水工建筑物孙明权土石坝的构造73坝体排水和反滤层共23页文档

对于不同围压的应力应变曲线，在应力过峰值后，
呈现一组线型相似的曲线组，故在峰值后的应力应变
曲线组上，随应变值的增加连续取同一应变下不同围
压的主应力差(
1)，做3 强度包线，得到不同应变
下的试样抗剪强度参数 、 ，水c 泥用量为60kg/m3时
饱和固结排水试验的 为0.25Mpac， 为49.3°。同理
3）胶凝砂砾石坝施工方法研究
目前国内外的胶凝砂砾石坝施工多采用两种类型，一种是采用 碾压混凝土坝的拌和及施工方法，另一种是利用施工机械进行非常 简易的拌和方式，前者施工质量较好，工程质量容易把握，但是当 坝体剖面较大时，经济效益不明显；后者虽然施工简单，但施工质 量难以保证，不能在永久工程建设当中采用。笔者认为应该通过实 际工程对胶凝砂砾石坝的施工方法、施工机械、施工程序、施工质 量控制标准进行深入探讨和研究，确定适合胶凝砂砾石坝施工方法 和施工机械，提出保证工程质量的施工程序和控制标准。由于施工 方法的改变对材料物理力学指标和坝体剖面型式都有直接的影响， 因此胶凝砂砾石坝的发展也是不断研究、不断改进、逐步发展的过 程，笔者真诚希望有更多的研究人员、业主单位、设计单位及施工 单位关注胶凝砂砾石坝的发展并参与胶凝砂砾石坝的研究，为胶凝 砂砾石坝这一既经济又安全的新坝型不断完善做出应有的贡献。
σ 1-σ 3(kPa)
7000 C60
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
0
2
4
6
8
C60应力～应变曲线
σ =800kPa 3
σ =600kPa
3
σ 3 =400kPa σ 3 =200kPa
10
12
ε (%)

(d)
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4．综合型排水
(a)
(b)
(c)
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四、土工合成材料在土石坝防渗和排水中 的应用 1、土工膜 2、土工织物 3、其他土工合成材料

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处理铁路路基
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垃圾填埋场
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围海工程
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（二）裂缝的防止和控制
1、改善坝体结构或平面布置； 2、重视坝基处理； 3、适当选用坝身土料； 4、采用合宜的施工措施；

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（三）裂缝处理
查明性状，分析原因 1、表面裂缝-----挖除回填 2、深部裂缝-----灌浆处理 3、严重裂缝-----砼防渗墙
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允许比降
最大作用水头H与允许比降的比值：T=H/[J]。 工程中：理论计算的防渗体断面可能太薄，其对 抗震抗裂不利。 为此，根据实际工程经验提出的允许比降： 心墙不宜大于4.0，斜墙不宜大于5.0 据此求出土质防渗体底部的厚度。 土质防渗体顶部最小厚度宜取3.0m。 心(斜)墙顶部、上游墙面应设保护层，其厚度不 得小于1.0m。 土质防渗体与坝壳的上、下游接触面，如不能满 足反滤要求，均须设置反滤层。
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1、贴坡排水
图5-30 贴坡排水 排水沟 30 1 - 浸润线；2 - 护坡；3 - 反滤层；4 - 排水；5 - 2013-5-27
2、棱体排水
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2、渗流→工作特点
防渗体 防渗体
B、透水性强
h1
坝体
坝基
排水 h2
坝体或坝基产生渗透变形，导致溃坝事故
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1976年6月5日上午10:30
Teton坝渗流破坏过程
11:30
11：00
Te
to
n
坝
渗
12：00
流
破
坏
过
程
起因：坝肩发生渗透破坏 27
二、土石坝的工作特点及设计要求
2、渗流→工作特点 坝体溃口
瀑布沟大坝
水布垭大坝
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一、概述
1、世界上应用最广泛的坝型
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一、概述
1、世界上应用最广泛的坝型
土石坝的优点： 地形地质条件适应性好
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一、概述
1、世界上应用最广泛的坝型
小浪底大坝位于70余m的覆盖层上。
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一、概述
1、世界上应用最广泛的坝型
土石坝的优点： 地形地质条件适应性好 可就地取材
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一、概述
护坡
坝面排水沟 33
二、土石坝的工作特点及设计要求
4、沉降→工作特点
D、压缩性大
坝体沉降 坝基沉降(土基) ➢ 过大的沉陷→坝顶高程不足 ➢ 不均匀的沉陷→坝体开裂，危及坝身安全
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二、土石坝的工作特点及设计要求
4、沉降→设计要求 施工时要留有足够的沉降值 合理选择坝体土料 施工时土料压实，质量均一
小浪底 (154m) 紫坪铺 (156m) 天生桥I级 (178m) 瀑布沟 (186m) 水布垭 (233m)
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一、概述
3、我国土石坝建设情况
清江水布垭（233m）
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一、概述

f28(MPa)
另外本研究还对胶凝砂砾石材料的龄期、 水灰比、 另外本研究还对胶凝砂砾石材料的龄期 、 水灰比 、 含砂率、粉煤灰添加等问题进行研究，得出如下结论： 含砂率、粉煤灰添加等问题进行研究，得出如下结论： 胶凝砂砾石材料强度随养护龄期的增长而增大， 1）胶凝砂砾石材料强度随养护龄期的增长而增大， 龄期为7 天抗压强度约为28 天的70 28天的 70% 龄期为90 90天抗压强 龄期为 7 天抗压强度约为 28 天的 70% ， 龄期为 90 天抗压强 度约为28天的130 28天的130% 度约为28天的130%。 水灰比对胶凝砂砾石材料强度影响很大， 2）水灰比对胶凝砂砾石材料强度影响很大，其取值 范围应在0 之间。 范围应在0.8～1.2之间。 3）天然砂砾石的含砂率是胶凝砂砾石材料抗压强度 的另一关键参数，根据本次试验结果，最优含砂率为0 的另一关键参数，根据本次试验结果，最优含砂率为0.2。 粉煤灰取代水泥，如果采用等量取代， 4）粉煤灰取代水泥，如果采用等量取代，则强度随 取代量增加强度而降低; 取代量增加强度而降低;当采用超量取代时存在最优取代 而且最优取代量随水泥用量的不同而不同。 量，而且最优取代量随水泥用量的不同而不同。
4 胶凝砂砾石坝剖面型式研究
课题组根据三轴试验得到的材料特性参数， 课题组根据三轴试验得到的材料特性参数，按土 石坝边坡稳定分析方法进行分析，得出各种胶凝材料 石坝边坡稳定分析方法进行分析， 含量对应的坝坡稳定坡角及坡比值， 含量对应的坝坡稳定坡角及坡比值，初步得出了胶凝 砂砾石材料用量C与坝坡稳定坡比值λ之间的关系。 砂砾石材料用量C与坝坡稳定坡比值λ之间的关系。
从实验的整体结果来看胶凝砂砾石材料的抗压强 度比较低， 度比较低 ， 这一结果在国际上一些同类工程中也得到 证实， 如希腊的Marathia坝和 坝和AnoMera坝 ， 胶凝材料 证实 ， 如希腊的 坝和 坝 为 70kg/m3( 粉 煤 灰 含 量 20%) ， 特 殊 情 况 下 为 水 泥 80kg/m3，此时就不再添加粉煤灰或其它的胶凝材料， 此时就不再添加粉煤灰或其它的胶凝材料， 7天、28天、90天龄期设计强度分别为 天龄期设计强度分别为3MPa、4MPa、 天 天 天龄期设计强度分别为 、 、 5MPa；目前世界上己建的最高的胶凝砂砾石坝土耳其 ； 的 Cindere坝 ， 坝高 坝 坝高107m， 胶凝材料为 ， 胶凝材料为50kg/m3 水泥和 20kg/m3的粉煤灰，180天龄期的强度也仅有 的粉煤灰， 天龄期的强度也仅有 天龄期的强度也仅有6MPa。 。

（二）土石坝的剖面
土石坝的基本剖面是一 个梯形，它的尺寸主要应满 足挡水、边坡稳定和防渗的 要求。
坝顶高程、坝顶宽度、坝的
上下游边坡、防渗体和排水
设备的轮廓尺寸等。
坝顶高程
坝顶高程
坝顶宽度
H
Lα
四、筑坝土料的性质
一般土料原则上均可作为碾压式土石坝的筑坝材 料，或经处理后用于坝的不同部位。但下列土料 不宜采用：沼泽土、斑脱土、地表土及含有未完 全分解有机质的土料。
一、碾压砼坝 采用少灰超干硬性砼经碾压密实凝结而
成，它在形式和分析计算方法上与一般常规 砼坝基本相同，只是在材料和施工工艺上做 了重大的改进。
胶凝材料：常态砼：水泥 RCC砼：水泥、粉煤灰。
二、砼面板堆石坝
• 面板堆石坝迅速发展的原因 • 1、面板设计于堆石体上游面，水压力在上游
坝面的铅直分力有助于坝的稳定，坝体工程量 是土石坝中最小的； • 2、振动碾压使得高密实度堆石体变形小； • 3、面板兼有护坡防浪作用，经济合理； • 4、面板在上游面，便于检查维修； • 5、坝体填筑没有粘性土填方，施工干扰小， 气候影响也小，基本可全年施工。 • 弱点：面板对基础沉陷敏感，不抗漂浮物冲击。
2）土石坝设计的 一般要求
（1）不允许水流漫顶，要求坝体有一定 的超高； （2）满足渗流要求； （3）坝体和坝基必须稳定； （4）应避免有害裂缝及必须能抵抗其他 自然现象的破坏作用； （5）安全使用前提下，力求经济美观。
二、土石坝的类型
按坝体高度可分为：高 坝、中坝、低坝。按施工方 法可分为：碾压式土石坝， 抛填式土石坝，水力冲填坝 和定向爆破堆石坝等。
粘性土：防渗性能好，宜做土坝的防渗材料， 但不能用粘性土来做均质坝。

第十一节 堆石坝
混凝土面板堆石坝是以堆石体为支承 结构， 采用混凝土面板作为坝的防渗体 ， 结构 ， 采用混凝土面板作为坝的防渗体， 并将其设置在堆石体上游面。 并将其设置在堆石体上游面。
一、趾板 二、混凝土面板
西北口混凝土面板堆石坝断面
三、堆石体 （1）垫层区 （3）主堆石区 （2）过渡区 （4）下游堆石区
二、坝顶及护坡
（一）坝顶 坝顶需设路面， 坝顶需设路面 ，当有交通要求时应按道路 要求设计，如无交通要求， 要求设计 ，如无交通要求， 则可用单层砌石或 砾石护面以保护坝体。 砾石护面以保护坝体。 坝顶设防浪墙可降低坝顶路面高程， 坝顶设防浪墙可降低坝顶路面高程， 防浪 墙高度约为1 左右， 墙高度约为1.2m左右，可用浆砌石或混凝土筑 为便于排除坝顶雨水， 成。为便于排除坝顶雨水， 坝顶路面常设直线 或折线型横坡，坡度宜采用2 或折线型横坡，坡度宜采用2%～3%。
（2）复合土工膜
土工膜是土工合成材料的一种，包括聚乙烯、 土工膜是土工合成材料的一种，包括聚乙烯、聚氯 乙烯、氯化聚乙烯等。土工膜具有很好的物理、 乙烯、氯化聚乙烯等。土工膜具有很好的物理、力 学和水力学特性，其渗透系数一般都小于10 10学和水力学特性，其渗透系数一般都小于10-8～ 10-12cm/s， 10-12cm/s，高密度聚乙烯薄板的渗透系数可以小 10-13cm/s，具有很好的防渗性。 于10-13cm/s，具有很好的防渗性。 如云南楚雄州塘房庙堆石坝， 坝高50 50m 如云南楚雄州塘房庙堆石坝 ， 坝高 50m ， 采用复合 土工膜作防渗材料，布置在坝体断面中间， 土工膜作防渗材料，布置在坝体断面中间，现已竣 工运行。 工运行。
四、 面板接缝及止水
a)受压垂直缝b)受拉垂直缝c)周边缝及止水 a)受压垂直缝b)受拉垂直缝c)周边缝及止水 受压垂直缝b)受拉垂直缝c)

土石坝的护坡与坝坡排水
穆阳溪芹山水电站
鲁级水利枢纽
西霞院反调节水库
（一）上游护坡
1.抛石（堆石）护坡 施工进度快、节省人力，但工程量比砌石护坡大。堆石护坡的厚度一般 认为至少要包括2~3层块石。
2.砌石护坡 有干砌石和浆砌石两种，通常厚度为20~60cm。有时根据需要用2~3层垫 层，承受较大的风浪，造价较高。
将粗砂、中砂、细砂掺上７％~12％的水泥（重量比），分层填筑于 坝面作为护坡，叫水泥土护坡。每层压实的厚度不超过15cm。护坡厚度 0.6~0.8m，相应水平宽度 ２~３m。
图４-35渣油混凝土护坡
图４-36水泥土护坡
图4-33 干砌石护坡（单位：m）
抛石护坡
干砌石护坡
浆砌石护坡
混凝土板护坡
草皮护坡
纵向排水沟
横向排水沟
谢谢各位！
3.混凝土和钢筋混凝土板护坡 预制板的尺寸一般采用：方形板为1.5m×2.5m 、2m×2m 或3m×3m,厚为0.15~0.20m。
4.渣油混凝土护坡 先铺一层3cm的渣油混凝土，再铺10cm的卵石做排水（不夯） ，第三层铺8~10cm的渣油混凝土，夯实后在第三层表面倾倒 温度为130~140℃的渣油砂浆。并立即将0.5m×1.0m×0.15m 的混凝土板平铺其上，板缝间用渣油砂浆灌满。
卵石护坡
现浇混凝土护坡由浆砌石防滑齿墙自下而上分层浇筑至坝顶，待下层混 凝土达到一定强度后方可继续上部施工。
同层混凝土块应跳仓浇筑，浇筑顺序如图中1，2，3，4，...所示。
适用于下游护坡的型式有堆石、卵石和碎石、草皮等。其护坡范围为由坝顶 护至排水棱体，无排水棱体时护至坝脚。 （三）坝坡排水 横向排水沟，每50-100m设一条。 纵向:马道内侧岸坡集水沟（排水沟或撇洪沟）。

谢谢！
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26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
▪
27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
▪
28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
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29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
土石坝概述和基本剖面
41、俯仰终宇宙，不乐复何如。 42、夏日长抱饥，寒夜无被眠。 43、不戚戚于贫贱，不汲汲于富贵。 44、欲言无予和，挥杯劝孤影。 45、盛年不重来，一日难再晨。及时 当勉励 ，岁月 不待人 。
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• （4）粘性土的施工填筑含水率应根据土料性质、填筑部位、 气候条件和施工机械等情况，控制在最优含水率－2％～＋3 ％偏差范围以内。
(三) 面板堆石坝各种筑坝材料的选择标准
（1）主堆石区宜采用硬岩堆石料或砂砾料填筑。枢纽建筑物开挖石料符合 主堆石区或下游堆石区质量要求者，也可分别用于主堆石区或下游堆石 区。
3）坝的反滤层必须符合下列要求： ① 使被保护的土不发生渗透变形； ② 渗透性大于被保护土，能通畅地排出渗透水流； ③ 不致被细粒土淤塞失效。
三、碾压土石坝坝体排水及构造设计
土石坝应设置坝体排水，降低浸润线和孔隙压力，改变 渗流方向，防止渗流出逸处产生渗透变形，保护坝坡土 不产生冻胀破坏。 坝体排水设备必须满足以下要求： ①能自由地向坝外排出全部渗水； ②应按反滤要求设计； ③便于观测和检修。 坝体排水一般有三种常用形式： （1）棱体排水，又称滤水坝趾。棱体排水设备适用于下 游有水的情况，其顶部高程应超出下游最高水位。 （2）贴坡式排水，又称表面排水 （3）坝内排水。坝内排水又分为竖式排水和水平排水。
3）反滤料、过渡层及排水体材料 反滤料、过渡层料及排水体材料应符合下列要求： ①质地致密，抗水性和抗风化性能满足工程运用条 件的要求； ②具有要求的级配； ③具有要求的透水性； ④反滤料和排水体料中粒径小于0.075mm的颗粒含 量应不超过5％。
(二) 土石坝各种筑坝材料的填筑标准
①坝的级别、高度、坝型和坝的不同部位； ②土石料的压实特性和采用的压实机具； ③坝料的填筑干密度和含水率与力学性质的关系，以及设计对
(三)坝体防渗体的选择
• 在土石坝中，土质防渗体是应用最为广泛的防渗结构 。所谓防渗体，是指这部分土体比坝壳其他部分更不 透水，它的作用是控制坝体内浸润线的位置，并保持 渗流稳定。土质防渗体断面尺寸应根据下列因素研究 确定：

塑性和柔性好； 防渗性能较好。渗透系数约10-7～10-10cm/s；
如陕西的石砭峪堆石坝、甘肃的党河水库大坝和北 京的半城子坝均采用沥青混凝土作为防渗体。
•土石坝的构造
沥青混凝土防渗体尺寸： 厚度通常取40～125cm。对于中低坝，其底部 厚度可采用坝高的1/40～1/60，顶部但不应小 于30cm。 如党河水库沥青混凝土心墙坝，坝高58m，心 墙底部厚度为1.5m，顶部为0.5m。 沥青混凝土斜墙坝： 沥青混凝土斜墙做成双层式，即在两层沥青混 凝土防渗层之间夹一层由贫沥青混凝土铺成的 排水层，如图5-29（ a），其作用是排除渗过 首层防渗层的渗水，但效果并不明显。 近年来许多工程都倾向于采用简单的单层式沥 青混凝土斜墙，如图5-29（b）所示。
0.3
0.3 A
1.1 详图
7
6
I-I
图5-27 （单位：m ） 1-坝顶；2-马道；3-纵向排水沟；4-横向排水沟；5-岸坡排水
沟；6-草皮护坡•土石；坝的7构-造浆砌石排水沟
•土石坝的构造
三、防渗体 按防渗体材料可分为： 土质防渗体：粘性土心墙和斜墙等； 非土质材料防渗体：沥青混凝土、钢筋混凝土心 墙、斜墙、面板和复合土工膜等。 1．土质防渗体
•土石坝的构造
•土石坝的构造
•土石坝的构造
2．下游坝坡
下游坝坡工作条件相对上游坝坡好些，一般宜 简化设置。下游护坡型式一般有草皮护坡、单 层干砌石护坡、卵石或碎石护坡和混凝土框格 填石护坡等。
草皮护坡：是均质坝常见的护坡形式，国内应 用较普遍，如果坝面排水布置合理，护坡效果 良好，而且可以美化环境。草皮护坡的草苗宜 采用爬地草或矮草，以减少日常维护工作。若 坝坡为无粘性土时，则可在草皮下铺一层20～ 30 cm厚的腐植土，以利于草的生长。