土石坝的剖面与构造
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土石坝的剖面是指坝坡、坝顶宽度和坝顶高程。
1、坝坡坝坡应综合考虑坝型、坝高、坝的级别、坝体及坝基材料的性质、荷载、施工和运用条件等因素,经技术经济比较后确定。
土质防渗体土石坝、沥青混凝土心墙和面板坝可参照已建成坝的经验或近似方法初步拟定坝坡,最终坝坡须经稳定计算确定。
表1、表2分别给出,均质坝和分区坝坝坡参考值。
一般情况下,上游坝坡应较下游坝坡缓;下部坝坡应比上部缓。
常用土石坝坝坡一般在1:2~1:4之间。
表1 均质坝坝坡参考值土石坝上下游边坡常在每个变坡处设一条宽为1.5~2.0m 的马道。
2、坝顶宽度坝顶宽度应综合考虑构造、施工、运行、抗震等因素确定。
高坝的最小坝顶宽度可选用10~15m ,中低坝可选用5~10m ,坝的级别高时应选大值,反之选小值。
3.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。
Y 按式(1)计算(见图1)。
Y=R+e+A (1)βcos 220mgH DKv e = (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;H m ——坝前水域平均水深,m;K ——综合摩阻系数,其值变化在(1.5~5.0)610-⨯之间,计算时一般取K=3.6610-⨯;β——风向与水域中线(或坝轴线的法线)的夹角,度;v 0、D ——计算风速和风区长度;A ——安全加高,m;根据坝的等级和运用情况,按表4-1-3确定。
图1 坝顶超高计算图运用情况 坝 的 级 别1 2 3 4、5 正 常 非 常1.5 0.71.0 0.50.7 0.40.5 0.3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,其具体计算方法可参见有关教材及规范。
坝顶高程等于水库静水位与超高之和,应分别按: ①设计洪水位+正常运用情况的坝顶超高;②校核洪水位+非常运用情况的坝顶超高;③正常高水位+非常运用情况的坝顶超高+地震安全加高三种情况进行计算,然后取其中最大值为坝顶高程。
二级建造师水利水电考点:土石坝的构造及作用(一)土石坝:基本剖面是梯形,由坝顶构造、防渗体、上下游坝坡、坝体排水、地基处理等细部构造组成。
1.坝顶宽度:根据构造、施工、运行和抗震等因素确定。
高坝可选用10-15m,中、低坝可选用5-10m。
宽度必须充分考虑心墙或斜墙顶部及反滤层、保护层的构造需要。
2.护面。
材料可采用碎石、砌石、沥青、砼,IV级以下的坝下游也可以采用草皮护面。
为排雨水,坝顶应做成向一侧或两侧倾斜的横向坡度,坡度宜采用2%-3%。
对于有防浪墙的坝顶,则宜采用单向向下游倾斜的横坡。
3.防浪墙、坝顶上游侧常设砼或浆砌石防浪墙,高度一般为1.0-1.2m。
(二)防渗体土坝防渗体主要有心墙、斜墙、铺盖、截水墙等,作用:减少渗流量;降低浸润线,增加下游坝坡的稳定性;降低渗透坡降,防止渗透变形。
砼重力坝:防渗层厚度一般为1/20-1/10水头,但不小于2米。
(三)土石坝的护坡与坝坡排水1.护坡。
土石坝的护坡形式有:草皮(不能做上游护坡)、抛石、干砌石、浆砌石、砼或钢筋砼、沥青砼或水泥土等。
作用:防止波浪淘刷、顺坝水流冲刷、冰冻和其他形式的破坏。
2.坝坡排水。
除干砌石或堆石护面外,均必须设坝面排水。
坝较长时,则应沿坝轴线方向每隔50-100m左右设一横向排水沟,以便排除雨水。
(四)土石坝的排水设施1.排水设施。
形式有贴坡排水、棱体排水、褥垫排水、管式排水、综合式排水。
坝体排水的作用:降低坝体浸润线(后四种)、孔隙水压力,防止坝坡土冻胀破坏。
在排水设施与坝体、土基接合处,都应设置反滤层。
前两种最常用。
(1)贴坡排水。
紧贴下游坝坡表面,由1-2层堆石或砌石筑成,顶部应高于坝体浸润线的逸出点,保证坝体浸润线位于冰冻深度以下。
贴坡排水构造简单、节省材料、便于维修,但不能降低浸润线,且易因冰冻而失效,常用于中小型工程下游无水的均质坝或浸润线较低的中等高度坝。
(2)棱体排水。
在下游坝脚处用块石堆成棱体,顶部高程应超出下游最高水位,超出高度应大于波浪沿坡面的爬高,并使坝体浸润线距坝坡的距离大于冰冻深度。