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同学们好

本节课我们学习土石坝的断面

首先

我们认识一下

土石坝的基本断面的组成部分

以典型的心墙堆石坝为例

其坝体组成部分主要包括防渗体

反滤料、过渡料、堆石料

坝顶、护坡、马道或上坝公路等

下部坝基是坝体的承载部分

一般需采用防渗墙或帷幕

对坝基进行防渗处理

为了保证防渗体与下部坝基良好的结合

有的土石坝在防渗体底部设置混凝土垫层

此外

有些土石坝将上、下游围堰

做成坝体的一部分

对于透水性较弱的堆石区如砂砾石料

一般还设置棱体排水

土石坝断面轮廓的确定

主要涉及坝顶高程、坝顶宽度

坝坡坡比的选择

对于坝顶高程

根据《碾压式土石坝设计规范》规定

需计算4种工况下的坝顶高程

最终坝顶高程不低于其最大值

4种工况分别为

设计洪水位+正常坝顶超高

正常蓄水位+正常坝顶超高

校核洪水位+非常坝顶超高

正常蓄水位+非常坝顶超高+地震安全加高

其中

坝顶超高与重力坝和拱坝类似

同样由波浪爬高、静水位雍高

安全加高三部分组成

不同之处在于安全加高的选择

对于土石坝

其安全加高按照如图所示的表格选择

与土石坝的级别和运行条件有关

对于正常运行条件

1级土石坝安全加高为1.5m

2、3级土石坝分别为1m和0.7m

4、5级的低坝其安全加高采用0.5m

对于出现概率较低的非常运行条件

安全加高降低

将土石坝、重力坝、拱坝三种坝型中

规范规定的的安全加高进行对比

如图所示

可以看出

在相同的运行条件下

对于同一级别的重力坝和拱坝

其安全加高相同

而同一级别的土石坝

其安全加高明显更大

例如

同样对于1级高坝

正常运行条件下

重力坝和拱坝的安全加高均为0.7m

而土石坝为1.5m

其原因即在于

混凝土材料建造的重力坝和拱坝

可以抵抗一定程度的漫顶

其安全性更高

而土石坝最大的劣势在于

起抵抗漫顶冲刷的能力较弱

一旦漫顶将发生溃坝事故

因此

对于土石坝

其坝顶高程需要给与更多的安全裕度

防止超标洪水条件下

土石坝发生漫顶冲刷

另外

由于土石料的变形量较大

而且后期变形的发展缓慢

在土石坝竣工时

还需要在坝顶预留沉降超高

考虑坝顶中部沉降较大

向坝头两端逐渐减少

如图中虚线所示

在坝顶超填一部分土石料

最大超填厚度一般可取为坝高的1%

并预留数月的时间

使得坝顶沉降大部分完成后

将坝顶多余的填筑料清除

不足部分补齐

坝顶整平后再建造坝顶路面

由此可避免坝体过大的

后期变形引起坝顶沉陷

以及造成坝顶防浪墙和路面开裂等

值得强调的是

在计算设计坝顶高程时

并不计入这部分沉降超高

这部分超填仅在施工期存在

是为适应坝顶后期变形而设置的

关于坝顶宽度的确定

需要综合考虑施工需要、运行要求

交通要求、坝顶构造

抗震稳定性等多种因素

对于高土石坝

坝顶宽度一般取为10~15m或更大

例如

糯扎渡高心墙堆石坝坝高261.5m

为充分保证坝体的稳定性

其坝顶宽度取为18m

对于中、低坝

坝顶宽度一般取为5~10m

关于坝坡坡比的选择

是土石坝设计的重要内容

坡比过陡

坝坡稳定性降低

影响大坝安全

坡比过缓

虽然稳定性增强

但造成坝体体积过大

造价过大

经济性变差

因此

坡比的确定需要根据

坝坡的稳定性、坝体的体积和造价

综合确定

一般来说

由于上游坝坡在运行期大部分处于水下

长期饱和

库水位的升降

特别是骤降会对

上游坝坡的稳定产生不利影响

一般需要放缓

根据一般工程经验

对于心墙坝

若为堆石坝坡

上游坡比一般可选为1:1.7~1:2.7

下游坝坡为1:1.5~1:2.5

若为土质坝坡

上游坡比一般为1:2.5~1:3.5

下游坡比为1:2.0~1:3.0

对于混凝土面板堆石坝

采用堆石料作为坝体时

上游坡比一般为1:1.4~1:1.7

下游坡比1:1.3~1:1.4

当采用砂卵砾石填筑时

应根据其抗剪强度适当放缓

以上坝顶宽度和上下游坡比确定后

坝体的轮廓即可确定

然后是进行坝体内部的材料分区

包括防渗体、反滤料

过渡料、堆石料、排水体等

最常见的防渗体为土质材料防渗体

包括前述心墙、斜心墙

斜墙等不同型式

防渗体的作用是防渗

其需要满足的要求有

防渗体承受的渗流梯度

不致产生渗透破坏

下游浸润线不应过高

以免影响坝坡稳定

通过防渗体的渗漏量不能过大

保证水库的正常运行

此外

防渗体的尺寸还需要满足

结构和施工的要求

土质防渗体一般由细小的土颗粒组成

在渗流作用下易产生颗粒流失

因此还需在其上下游设置反滤层

用以滤土排水

要求反滤料具有良好的级配

防止防渗体细颗粒流失

同时可将渗水排出

为避免土石坝内部各分区

过大的不均匀变形引起坝体开裂

一般还需设置过渡层

使得坝体各分区的变形平滑过渡

起变形协调的作用

外部的堆石料主要用以维持坝体的稳定

一般要求具有较高的抗剪强度

对于堆石区渗透性较弱的情况

需设置坝体排水如棱体排水

要求排水体具有较好的排水能力

可降低浸润线及坝料内的孔隙水压力

同时保证排水通畅

孔隙不被堵塞

上坝公路或马道是坝体断面的细部设计

上坝公路如图所示

可以在大坝填筑施工期临时上坝使用

在上、下游坝面均可设置

也可在下游坝面设置

作为永久性道路使用

上坝公路的设计主要考虑交通需要

需提出道路宽度、坡度、转弯半径

路面排水等方面的设计指标

马道如图所示

是为大坝观测、检修、排水

以及连接两岸交通而修建的小道

一般设置在下游

宽度需大于1.5m

而且在设置马道后

大坝的平均坝坡不能陡于设计坝坡

以保证坝坡稳定性不降低

完整的土石坝断面还包括地下防渗处理

一般可采用水平铺盖

以及混凝土防渗墙

帷幕灌浆

截水槽等垂直防渗措施

通过这些措施达到降低坝基渗漏量

减小水力梯度、避免坝基发生渗透破坏的作用

这部分内容将在后续坝基处理一节中详述

本节课我们学习了土石坝的断面组成

及各部分的主要功能和设计要点

下节课我们将详细介绍

坝体各分区所采用的材料及其设计标准