《水工建筑物》課件-模塊四：土石壩

模塊四：土石壩4.1土石壩的特點和類型土石壩的工作原理土石壩是一種極為古老的壩型，早在很久以前，人類就知道用散粒體，石料等當?shù)夭牧蟻硖钪误w從而形成擋水建筑物，其自然的剖面形狀為梯形。土石壩是土壩、土石混合壩和堆石壩的統(tǒng)稱，是人類最早建造的壩型。由于土石壩筑壩材料主要來源于壩址附近，所以也叫做當?shù)夭牧蠅巍Ｍ潦瘔螝v史悠久，施工方便，由于土石壩對地基要求低和現(xiàn)代化施工技術(shù)的高速發(fā)展，土石壩在國內(nèi)外廣泛運用。土石壩土石壩的特點（a）可以就地取材，節(jié)約大量的水泥、木材和鋼材，減少工地對外的運輸量。隨著土石壩設計和施工技術(shù)的發(fā)展，放寬了對筑壩材料的要求，幾乎任何土石料均可以筑壩。(b)能適應各種不同的地形、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。土石壩的特點土石壩與其他壩型相比，其結(jié)構(gòu)簡單，施工工序少，施工技術(shù)容易掌握，即可以人力施工，又可以采用高度機械化的設備進行施工。土石壩的特點運行、管理及維修方便，加高、擴建、維修容易。土石壩的壩坡緩，體積大，工程量大。土石壩一般不允許壩頂溢流，必須在河岸上另開溢洪道或其他泄水建筑物。在河谷狹窄、洪水流量很大的河道上施工時，導流比較困難。黏性土料的填筑受氣候影響比較大。土石壩的類型土石壩按壩高可分：低壩，高度在30米以下為低壩；中壩：高度在30~70米為中壩；高壩：高度超過70米為高壩；按施工方法分類：碾壓式土石壩：碾壓式土石壩是分層鋪土石料、分層壓實填筑的，壩體質(zhì)量良好，目前最為常用，世界上現(xiàn)有的高土石壩都是碾壓式的。按照土料在壩身的位置和防滲所用的材料類型，碾壓式土石壩可分為以下幾種：按壩高分類土石壩的類型壩體基本上由均一的黏土料筑成，整個壩體用于防滲并保持自身的穩(wěn)定。均質(zhì)壩用透水性較好的砂石料做成壩殼，以防滲性較好的土質(zhì)做防滲墻。防滲墻設在壩體中央或稍向上游傾斜的稱為心墻壩或斜墻壩，設在靠近上游面的稱為斜墻壩。黏土心墻壩和黏土斜墻壩土石壩的類型防滲體有瀝青混凝土、鋼筋混凝土或其他人工材料，其余部分用土料構(gòu)成。人工材料心墻和斜墻壩壩身由幾種不同的土料筑成。多種土質(zhì)壩土石壩的類型水力沖填壩是以水力為動力完成土料的開采、運輸和填筑等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，然后通過泥漿泵將送至壩頂，再經(jīng)過沉淀和排水固結(jié)而筑成壩體。這種壩因筑壩質(zhì)量難以保證，目前很少采用。水力沖填壩土石壩的類型水中填土壩是用于崩解的土料一層一層倒入，由許多小土提分隔圍成的、靜水中填筑而成的壩。這種施工方法無需機械壓實，而是靠土的重力進行壓實和排水固結(jié)。該法施工受雨季影響小，工效較高，且不用專門碾壓設備，但由于壩體填土干容重低，抗剪強度小，要求坡緩，工程量大。水中填土壩土石壩的類型定向爆破堆石壩是按預定要求埋設炸藥，使爆出的大部分巖石拋填到預定的地點而堆成的壩。這種壩填筑防滲部分比較困難。定向爆破堆石壩土石壩的類型按壩體材料所占比例可分為以下三種：土壩：土壩的壩體材料以土和砂礫石為主。土石混合壩：當兩種材料均占相當比例時，稱為土石混合壩。堆石壩：以石渣、卵石、爆破石料為主，除防滲外，壩體的絕大部分或者全部由石料填筑起來的稱為堆石壩。課程小結(jié)土石壩是一種極為古老的壩型，由于土石壩筑壩材料主要來源于壩址附近，所以也叫做當?shù)夭牧蠅?。思考題土石壩為什么壩身上不能開設溢洪設施？土石壩4.2土石壩工作條件及設計要求問題導入土石壩對地基條件適應性強、就地取材、充分利用建筑物開挖料、造價較低，是世界各國廣泛采用的壩型。穩(wěn)定、滲流、沖刷、沉陷等方面具有哪些工作條件和設計要求呢？一、穩(wěn)定方面1.工作條件壩坡的滑動或壩坡連同部分壩基一起滑動?；衙嫘问?.設計要求上下游壩坡平緩，足夠的抗滑穩(wěn)定能力。（a）、（b）圓弧滑裂面；（c）、（d）直線或折線滑裂面；（e）、（f）復合滑裂面1—壩殼；2—方滲體；3—滑裂面；4—軟弱層二、滲流方面1.工作條件壩體內(nèi)形成由上游向下游的滲流，引起滲透破壞、水庫滲漏、壩體滑坡等。土石壩滲流示意圖二、滲流方面2.設計要求（1）做好防滲措施（a）塑性斜墻土石壩（b）塑性心墻土石壩面板堆石壩二、滲流方面（2）做好下游排水設施貼坡排水棱體排水褥墊排水管式排水綜合排水三、沖刷方面1.工作條件壩體上下游水的波浪將在水位變化范圍內(nèi)沖刷壩坡；波浪沿坡爬升很高甚至翻過壩頂；降落在壩面的雨水沿壩坡下流沖刷壩坡；靠近土石壩的泄水建筑物在泄水時激起水面波動有沖淘作用；季節(jié)氣溫變化也可能使壩坡受到凍土膨脹和干裂的影響。2.設計要求（1）土石壩上下游壩坡設置護坡，壩頂及下游壩面布置排水。（2）壩頂在最高水位以上預留一定的超高。（3）布置泄水建筑物時，注意進出口與壩坡要有一定距離。干砌石護坡混凝土板護坡1.工作條件四、沉降方面壩體有較大的沉陷，使壩高降低；不均勻沉陷還將導致土石壩產(chǎn)生裂縫，壩體橫縫對壩的防滲極為不利。2.設計要求嚴格控制碾壓質(zhì)量并預留沉降量。對于重要工程，沉陷值應通過沉陷計算確定。對于一般的中小型土石壩，如壩基沒有壓縮性很大的土層，可按1%～2%預留沉陷值。課程小結(jié)通過以上講解，分析了土石壩的工作條件，明確了土石壩壩體（壩殼）、防滲體、排水體、護坡等要求，它們的合理設計是保證土石壩能夠安全正常工作的基礎。同學們以后在設計土石壩時，需要認真仔細，多看、多學、多想，具有不恥下問的工作精神。思考題查找規(guī)范和書籍，說明土石壩的壩坡怎么樣擬定？土石壩的各種下游排水設施適用條件是什么？土石壩4.3土石壩地基處理（砂礫石地基）問題導入天然條件限制，地質(zhì)會有各種問題，不是所有地質(zhì)都可以建壩;土石壩約40%的失事是地基問題引起。砂礫石地基怎么樣處理？一、砂礫石地基的問題砂礫石地基一般不能直接建壩；主要問題是透水性很大；處理目的：減少地基的滲流量并保證地基和壩體的抗?jié)B穩(wěn)定性。方法：“上防下排”二、設置垂直防滲措施1.修建黏土截水墻黏土截水墻二、設置垂直防滲措施

2.修建混凝土防滲墻混凝土防滲墻二、設置垂直防滲措施

3.帷幕灌漿砂礫石地基帷幕灌漿三、設置上游防滲鋪蓋上游防滲鋪蓋四、下游排水措施反濾排水溝1.水平排水層2.反濾排水溝3.排水減壓井4.滲透蓋重排水減壓井課程小結(jié)通過以上講解，分析了土石壩砂礫石地基存在的問題是透水性很大。通常處理的基