文档介绍：第四章土石坝
概述
土石坝是指由当地土料、石料或混合料,经过抛填、辗压方法堆筑成的挡水坝。
土坝当坝体材料以土和砂砾为主时,称土坝;
堆石坝以石渣、卵石、爆破石料为主时,称堆石坝;
土石混合坝当两类材料均占相当比例时,称土石混合坝。由于筑坝材料主要来自坝区,因而也称当地材料坝。
土石坝得以广泛应用和发展的主要原因是:
(1)可以就地取材,节约大量水泥、木材和钢材,几乎任何土石料均可筑坝。
(2)能适应各种不同的地形、地质和气候条件。
(3)大功率、多功能、高效率施工机械的发展,提高了土石坝的施工质量,加快了进度,降低了造价,促进了高土石坝建设的发展。
(4)岩土力学理论、试验手段和计算技术的发展,提高了大坝分析计算的水平,加快了设计进度,进一步保障了大坝设计的安全可靠性。
(5)高边坡、地下工程结构、高速水流消能防冲等设计和施工技术的综合发展,对加速土石坝的建设和推广也起了重要的促进作用。
一、土石坝的特点和设计要求
分析土石坝的四大问题
(1)稳定方面。土石坝不会产生水平整体滑动。土石坝失稳的形式,主要是坝坡的滑动或坝坡连同部分坝基一起滑动。
(2)渗流方面。土石坝挡水后,在坝体内形成由上游向下游的渗流。渗流不仅使水库损失水量,还易引起管涌、流土等渗透变形。坝体内渗流的水面线叫做浸润线。浸润线以下的土料承受着渗透动水压力,并使土的内磨擦角和粘结力减小,对坝坡稳定不利。
(3)冲刷方面。土石坝为散粒体结构,抗冲能力很低;
工程措施:①在土石坝上下游坝坡设置护坡,坝顶及下游坝面布置排水措施,以免风浪、雨水及气温变化带来有害影响;②坝顶在最高库水位以上要留一定的超高,以防止洪水漫过坝顶造成事故;③布置泄水建筑物时,注意进出口离坝坡要有一定距离,以免泄水时对坝坡产生淘刷。
(4)沉陷方面。由于土石料存在较大的孔隙,且易产生相对的移动,在自重及水压力作用下,会有较大的沉陷。为防止坝顶低于设计高程和产生裂缝,施工时应严格控制碾压标准并预留沉陷量,使竣工时坝顶高程高于设计高程。可按坝高的(1~2)%预留沉陷值。
二、土石坝的类型
(一)按坝高分类
土石坝按坝高可分为:高度在30m以下的为低坝,
高度在30~70m之间的为中坝,
高度超过70m的为高坝。
土石坝的坝高均从清基后的地面算起。
(二)按施工方法分类
(1)碾压式土石坝。
(2)水力冲填坝。
(3)水坠坝。
(4)水中填土坝或水中倒土坝。
(5)土中灌水坝。
(6)定向爆破堆石坝。
(三)按坝体材料的组合和防渗体的相对位置分类
(1)均质坝:
(2)粘土心墙坝和粘土斜墙坝:
(3)人工材料心墙和斜墙坝:
(4)多种土质坝:
上述多种土质坝中,粗粒土改用砂砾石料筑成的坝,或用土石混合在一起的材料筑成的坝,称为土石混合坝。
除防渗体外,坝体的绝大部分或全部由石料堆筑起来的称为堆石坝。
第二节土石坝的基本剖面
一、坝顶高程
坝顶高程根据正常运用和非常运用的静水位加相应的超高Y予以确定。
计算情况:
设计洪水位+正常运用情况的坝顶超高;
校核洪水位+非常运用情况的坝顶超高; 最大值为坝顶高程
正常高水位+非常运用情况的坝顶超高+地震安全加高
坝顶设防浪墙时,超高值Y是指静水位与墙顶的高差。
计算的坝顶高程是指坝体沉降稳定后的数值。
Y按下式计算。
Y=R+e+A
(4-2)
式中R——波浪在坝坡上的最大爬高,m;
e——最大风壅水面高度,即风壅水面超出原库水位高度的最大值,m;
Hm——坝前水域平均水深,m;
K——综合摩阻系数,其值变化在(~)之间,计算时一般取K=;
——风向与水域中线(或坝轴线的法线)的夹角,度;v0、D——计算风速和风区长度,见第二章;
A——安全加高,m;根据坝的等级和运用情况,按表4-1确定。
波浪爬高:
波浪沿建筑物坡面爬升的垂直高度(由风壅水面算起)称为波浪爬高,波浪爬高R的计算,土石坝设计规范推荐采用蒲田试验站公式,其具体计算方法如下:
(1)计算波浪的平均爬高:当坝坡系数m=~,平均爬高计算公式:
式中——斜坡的糙率渗透性系数
——经验系数,由计算风速v0(m/s)、水域平均水深(m)和重力加速度g组成的无维量;
m—单坡的坡度系数,若单坡坡角为,则m=ctg;
、——平均波高和波长,m;
薄田试验站的波高和波长计算:
1)平均波高hm用式计算:
2)平均波长Lm由平均周期Tm和平均水深Hm按下述理论公式计算:
平均周期Tm=
当 ,称为深水波,其波长与周期有关:
当<,称为