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同学们好

本章前面

我们学习的内容多以土质防渗体分区坝

特别是心墙堆石坝为主

心墙堆石坝的优点很多

比如结构简单

适应坝基条件和坝体变形的能力较强

近年来的工程实践中

也积累了较多的成功经验

但是

心墙堆石坝的缺点也很明显

主要有

粘土用料多

侵占农田

破坏耕地

植被恢复困难

心墙沉降量大

与坝壳料模量差异较大

易产生开裂

坝坡较缓

坝体方量大

粘土心墙的施工受降雨影响较大

影响施工进度

缺乏粘性土或粘性土不满足要求的坝址

不适于修建心墙堆石坝

而混凝土面板堆石坝在上述几个方面

却有显著性的优势

面板堆石坝基本不用粘性土料

坝体主要分区是堆石

其压缩模量、抗剪强度较高

可以减少坝体沉降

坝坡也可以做的更陡一些

节省坝体填筑工程量

而且堆石料的碾压施工速度较快

不受降雨影响

因此

混凝土面板堆石坝成为近年来

发展较为迅速、采用广泛的土石坝坝型

在本章概述中介绍的

已建成的天生桥一级面板堆石坝

水布垭面板堆石坝

以及拟建的澜沧江上古水面板坝

黄河上游茨哈峡面板坝等

均为典型的面板堆石坝工程

与本章前述土石坝设计内容相比

面板堆石坝的设计中

差异之处主要有4个方面

坝坡坡比、坝体分区与材料、面板、趾板

以下简要介绍

1、坝坡坡比

由于碾压堆石料的抗剪强度较高

其内摩擦角一般大于45°

根据工程经验

坝坡坡率采用1:1.3~1:1.4

具有足够的安全度

我国面板堆石坝设计规范规定

当筑坝材料为质量良好的硬质岩堆石料时

上、下游坝坡可采用1:1.3～1:1.4

当用质量良好的天然砂砾石料筑坝时

上、下游坝坡可采用1:1.5～1:1.6

2、坝体分区与材料

典型的面板堆石坝的填筑分区如图所示

除防渗面板外

从上游向下游依次可分为

垫层区、过渡区、堆石区、排水堆石区

此外还有特殊垫层区、上游铺盖和盖重料

以下简要介绍

垫层区的作用是为面板提供均匀平整的支承

实现从面板至堆石区的均衡过渡

适应坝体的变形而不出现裂缝

水平宽度一般为2~4m

可采用轧制砂石料、砂砾石料填筑

过渡区也起到变形协调的作用

另外对垫层料具有反滤保护作用

过渡料压实后应具有

低压缩性和高抗剪强度

并具有自由排水性

其宽度一般不小于3m

可采用细堆石料或经筛分

加工的天然砂砾石料填筑

堆石区是面板坝的主体部分

包括上游主堆石区和下游堆石区

其中间分界线可位于

坝体中心线上游或下游

根据坝体变形计算

及坝料料源情况等综合确定

堆石区一般采用质量较好的

堆石料或砂砾石料填筑

需保证碾压密实

提高压实密度和变形模量

减少坝体变形

随着碾压施工能力的进步

近年来设计的面板堆石坝

对堆石料的设计孔隙率提高了要求

一般为17%~20%

当堆石区由中等渗透性的砂砾石料填筑

为提高排水速度

避免坝内存在较高的孔压

需设置排水区

采用渗透性较好的大块石填筑而成

此外

还有特殊垫层区位于面板底端附近

其作用为适应面板与趾板间周边缝的变形

以及对周边缝堵缝材料如粉煤灰

粉细砂等起反滤保护作用

上游铺盖的作用是

覆盖周边缝及高程较低处的面板

当周边缝张开或面板出现裂缝时

能自动淤堵

恢复防渗性能

一般采用粘性土料碾压填筑

或者水下抛填而成

盖重料对铺盖料起保护作用

并对面板底部形成压脚保护

可采用任意料填筑

面板坝设计的第3项内容是

如图所示的面板

面板是防渗的主体

对质量有较高的要求

除具有良好的防渗性能外

还要有足够的耐久性

足够的强度和抗裂性能

为适应坝体的变形和施工的需要

需对面板进行分缝

形成垂直缝

垂直缝的间距一般为12~18m

由于坝体沿坝轴线方向的变形

为两侧向河床中央位移

因此在两岸坝肩附近的垂直缝设置为张性缝

河床中央部位的垂直缝设置为压性缝

为避免缝面漏水

在接缝处需设置如图所示严密的止水构造

止水可以由铜片、PVC或橡胶止水

泡沫塑料板及顶部的柔性填料等组成

对于面板的厚度

一般按照面板承受的水力梯度

不超过200作为控制标准

其厚度一般按如图公式设置

在本章构造一节中已提及

不再赘述

第4项内容是如图所示的趾板

趾板是面板的底座

其作用是保证面板

与河床及岸坡间的不透水连接

同时也作为坝基帷幕灌浆的盖板

和面板滑模施工的起始工作面

趾板的宽度b取决于

作用水头H和基岩的性质

且不小于3m

要求水力坡降不超过容许值

对于新鲜基岩可大于20

弱风化基岩10~20

强化风和破碎基岩5~10

全风化岩体3~5

趾板的厚度不小于0.3m

趾板与面板连接处相互垂直

并使得面板底面下的特殊垫层区的

厚度不小于0.9m

趾板与面板接触部位形成周边缝

需设置严密的止水构造系统

可在缝内设置铜片止水、PVC止水

缝内填塞橡胶板或沥青木板

并在顶部覆盖粉煤灰填料后用保护罩固定

趾板需配置双向温度钢筋

配筋率一般采用0.3%

趾板的下部应用锚杆和基岩相连接

下部基岩需按照要求

进行固结灌浆和帷幕灌浆

起到增强坝基完整性和密实性

提高其防渗性能、延长渗径减小水力坡降的作用

以上简要介绍了

面板堆石坝设计的几个主要方面

总体来说

面板堆石坝具有土石坝的共性问题

也有其个性问题

主要在于防渗面板及相应的止水系统

另外

近年来高面板堆石坝的建设实践中

出现了如图所示的面板挤压破损现象

出现面板混凝土压碎、钢筋隆起

坝体变形和渗漏量较大等问题

目前尚未完全妥善解决

值得关注

同学们课后可以收集参考

相关研究文献进行深入学习

到此

本章内容已经学习完毕

以下对本章进行简要小结

概述部分

我们了解了几座典型的土石坝

认识了其工作特点、优点

缺点及其分类

结合工程案例学习了

土石坝坝型选择中需要考虑的因素

并介绍了土石坝设计应满足的要求及设计要点

然后介绍了土石坝的基本断面

重点是坝顶高程的确定、坝坡坡比的选择

以及坝体分区的组成

接下来是土石坝的材料与设计标准

是本章的重点内容之一

简要回顾了土石料的物理力学特性

介绍了土石坝设计中

不同分区对土石料的要求及其填筑标准

并通过糯扎渡高心墙堆石坝掺砾土料的实践案例

更深入地学习了掺砾土料的

掺砾量、混掺、开采和碾压施工工艺

以及碾压质量控制等方面的创新性技术

土石坝的渗流分析

也是本章重点内容

学习了土石坝渗流分析的目的

内容及几种计算方法

并介绍了土石坝的渗透变形问题

土石坝的稳定计算

是重点也是难点问题

介绍了土体抗剪强度参数及其试验方法

重点学习了瑞典圆弧法和简化Bishop法

需理解其假定条件及推导计算过程

这两种方法是要求同学们必须理解和掌握的

土石坝的变形计算

主要是分层总和法和有限元法

并介绍了土石坝的裂缝问题及其防治措施

关于土石坝的构造

重点学习了防渗体、坝体排水

反滤层、过渡层等几个方面

土石坝的坝基处理

介绍了岩基、砂砾石地基、软黏土地基上

修建土石坝时应采用的坝基处理措施

重点是截水槽、防渗墙、帷幕灌浆、水平铺盖

最后

介绍了混凝土面板堆石坝

包括坝坡坡比、坝体分区与材料

面板和趾板等方面的设计要点

学习本章时

应重点体会土石坝与重力坝和拱坝在材料特性

断面形式、细部构造、坝体安全问题

坝基处理方法等方面的差异

有利于加深对三类坝型多个方面的深入理解

本章就到这里

谢谢大家