第四章土石坝工程课件

土石坝
第四章 土石坝
土石坝
第一节 概述
一、 土石坝及其优缺点 土石坝是土坝与堆石坝的总称。
土坝：土和砂砾石为主； 堆石坝：石渣、卵石、爆破石料为主。 土石混合坝：上述材料按一定的比例选择。 利用坝址附近的土石料填筑而成的挡水建筑物。又称 “当地材料坝”。
坝型 土石坝 重力坝 拱坝 支墩坝 总计
各坝型数量的比价
天生桥一级
小浪底
土石坝
枢纽名称 糯扎渡 瀑布沟 苗家坝 三板溪 洪家渡
建成或在建的大型土石坝
省份 云南 四川 甘肃 贵州 贵州
河流 澜沧江 大渡河 白龙江 清水江 六冲河
坝型 最大坝高（m）
心墙堆石坝
258
心墙堆石坝 186（2009）
面板堆石坝
111
面板堆石坝 185.5 （2006）
面板堆石坝 179.5 （2004）
②为最大风雍高度，可按下式计算： e 0.036 v f 2 D cos
2gH
vf——风速；D——库面吹程；H——库前水深； α——风向与坝轴线法向方向夹角。
土石坝
土石坝
③安全超高A按坝的级别和运用情况根据下表确定（单位：m）
坝的级别
1
2
3 4、5
正常（设计、正常蓄 水位）
1.5
1.0
0.7
坝顶高程
静水位
风雍水面
1：m
R——波浪爬高；e——风雍高度；A——安全加高
土石坝
坝顶高程计算时应注意： ①《碾压式土石坝设计规范》中规定波浪爬高R按不规则波
进行计算： 计算出平均爬高Rm后，再根据爬高统计分布与平均 爬高之间的关系进行换算： 设计爬高按工程等级确定——对I、II、III级土石 坝，取累积频率为1%的爬高值，对IV、V级土石坝， 取累积频率为5%的爬高值。

3、土石坝与砼建筑物的连接
多用翼墙连接
10
一、土石坝对地基的要求
➢控制渗流 ➢控制稳定 ➢控制变形
6
常见的土石坝的地基有： 岩基，土基 砂砾石地基 细砂、软粘土和湿陷性黄土地基
1.砂砾石地基的处理
粘性土截水槽 混凝土防渗墙 帷幕灌浆 防渗铺盖 排水减压措施
7
2．细砂地基处理
均匀饱和的细砂地基受振动时（遇地震时）极易液 化，必须进行处理。 1)全部挖除:当易液化地基厚度小且范围不广时。 2)振动压密:当挖除困难或很不经济时，可进行振 动压密或重锤夯实，其有效深度在1～2m之间， 如采用重型振动碾，则可达2～3m，压实后土层 可达中密或紧密状态。 3)振冲强夯:当易液化细砂地基厚度较深时，宜采 用振冲(碎石桩)、强夯等方法加密。
第五节 筑坝土料选择与填土标准确定
就地取材是土石坝的主要特点，坝址附近土石 料的种类。料场的分布，储量，开采及运输等 等条件是土石坝设计的重要依据。
筑坝土石料的主要种类：防渗体的防渗料，坝 壳料，反滤料或者过渡料。
对筑坝土料最一般的要求：
1、满足工程要求，如：防渗体要有足够的防渗性能， 坝壳料要有足够的强度，反滤料要有良好的排水性能。 2、满足工程安全和正常运用的要求，抗风化，不漏水 且坝坡稳定 3、满足施工要求，施工过程中易压实。：粘土，壤土等细粒土，红土， 膨胀土，黄土等
2、砾石土防渗料：砾石土或含砾粘土性，是一种 粗粒砾土（粒径大于5mm）大于20%以上的含砾 土，粘土质砾，人工掺配的砾石土。，也含有一 定数量的细粒土（粒径小于0.1mm）的混合料。
3、填筑标准
粘土土料用压实干容重作为设计指标。
4
2、填筑标准 砂砾的压实与级配和压实功有关； 填筑标准应以相对密度为设计控制指标。

第四章 土石坝的施工
本章重点：土石坝施工的挖运机械及 施工方案
本章难点：土料压实的机理――最优 含水量
增加内容：面板材料坝的施工 结合讲课安排2～3次录象教学
2019/5/11
§4－1 土石坝施工概述
一、土石坝的施工特点
1、土石坝建设方兴未艾的原因
①地质条件好的坝址已开发殆尽， 余下的只好建土石坝
4、非粘性土及石料
非粘性土的压实试验因与含水量无关，所以只作出n－D －h关系曲线，再确定……最佳值。 石料的压实试验（从略）
四、压实机械
2019/5/11
1、羊脚辗 P109图4－10
n羊—足插正接入压触足力应数＋力，挤：压n1A+力n—2＋—单揉插位压入是力排面两积适边，用排ma于数x 粘A性[n土Q (12掘(n重1 ) n2)]
从环境上来看，土石坝基本上不破坏生态。
3、从施工的角度来看土石坝的缺点（与砼坝相比）
①防渗问题 ②过水问题
2019/5/11
二、土石坝的施工方法
1、水中填土法：常用于修筑土石围堰 2、水力冲填法 3、定向爆破法 4、干填辗压法：施工内容和施工程序如下：
①准备工作：A――地基和岸坡的处理 主要清理：杂草杂树及乱石
对应于设计的γd值可求得n＝a、b、c及
对应的ω%值，并对h1／a、 h2／b、 h3／c
2019/5/11
进行比较，取其最大值――为最经济合理的 单位压实遍数的压实厚度。（试验目的） 上述试验中，h和n的取值应根据经验确定，且它们与压 实机械的功能有关，具体 可参考P114表4－5 由此可见：γd＝ƒ(n，ω%，h，机械种类……)
②土石坝设计和施工技术进步很快 特别是结合面板技术
③省工省料，施工简单（无模板、无温控） ④机械化施工，工期短 ⑤有环境保护方面的优势

-10-
结构特点：
散粒体结构，稳定靠土体的抗剪强度来控制； 只会出现局部滑动而失稳，不会出现整体滑动失稳 或倾覆失稳问题；
坡度大，断面大，体积大。
§3 土石坝（Earth-rockfill dam）
土石坝广泛应用的原因：
-11-
优点：
就地取材，节省三材，减少运量，造价低 适应地基变形能力强 施工方法灵活，技术简单，便于组织机械化快速施工。 结构简单，维护方便
①增大渗径，降低渗透破坏或截阻渗流。 ②设排水沟或减压井，降低下游渗流出口处的渗透压力。 ③在可能发生管涌地段，需设反滤层，拦截细粒。 ④可能发生流土地段，加设盖重。
§3 土石坝（Earth-rockfill dam）
-23-
（3）沉降问题
土粒间存在孔隙，土体颗粒之间易产生相对位移， 在坝体自重和水压力作用下，土石坝会有明显的沉 降变形。 危害： ◎ 引起挡水高度不足； ◎ 不均匀沉降使坝体开裂，威胁坝安全。 设计要求： ◎ 确定坝顶高程时考虑所有可能的沉降； ◎ 可能产生不均匀沉降的结构部位提出措施。
设计要求：对上下游坝坡和坝顶采取有效防护措 施，设计出良好的护坡及坝顶结构；控制粉砂密 实度，防止液化。
§3 土石坝（Earth-rockfill dam）
-26-
砂土液化是指饱水的粉细砂或轻亚粘土在地震力的作用下瞬时失掉强度， 由固态变成液体状态的力学过程。砂土液化主要是在静力或动力作用下， 砂上中孔隙水压力上 升，抗剪强度或剪切刚度降低并趋于消失所引起的。 有效应力降到0，颗粒悬浮在水中，砂土体即发生液化。
§3 土石坝（Earth-rockfill dam）
-32-
水力冲填筑坝 用机械抽水把水送到山坡土场上，然后用水冲土和人工、机 械挖土，使土、水拌和成很稠的泥浆，顺坡度很陡的造泥沟 快速流下，流进坝面冲填池内，经过泥浆脱水固结，成为密 实的坝体。