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同学们好

本节课我们学习土石坝的构造

主要包括防渗体、坝体排水

反滤层、过渡层、坝顶和护坡等

以下分别介绍

1、防渗体

本章概述中

我们知道

防渗体可采用粘土防渗体

沥青混凝土防渗体

或钢筋混凝土面板防渗体等

对于粘土防渗体

如图所示为心墙堆石坝粘性土防渗体

为保证防渗体的安全

防止发生顶部冲刷破坏

要求防渗体的顶部高程需高于水库最高水位

在正常蓄水工况下

具有安全超高0.3~0.6m

顶部的水平宽度a

考虑机械化施工的要求

不能太窄

一般要求≥3m

防渗体底宽b决定了防渗体的填筑方量及造价

因此不宜太宽

但上下游水头差主要由防渗体承担

为保证其安全

也需要有足够的宽度

与承受的水头、采用土料的抗渗性能有关

一般要求防渗体底宽b不宜小于上游水头的1/4

对于沥青混凝土防渗体

具有较好的柔性和塑性

适应变形能力较强

可以置于坝体中间做为防渗心墙

或置于上游侧做成防渗面板

沥青混凝土的渗透系数一般为

10-8~10-10cm/s

抗渗能力强

可以做的较薄

底厚一般可取为(1/60~1/40)H

且不小于0.4m

顶厚不小于0.3m

对于高坝

采用大值

沥青混凝土材料价格相对昂贵

因此适用于防渗要求较高的水库

如抽水蓄能电站水库

对于钢筋混凝土面板防渗体

由于其刚度较大

适应变形能力较差

仅能置于上游作为面板

即如图所示的混凝土面板堆石坝

在面板下游侧需设置垫层、过渡层等

利于变形协调

面板的厚度

一般按照面板承受的

水力梯度≤200作为控制标准

工程上常采用的面板厚度的

经验公式如图所示

即面板的顶部厚度一般为0.3~0.4m

向下随着深度的增加而线性增加

系数取为0.002~0.0035

另外

为适应面板的变形和施工的要求

面板需分缝

形成如图所示的垂直缝

一般分缝间距约为12~18m

为保证面板具有足够的强度和抗拉性能

面板混凝土强度一般要求不低于C25

抗渗等级不低于W8

并需要配筋

以上是防渗体的构造

2、坝体排水

设置坝体排水的作用在于控制和引导渗流

降低浸润线

加速孔压消散

增强坝体的稳定性

保护下游坝坡免遭冻胀破坏

常用的坝体排水的型式如图所示

有棱体排水、贴坡排水

褥垫排水、管式排水等

此外还有网状排水、竖式排水

烟囱式排水、综合式排水等

但无论是哪种型式

坝体排水均由透水性较好的

堆石、块石、砌石等组成

以加快渗流排水速度

降低水压力

而且为避免排水与其他坝料的渗透性

和级配差异过大而引起渗透破坏

在排水的外部需设置反滤层

如图所示为土石坝设置棱体排水

褥垫排水后降低坝体浸润线的效果示意图

其中红色虚线表示不设置排水时坝体的浸润线

当设置排水后

下游排水加快

改变了坝体内的渗流场

使得浸润线明显降低

即流网中的最上面一条蓝色流线

特别是排水体向上游方向深入的越多

降低浸润线的效果越明显

而浸润线降低后

下游部分坝料的孔隙水压力降低

抗剪强度提高

对下游坝坡的稳定性有利

3、反滤层

反滤层的作用在于滤土排水

保护渗流出口

防止坝体、坝基发生渗透破坏

对反滤层的要求为使被保护层土颗粒不被带走

不发生渗透破坏

同时其渗透性需大于被保护土

能顺畅地排出渗透水流

并不致被细粒土淤塞失效

因此

反滤层对级配的要求较高

需开展反滤层级配设计

反滤层一般由1~3层砂、卵石、碎石等构成

粒径随渗流方向逐渐增大

对于反滤层的水平厚度

碾压式土石坝设计规范规定

当采用机械施工时

最小厚度不宜低于3m

4、过渡层

过渡层的作用在于使心墙和堆石料间变形协调

避免过大的不均匀变形造成坝体开裂

土石坝设计规范规定

对于混凝土面板堆石坝的垫层和堆石之间

以及沥青混凝土心墙与坝壳料之间

均应设置过渡层

对于对于土质防渗体分区坝

若存在厚度较大反滤层

具有一定的协调变形能力

是否设置过渡层应根据防渗体

和坝壳料的特性及反滤层的厚度综合研究确定

当设置过渡层时

其顶部水平宽度不宜小于3m

采用等厚或变厚度均可

5、坝顶

坝顶需设置防浪墙

要求墙顶高出坝顶1~1.2m

应坚固且不透水

可用钢筋混凝土或浆砌石做成

为保证良好的防渗性

避免防渗体与防浪墙间存在较强的渗流通道

如图所示

墙底应与防渗体紧密连接

可以将防浪墙深入到防渗体内部

或将混凝土防浪墙底座加宽后埋入防渗体中

为排出雨水

坝顶面一般做成向倾向下游的路面

坡度2%~3%

另外

为满足照明、美观及其他需要

坝顶还需设置栏杆

照明

电缆沟

排水沟等

6、护坡

坝体上游坡面

为防止波浪淘刷、冰层和漂浮物的撞击

需设置护坡

可采用干砌石、浆砌石、混凝土等

材料做成如图所示的型式

对于不透水的护坡

应设置排水孔

以消除水位降落的不利影响

护坡的范围

应自坝顶或防浪墙延伸至最低水位以下1.5~2.5m

或延伸至坝脚实现上游坝坡全部防护

下游坡面护坡的作用为防止雨水冲刷、人为破坏

并减少风化、冻胀干裂、动物巢穴等不利影响

可以采用干砌石、碎石或砾石护坡

厚度约0.3m

覆盖范围一般延伸至坝脚

也可以采用草皮护坡

适用于粘性土均质坝

草皮厚度约5~10cm

另外

在下游坝面应设置排水系统

岸坡部位设置如图所示的排水沟

采用集水、截水、排水等设施

快速排除积水

避免对大坝的安全运行产生不利影响

以上是土石坝的几种构造的设计要点

需要强调的是

这些构造措施虽然简单

但对于坝体的稳定安全运行具有重要作用

也是土石坝设计时不可忽视的重要内容