壩坡穩(wěn)定的重要性。施工期、穩(wěn)定滲流期、水庫水位降落期以及地震時(shí)作用在壩坡上的荷載和土石料的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)都將發(fā)生變化,應(yīng)分別進(jìn)行核算以保持壩坡和壩基的穩(wěn)定。3.1滲流破壞土料力學(xué)土石壩擋水后,在壩體內(nèi)形成滲流,飽和區(qū)內(nèi)土石料承受水壓力,減小了抵抗滑動(dòng)的有效正壓力;浸水以后土石料的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)將有所減小;滲流力可對壩坡形成不利作用;滲流從壩坡、壩基或河岸流出時(shí)可能引起管涌等滲流破壞。設(shè)置防滲和排水設(shè)施可以控制壩體和壩基的滲透破壞和漏水量,控制滲流范圍、改變滲流方向、減小滲流的流出坡降以增加壩坡、壩基和河岸的抗滑和抗?jié)B穩(wěn)定。3.2根據(jù)現(xiàn)場條件選擇水庫類型、水庫結(jié)構(gòu)形狀和石材選擇各種土石料在壩體內(nèi)的配置,還應(yīng)根據(jù)土石料的物理、力學(xué)性質(zhì)選擇好壩體各部分的夯筑壓實(shí)標(biāo)誰,達(dá)到技術(shù)經(jīng)濟(jì)上的合理性。3.3洪水建筑物具有足夠的防洪能力。水庫必須滿足足夠的安全要求,防止洪水泛濫,水庫損壞3.4防止波浪沖擊在庫水變化范圍內(nèi)

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