堆石壩、土石壩的壩型選擇

2023/10/231

堆石壩StabilityAnalysisofEarth-RockDam2023/10/232一、概述面板堆石壩是以堆石體作為支承，以鋼筋混凝土、瀝青混凝土作為防滲體的一種壩型。

1970年以后，由于大型振動(dòng)碾薄層碾壓技術(shù)的應(yīng)用，使堆石壩的密實(shí)度得到充分提高，從而大幅降低了堆石壩的變形，加上鋼筋混凝土面板結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)上改進(jìn).目前，面板堆石壩已成為大壩中一種重要壩型。2023/10/233面板堆石壩與其他壩型相比有如下主要特點(diǎn)1、就地取材，在經(jīng)濟(jì)上有較大的優(yōu)越性，除了在壩址附近開采石料以外，還可以利用樞紐其他建筑物開挖的廢棄石料；2、施工渡汛問題比土壩較為容易解決，可部分利用壩面溢流渡汛，但應(yīng)做好表面保護(hù)措施；3、對地形地質(zhì)和自然條件適應(yīng)性較混凝土壩強(qiáng)，可建在地質(zhì)條件略差的壩址上，且施工不受雨天影響，對溫度變化的敏感度也比混凝土壩低得多；2023/10/234面板堆石壩與其他壩型相比有如下主要特點(diǎn)4、方便機(jī)械化施工，有利于加快施工工期和減少沉降，隨著重型振動(dòng)碾等大型施工機(jī)械的應(yīng)用，克服了過去堆石壩拋填法沉降量很大的缺點(diǎn)；

5、壩身不能泄洪，施工導(dǎo)流問題較混凝土壩難予解決，一般需另設(shè)泄洪和導(dǎo)流設(shè)施。2023/10/235二、鋼筋混凝土面板堆石壩的剖面尺寸1．壩頂要求面板堆石壩一般為梯形剖面，其壩頂寬度和壩頂高程的確定與土壩類似，其中壩頂寬度除了應(yīng)參考土壩的要求外，還應(yīng)兼顧面板堆石壩的施工要求(澆筑面板時(shí)有工作面和進(jìn)行滑模設(shè)備的操作)，一般不宜小于5m。2023/10/236在壩頂上游側(cè)設(shè)置鋼筋混凝土防浪墻。防浪迎水面高4～6m，背水面高于壩頂1.0～1.2m，底部與面板間應(yīng)做好止水連接，如圖5-41所示。對于低壩也可采用與面板整體連接的低防浪墻結(jié)構(gòu)。2023/10/237圖5-41面板堆石壩壩頂構(gòu)造2023/10/2382．壩坡面板堆石壩的壩坡與石料性質(zhì)、壩高及地基條件有關(guān)，設(shè)計(jì)時(shí)可參考類似工程。對于采用抗剪強(qiáng)度高的堆石料，上、下游壩坡在靜力條件下均可采用堆石料的天然休止角對應(yīng)的坡度；因此一般采用1:1.3～1:1.4。對于地質(zhì)條件較差或堆石體填料抗剪強(qiáng)度較低以及地震區(qū)的面板堆石壩，其壩坡應(yīng)適當(dāng)放緩。2023/10/239三、鋼筋混凝土面板堆石壩的構(gòu)造1．堆石體堆石體是主體部分，其可劃分為：墊層區(qū)（2A區(qū)）、過渡區(qū)（3A區(qū)）、主堆石區(qū)（3B區(qū)）和次堆石區(qū)(3C區(qū))。圖5-42堆石壩分區(qū)示意圖2023/10/2310（1）墊層區(qū)墊層區(qū)應(yīng)選用質(zhì)地新鮮、堅(jiān)硬且耐久性較好的石料，可采用經(jīng)篩選加工的砂礫石、人工石料或者由兩者混合摻配。高壩墊層料應(yīng)具有連續(xù)級(jí)配，一般最大粒徑為80～100mm，粒徑小于5mm的顆粒含量為30％～50％，小于0.075mm的顆粒含量應(yīng)少于8％。墊層料經(jīng)壓實(shí)后應(yīng)具有內(nèi)部滲透穩(wěn)定性、低壓縮性、抗剪強(qiáng)度高，并應(yīng)具有良好的施工質(zhì)量。墊層施工時(shí)每層鋪筑厚度一般為0.4～0.5m，用10t振動(dòng)碾碾壓4遍以上。對墊層上游坡面，由于重型振動(dòng)碾難于碾壓，因此對上游坡面還應(yīng)進(jìn)行斜坡碾壓。2023/10/2311墊層區(qū)墊層上下游之間水平寬度應(yīng)根據(jù)壩高、地形確定，墊層頂部水平寬度一般可采用3～4m，向下逐漸加寬。壩高100m以下的面板堆石壩，為了簡化施工也可考慮采用上下等寬的墊層。對于周邊縫附近的特殊墊層區(qū)，可以采用最大粒徑小于40mm且內(nèi)部穩(wěn)定的細(xì)反濾料，經(jīng)薄層碾壓密實(shí)，以盡量減少周邊縫的位移。2023/10/2312（2）過渡區(qū)過渡區(qū)介于墊層與主堆石區(qū)之間，起過渡作用，石料的粒徑級(jí)配和密實(shí)度應(yīng)介于墊層與主堆石區(qū)兩者之間。由于墊層很薄，過渡區(qū)實(shí)際上是與墊層共同承擔(dān)面板傳力。此外，當(dāng)面板開裂和止水失效而漏水時(shí)，過渡區(qū)應(yīng)具有防止墊層內(nèi)細(xì)顆粒流失的反濾作用，并保持自身的抗?jié)B穩(wěn)定性。過渡區(qū)石料粒徑要求可比墊層材料適當(dāng)放寬，最大粒徑一般為300～400mm。該區(qū)水平寬度可取3～5m，分層碾壓厚度一般為0.40～0.5m。2023/10/2313（3）主堆石區(qū)主堆石區(qū)為面板壩堆石的主體，是承受水壓力的主要部分，它將面板承受的水壓力傳遞到地基和下游次堆石區(qū)，該區(qū)既應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和較小的沉降量，同時(shí)也應(yīng)具有一定的透水性和耐久性。該區(qū)石料應(yīng)級(jí)配良好，以便碾壓密實(shí)。主堆石區(qū)填筑層厚一般為0.8～1.0m，最大粒徑應(yīng)不超過600mm，用10t振動(dòng)碾碾壓4遍以上。2023/10/2314（4）次堆石區(qū)下游次堆石區(qū)承受水壓力較小，其沉降和變形對面板變形影響也一般不大，因而對填筑要求可酌情放寬。石料最大粒徑可達(dá)1500mm，填筑層厚1.5～2.0m，用10t振動(dòng)碾碾壓4遍。下游次堆石區(qū)在壩體底部下游水位以下部分，應(yīng)采用能自由濾水、抗風(fēng)化能力較強(qiáng)的石料填筑；下游水位以上部分，宜使用與主堆石區(qū)相同的材料，但可以采用較低的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，或采用質(zhì)量較差的石料，如各種軟巖料、風(fēng)化石料等。另外，混凝土面板上游鋪蓋區(qū)（1A區(qū)）可采用粉土、粉細(xì)砂、粉媒灰或其他材料填筑；上游蓋重區(qū)（1B區(qū)）可采用渣料填筑；2023/10/23152．防滲面板的構(gòu)造（1）鋼筋混凝土面板鋼筋混凝土面板防滲體主要是由防滲面板和趾板組成，如圖5-43（a）所示。面板是防滲的主體面板底部厚度宜采用最大工作水頭的1%，考慮施工要求，頂部最小厚度不宜小于30cm。為使面板適應(yīng)壩體變形、施工要求和溫度變化的影響，面板應(yīng)設(shè)置伸縮縫和施工縫。垂直伸縮縫的間距，應(yīng)根據(jù)面板受力條件和施工要求確定。位于面板中部一帶，垂直伸縮間距可以取大些，一般以10～18m為宜，靠近岸坡的垂直縫間距則應(yīng)酌情減小。2023/10/2316圖5－43面板與趾板及分縫布置2023/10/2317面板配筋為控制溫度裂縫和干縮裂縫:面板需要布置雙向鋼筋，每向配筋率為0.3%～0.5%。由于面板內(nèi)力分布復(fù)雜，計(jì)算有一定的難度，故一般將鋼筋布在面板中間部位。周邊縫、垂直縫和水平縫附近配筋應(yīng)適當(dāng)加密，以控制局部拉應(yīng)力和邊角免遭擠壓破壞。2023/10/2318（2）趾板（底座）趾板是面板的底座，其作用是保證面板與河床及岸坡之間的不透水連接，同時(shí)也作為壩基帷幕灌漿的蓋板和滑模施工的起始工作面。趾板的截面形式和布置如圖5-43（a）所示，2023/10/2319沿水流方向的寬度b一般可按b=H/J確定，J為壩基的允許滲透比降?？扇∷^的1/10～1/20，最小3.0m，低壩最小可取2.0m。對局部不良岸坡，應(yīng)加大趾板寬度，增大固結(jié)灌漿范圍。趾板厚度一般為0.5～1.0m，最小厚度0.3～0.4m。配筋布置可與面板相同，分縫位置應(yīng)與面板分縫（垂直縫）對應(yīng)。如果地基為巖基，可設(shè)錨筋與巖基固定。2023/10/2320（3）面板與巖坡的連接面板與岸坡的連接是整個(gè)面板防滲的薄弱環(huán)節(jié)，面板常因隨壩體產(chǎn)生的位移而產(chǎn)生變形，使其與岸坡結(jié)合不緊密，甚至出現(xiàn)被拉離岸坡或產(chǎn)生錯(cuò)動(dòng)的現(xiàn)象，形成集中滲流。設(shè)計(jì)中應(yīng)特別慎重。面板與岸坡的連接是通過趾板與岸坡連接的，面板與趾板又通過分縫和止水措施防滲。2023/10/2321為此，了解面板與岸坡的連接，就必須了解趾板與岸坡的連接。趾板作為面板與岸坡的不透水連接和灌漿壓帽，應(yīng)置于堅(jiān)硬、不沖蝕和可灌漿的弱風(fēng)化至新鮮基巖上，岸坡的開挖坡度不宜陡于1:0.5～1:0.7；趾板基礎(chǔ)開挖應(yīng)做到整體平順，不帶臺(tái)階，避免陡坎和反坡，當(dāng)有妨礙墊層碾壓的臺(tái)階、反坡或陡坎時(shí)，應(yīng)作削坡或回填混凝土處理。為保證趾板與岸坡緊密結(jié)合和加大灌漿壓重，趾板與岸坡之間應(yīng)插錨筋固定。錨筋直徑一般為25～35mm，間距1.0～1.5m，長3～5m。2023/10/2322趾板范圍內(nèi)的岸坡應(yīng)滿足自身穩(wěn)定和防滲要求，為此，應(yīng)認(rèn)真做好該處岸坡的固結(jié)灌漿和帷幕灌漿設(shè)計(jì)。固結(jié)灌漿可布置兩排，深3～5m。帷幕灌漿宜布置在兩排固結(jié)灌漿之間，一般為一排，深度按相應(yīng)水頭的（1/3～1/2）確定。灌漿孔的間距視岸坡地質(zhì)條件而定，一般取2～4m，重要工程應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場灌漿試驗(yàn)確定。2023/10/2323水布埡水布埡水庫（湖北清江）2023/10/23242023/10/23252023/10/23262023/10/23272023/10/23282023/10/23292023/10/23302023/10/2331水布埡水庫2023/10/23322023/10/23332023/10/23342023/10/23352023/10/23362023/10/2337第十二節(jié)土石壩的壩型選擇地形，地質(zhì)條件，筑壩材料，壩高，氣候，施工和運(yùn)行條件。首選面板堆石壩2023/10/2338第五章思考題：

1、簡述土石壩的工作特點(diǎn)。

2、簡述土石壩壩頂高程確定與混凝重力壩的區(qū)別。

3、影響土石壩壩坡的因素有哪些？為什么均質(zhì)土壩很少用于高土石壩？

4、簡述土石壩壩體防滲體的型式及適用范