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發(fā)布時(shí)間: 2020-12-15來源:水利水電資料庫(kù)作者:訪問次數(shù): 2763

水工建筑物——土石壩

水工建筑物——土石壩的特點(diǎn)和分類

土石壩是指由當(dāng)?shù)赝亮稀⑹匣蚧旌狭?,?jīng)過拋填、碾壓等方法堆筑成的擋水壩。當(dāng)壩體材料以土和砂礫石為主時(shí),稱土壩;以石渣、卵石、爆破石料為主時(shí),稱堆石壩;當(dāng)兩類材料均占相當(dāng)比例時(shí),稱土石混合壩。由于筑壩材料主要來自壩區(qū),因而也稱當(dāng)?shù)夭牧蠅巍?/span>土石壩歷史悠久,是世界壩工建設(shè)中應(yīng)用最為廣泛和發(fā)展最快的一種壩型。土石壩得以廣泛應(yīng)用和發(fā)展的主要原因包括以下幾個(gè)方面:

  1. 可以就地取材,節(jié)約大量水泥、木材和鋼材,減少工地的外線運(yùn)輸量。由于土石壩設(shè)計(jì)和施工技術(shù)的發(fā)展,放寬了對(duì)筑壩材料的要求,幾乎任何土石料均可筑壩

  2. 能適應(yīng)各種不同的地形、地質(zhì)和氣候條件。任何不良的壩址地基,經(jīng)處理后均可筑壩。特別是在氣候惡劣、工程地質(zhì)條件復(fù)雜和高烈度地震區(qū)的情況下,土石壩實(shí)際上是唯一可取的壩型

  3. 大功率、多功能、高效率施工機(jī)械的發(fā)展提高了土石壩的施工質(zhì)量,加快了進(jìn)度,降低了造價(jià),促進(jìn)了高土石壩建設(shè)的發(fā)展

  4. 巖土力學(xué)理論、試驗(yàn)手段和計(jì)算技術(shù)的發(fā)展提高了大壩分析計(jì)算的水平,加快了設(shè)計(jì)進(jìn)度,進(jìn)一步保障了大壩設(shè)計(jì)的安全可靠性

  5. 高邊坡、地下工程結(jié)構(gòu)、高速水流消能防沖等土石壩配套工程設(shè)計(jì)和施工技術(shù)的綜合發(fā)展,對(duì)加速土石壩的建設(shè)和推廣也起了重要的促進(jìn)作用。

 

世界上已建的高土石壩如蘇聯(lián)的努克列水庫(kù)大壩,壩高達(dá)317m。塔吉克斯坦的羅貢水庫(kù)大壩,壩高達(dá)335m。據(jù)統(tǒng)計(jì),世界上在20世紀(jì)80年代末期興建的百米以上的高壩中,土石壩的比例已達(dá)到75%以上。由于多方面的原因,我國(guó)高土石壩的發(fā)展比較緩慢,我國(guó)壩高超過100m的土石壩有石頭河水庫(kù)大壩,壩高105m;碧口水庫(kù)大壩,壩高101m;魯布革水庫(kù)大壩,壩高101m;小浪底水庫(kù)大壩,壩高154m等。隨著我國(guó)能源和水利建設(shè)事業(yè)的發(fā)展,大型水利水電工程將日益增多,而水力資源豐富的黃河上游、長(zhǎng)江中上游干支流、紅水河等建壩地點(diǎn),大都處于交通不便、地質(zhì)條件復(fù)雜的地區(qū),自然條件相對(duì)惡劣,施工困難,修建土石壩具有更強(qiáng)的適用性。因此,我國(guó)十分重視因地制宜,積極推廣和發(fā)展高土石壩的建設(shè)。

一、土石壩的特點(diǎn)和設(shè)計(jì)要求

土石壩是由散粒體土石料經(jīng)過填筑而成的擋水建筑物,因此,土石壩與其他壩型相比,在穩(wěn)定、滲流、沖刷、沉陷等方面具有不同的特點(diǎn)和設(shè)計(jì)要求。1)穩(wěn)定方面土石壩的基本剖面形狀為梯形或復(fù)式梯形。由于填筑壩體的土石料為松散體,抗剪強(qiáng)度低,上、下游壩坡平緩,壩體體積和重量都較大,所以不會(huì)產(chǎn)生水平整體滑動(dòng)。土石壩失穩(wěn)的型式主要是壩坡的滑動(dòng)或壩坡連同部分壩基一起滑動(dòng)。壩坡滑動(dòng)會(huì)影響土壩的正常工作,嚴(yán)重的將導(dǎo)致工程失事。為了保證土石壩在各種工作條件下能保持穩(wěn)定,應(yīng)合理設(shè)計(jì)壩坡和防滲排水設(shè)施,施工中還要認(rèn)真做好地基處理,并嚴(yán)格控制施工質(zhì)量。

 

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浸潤(rùn)線

 

2)滲流方面土石壩擋水后,在壩體內(nèi)形成由上游向下游的滲流。滲流不僅使水庫(kù)損失水量,還易引起管涌、流土等滲透變形。壩體內(nèi)滲流的水面線叫做浸潤(rùn)線(圖41)。浸潤(rùn)線以下的土料承受著滲透動(dòng)水壓力,并使土的內(nèi)摩擦角和黏聚力減小,對(duì)壩坡穩(wěn)定不利。壩體與壩基、兩岸以及其他非土質(zhì)建筑物的結(jié)合面,易產(chǎn)生集中滲流,因此設(shè)計(jì)土石壩時(shí)必須采取防滲措施以減少滲漏,保證壩體的滲透穩(wěn)定性,并做好各種結(jié)合面的處理,避免產(chǎn)生集中滲流,以保證工程安全。

 

3沖刷方面土石壩為散粒體結(jié)構(gòu),抗沖能力很低。壩體上、下游水的波浪將在水位變化范圍內(nèi)沖刷壩坡;大風(fēng)引起的波浪可能沿壩坡爬升很高甚至翻過壩頂,造成嚴(yán)重事故;降落在壩面的雨水沿壩坡下流,也將沖刷壩坡;靠近土石壩的泄水建筑物在泄水時(shí)激起水面波動(dòng),對(duì)土石壩壩坡也有淘刷作用;季節(jié)氣溫變化也可能使壩坡受到凍結(jié)膨脹和干裂的影響。為避免上述不良影響,應(yīng)采取以下工程措施:

1.  在土石壩上、下游壩坡設(shè)置護(hù)坡,壩頂及下游壩面布置排水措施,以免風(fēng)浪、雨水及氣溫變化帶來有害影響

2.  壩頂在最高庫(kù)水位以上要留一定的超高,以防止洪水漫過壩頂造成事故

3.  布置泄水建筑物時(shí),注意進(jìn)出口離壩坡要有一定距離,以免泄水時(shí)對(duì)壩坡產(chǎn)生淘刷。


4)沉陷方面由于土石料存在較大的孔隙,且易產(chǎn)生相對(duì)的移動(dòng),在自重及水壓力作用下,會(huì)有較大的沉陷。沉陷使壩的高度不足,不均勻沉陷還將導(dǎo)致土石壩裂縫,橫縫對(duì)壩的防滲極為不利。為防止壩頂?shù)陀谠O(shè)計(jì)高程和產(chǎn)生裂縫,施工時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制碾壓標(biāo)準(zhǔn)并預(yù)留沉陷量,使竣工時(shí)壩頂高程高于設(shè)計(jì)高程。對(duì)于重要工程,沉陷值應(yīng)通過沉陷計(jì)算確定。對(duì)于一般的中、小型土石壩,如壩基沒有壓縮性很大的土層,可按壩高的1%2%預(yù)留沉陷值。根據(jù)土石壩的特點(diǎn),認(rèn)真分析研究基本資料,在樞紐布置時(shí),應(yīng)特別重視并盡量避免或減少土石壩與剛性建筑物的連接。對(duì)有條件的壩址,盡量選用開敞式溢洪道,以提高泄洪的超泄能力,使土石壩滿足穩(wěn)定、滲流、變形、沖刷以及不漫頂?shù)囊蟆?/span>

 

二、土石壩的分類

土石壩常按壩高、施工方法或筑壩材料及防滲體位置進(jìn)行分類。按壩高分類

土石壩按壩高可分為低壩、中壩和高壩。我國(guó)SL 274—2001《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定:高度在30m以下的為低壩,高度在3070m之間的為中壩,高度超過70m的為高壩。土石壩的壩高均從清基后的地面算起。按施工方法分類1)碾壓式土石壩它是用適當(dāng)?shù)耐亮戏謱佣阎?,并逐層加以壓?shí)(碾壓)而成的壩。這種方法在土壩中用得較多。近年來用振動(dòng)碾壓修建堆石壩得到了迅速的發(fā)展,本章主要闡述這種類型的土石壩。2)水力沖填壩它是以水力為動(dòng)力完成土料的開采、運(yùn)輸和填筑全部工序而建成的壩。其施工方法是用機(jī)械抽水到高出壩頂?shù)耐翀?chǎng),以水沖擊土料形成泥漿,然后通過泥漿泵將泥漿送到壩址,再經(jīng)過沉淀和排水固結(jié)而筑成壩體。這種方法因填筑質(zhì)量難以完全保證,目前在國(guó)內(nèi)外很少采用。水力沖填壩的造泥及沖填布置見圖。

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水力沖填壩施工示意圖

 

3)定向爆破堆石壩它是按預(yù)定要求埋設(shè)炸藥,使爆出的大部分巖石拋向預(yù)期地點(diǎn)而形成的壩。這種壩增筑防滲部分比較困難。除蘇聯(lián)外,其他國(guó)家采用極少。我國(guó)已建有40多座,最高的為陜西石砭峪水庫(kù)大壩,壩高82.5m。

 

三)按壩體材料的組合和防滲體的相對(duì)位置分類土壩土壩是指壩體的絕大部分都由土料筑成的壩。根據(jù)土料的分布情況又可分為以下四種。1)均質(zhì)壩均質(zhì)壩的壩體基本上是由均一的壤土筑成,整個(gè)壩體用以防滲并保持自身的穩(wěn)定[圖43a)]。由于黏性土抗剪強(qiáng)度較低,故多用于低壩。2)黏土心墻壩和黏土斜墻壩用透水性較大的土料做壩的主體,用透水性極小的黏土做防滲體的壩。防滲體設(shè)在壩體中央的或稍向上游的稱為黏土心墻壩或黏土斜心墻壩[圖43b)、圖43c)];防滲體設(shè)在上游面的稱為黏土斜墻壩[圖43d)]。3)人工材料心墻和斜墻壩防滲體由瀝青混凝土、鋼筋混凝土或其他人工材料建成的壩。按其位置也可分為心墻或斜墻兩種。[圖43e)]為鋼筋混凝土(或稱剛性)心墻壩的示意圖。4)多種土質(zhì)壩壩的主體(不包括防滲體、排水體和護(hù)坡等)由幾種不同的土料建成的壩[圖43f)]
土石混合壩上述多種土質(zhì)壩中,粗粒土改用砂礫石料筑成的壩,或用土石混合在一起的材料筑成的壩,稱為土石混合壩。根據(jù)防滲體的位置和材料的不同,也可分為心墻壩、斜墻壩和人工材料防滲壩,如[圖43g)~(j)]所示。堆石壩除防滲體外,壩體的絕大部分或全部由石料堆筑起來的稱為堆石壩。按防滲體的布置,同樣也有斜墻壩、心墻壩兩種[圖43k)、圖43l)]。鋼筋混凝土剛性斜墻堆石壩也稱為鋼筋混凝土面板堆石壩。

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土石壩類型

 

有防滲體的土石壩,為避免因滲透系數(shù)和材料級(jí)配的突變而引起滲透變形,都要向上、下游方向分別設(shè)置23層逐層加粗的材料作為過渡層或反濾層。在以上這些壩型中,用得最多的是斜墻或斜心墻土石壩,特別是斜心墻的土石混合壩,在改善壩身應(yīng)力狀態(tài)和避免裂縫方面具有良好的效果,高土石壩中應(yīng)用得更多。

 

水工建筑物—土石壩的構(gòu)造

 

土石壩的構(gòu)造主要包括壩頂防滲體、護(hù)坡和排水設(shè)施等部分。

一、壩頂

壩頂一般都做護(hù)面,護(hù)面的材料可采用碎石、單層砌石、瀝青或混凝土,Ⅳ級(jí)以下的壩也可以采用草皮護(hù)面。如有公路交通要求,還應(yīng)滿足公路路面的有關(guān)規(guī)定。壩頂上游側(cè)常設(shè)防浪墻,防浪墻應(yīng)堅(jiān)固而不透水,下游側(cè)宜設(shè)緣石。為了排除雨水,壩頂應(yīng)做成向一側(cè)或兩側(cè)傾斜的橫向坡度,坡度宜采用2%3%。對(duì)于有防浪墻的壩頂,則宜采用單向向下游傾斜的橫坡。在壩頂下游側(cè)設(shè)縱向排水溝,將匯集的雨水經(jīng)壩面排水溝排至下游。防浪墻可用混凝土或漿砌石修建。墻的基礎(chǔ)應(yīng)牢固地埋入壩內(nèi),當(dāng)土石壩有防滲體時(shí),防浪墻墻基要與防滲體可靠地連接起來,以防高水位時(shí)漏水。防浪墻的高度一般為1.01.2m。壩面布置與壩頂結(jié)構(gòu)應(yīng)力求經(jīng)濟(jì)實(shí)用,在建筑藝術(shù)處理方面要美觀大方。

二、防滲體

防滲體主要是心墻、斜墻、鋪蓋、截水墻等,它所要求的材料及布置上的一些特點(diǎn),前面已敘述過,它的結(jié)構(gòu)和尺寸應(yīng)能滿足防滲、構(gòu)造、施工和管理方面的要求。

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壩頂構(gòu)造(單位:m1—心墻;2—斜墻;3—回填土;4—碎石路面

 

(一)黏性土心墻

如圖425所示,這種心墻一般布置在壩體中部,有時(shí)稍偏上游并稍為傾斜,以便于和壩頂?shù)姆览藟ο噙B接,并可使心墻后的壩殼先期施工,得到充分的先期沉降,以避免或減少裂縫。

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毛家村黏土心墻土壩(單位:m1—黏土心墻;2—半透水料;3—砂卵石;4—施工時(shí)擋土黏土斜墻;5—蓋層;6—混凝土防滲墻;7—灌漿帷幕;8—玄武巖

 

心墻壩頂部厚度一般不小于3m,以便于機(jī)械化施工。由于心墻多為黏性土,材料的抗剪強(qiáng)度低,施工質(zhì)量受氣候的影響大,合適的黏土數(shù)量也難就近得到滿足,所以,一般不宜做肥厚的心墻。心墻厚度常根據(jù)土壤的允許滲透坡降而定,有時(shí)也應(yīng)考慮降低下游浸潤(rùn)線的需要。SL 274—2001《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定心墻底部厚度不宜小于作用水頭的1/4。黏土心墻兩側(cè)邊坡多在10.1510.3之間,有些肥大心墻在10.410.5之間。心墻的頂部應(yīng)高出設(shè)計(jì)洪水位0.30.6m,且不低于校核水位,當(dāng)有可靠的防浪墻時(shí),心墻頂部高程也不應(yīng)低于設(shè)計(jì)洪水位。心墻頂與壩頂之間應(yīng)設(shè)有保護(hù)層,厚度不小于該地區(qū)的冰結(jié)或干燥深度,同時(shí)按結(jié)構(gòu)要求不宜小于1m。心墻與壩殼之間應(yīng)設(shè)置過渡層,過渡層的結(jié)構(gòu)雖比反濾層的要求低一些,但也應(yīng)采用級(jí)配良好的、抗風(fēng)化的細(xì)粒石料和砂礫石料,以使整個(gè)壩體內(nèi)應(yīng)力傳遞均勻,并保證壩殼的排水效果良好。心墻與地基和兩岸必須有可靠的連接。巖石地基上的心墻(圖426)一般還要設(shè)混凝土墊座,或修建13道混凝土齒墻。齒墻的高度約為1.52.0m,切入巖基的深度常為0.20.5m,有時(shí)還要在下部進(jìn)行帷幕灌漿。

 

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黏土心墻與巖基的連接型式1—黏土截水墻;2—混凝土墊座;3—混凝土齒墻;4—灌漿孔

 

當(dāng)壩下有涵管穿過時(shí),除涵管必須加設(shè)截水環(huán)外,還要把涵管放在堅(jiān)固的地基上或墊座上,有時(shí)需將心墻適當(dāng)加厚,并認(rèn)真填筑密實(shí)以確保安全。

 

(二)黏土斜墻

黏土斜墻的構(gòu)造除外形外,其他均與心墻類似。頂厚(指與斜墻上游坡面垂直的厚度)也不宜小于3m。為保證抗?jié)B穩(wěn)定,底厚不宜小于作用水頭的1/5。墻頂應(yīng)高出設(shè)計(jì)洪水位0.60.8m,且不低于校核水位。同樣,如有可靠的防浪墻,斜墻頂部也不應(yīng)低于設(shè)計(jì)洪水位。為防止斜墻因彎曲、沉降而斷裂,其厚度應(yīng)比僅按滲透穩(wěn)定條件確定的數(shù)值為大。斜墻頂部和上游坡都必須設(shè)保護(hù)層,以防沖刷、冰凍和干裂。保護(hù)層常用砂、礫石、卵石或碎石等砌成,厚度不得小于冰凍和干燥深度,一般用23m。斜墻及保護(hù)層的坡度取決于土壩穩(wěn)定計(jì)算的結(jié)果,一般內(nèi)坡不宜陡于12.0,外坡常在12.5以上。斜墻與保護(hù)層以及下游壩體之間,應(yīng)根據(jù)需要分別設(shè)置過渡層。上游的過渡層可簡(jiǎn)單一些,保護(hù)層的材料合適時(shí),可只設(shè)一層,有時(shí)甚至不設(shè);與壩體連接的過渡層,與心墻后的過渡層極似,但為了使應(yīng)力均勻并適應(yīng)變形,要求還應(yīng)高一些,常需設(shè)置兩層,斜墻與鋪蓋或截水墻的連接都應(yīng)牢靠。下圖為湯河黏土斜墻土壩。

(三)非土料防滲體

非土料防滲體有鋼筋混凝土、瀝青混凝土、木板、鋼板、漿砌塊石和塑料薄膜等,較常用的是瀝青混凝土和鋼筋混凝土,由于這些非土料的防滲體多用在堆石壩中,所以將在堆石壩一節(jié)中介紹。

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湯河黏土斜墻土壩1—黏土斜墻;2—黏土鋪蓋;3—砂礫半透水層;4—砂礫石土基;5—混凝土蓋板齒墻


 

三、排水設(shè)施

土石壩雖有防滲體,但仍有一定水量滲入壩體內(nèi)。設(shè)置壩體排水設(shè)施,可以將滲入壩體內(nèi)的水有計(jì)劃地排出壩外,以達(dá)到降低壩體浸潤(rùn)線及孔隙水壓力,防止?jié)B透變形,增加壩坡的穩(wěn)定性,防止凍脹破壞的目的。排水設(shè)施應(yīng)具有充分的排水能力,不致被泥沙堵塞,以保證在任何情況下都能自由地排出全部滲水。在排水設(shè)施與壩體、土基接合處,都應(yīng)設(shè)置反濾層,以保證壩體和地基土不產(chǎn)生滲透變形,并應(yīng)便于觀測(cè)和檢修。常用的壩體排水有以下幾種型式。1)貼坡排水緊貼下游壩坡的表面設(shè)置,它由12層堆石或砌石筑成,在石塊與壩坡之間設(shè)置反濾層,如下圖所示。貼坡排水頂部應(yīng)高于壩體浸潤(rùn)線的逸出點(diǎn),對(duì)Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)壩不小于2.0m,Ⅲ級(jí)、Ⅳ級(jí)、Ⅴ級(jí)壩不小于1.5m,并保證壩體浸潤(rùn)線位于凍結(jié)深度以下。貼坡排水底部必須設(shè)排水溝,其深度要滿足結(jié)冰后仍有足夠的排水?dāng)嗝妗?/span>貼坡排水構(gòu)造簡(jiǎn)單、節(jié)省材料、便于維修,但不能降低浸潤(rùn)線。多用于浸潤(rùn)線很低和下游無水的情況,當(dāng)下游有水時(shí)還應(yīng)滿足波浪爬高的要求。
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貼坡排水1—浸潤(rùn)線;2—護(hù)坡;3—反濾層;4—排水;5—排水溝
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堆石棱體排水1—下游壩坡;2—浸潤(rùn)線;3—棱體排水;4—反濾層

 

2)棱體排水在下游壩腳處用塊石堆成棱體,頂部高程應(yīng)超出下游最高水位,超出高度應(yīng)大于波浪沿坡面的爬高,且對(duì)Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)壩不小于1.0m,對(duì)Ⅲ級(jí)、Ⅳ級(jí)、Ⅴ級(jí)壩不小于0.5m,并使壩體浸潤(rùn)線距壩坡的距離大于冰凍深度。堆石棱體內(nèi)坡一般為11.2511.5,外坡為11.512.0或更緩。頂寬應(yīng)根據(jù)施工條件及檢查觀測(cè)需要確定,但不得小于1.0m,如上圖所示。棱體排水可降低浸潤(rùn)線,防止壩坡凍脹和滲透變形,保護(hù)下游壩腳不受尾水淘刷,且有支撐壩體增加穩(wěn)定的作用,是效果較好的一種排水型式。多用于河床部分的下游壩腳處。但石料用量較大、費(fèi)用較高,與壩體施工有干擾,檢修也較困難。3)褥墊排水它是伸展到壩體內(nèi)的一種排水設(shè)施,在壩基面上平鋪一層厚約0.40.5m的塊石,并用反濾層包裹。褥墊伸入壩體內(nèi)的長(zhǎng)度應(yīng)根據(jù)滲流計(jì)算確定,對(duì)黏性土均質(zhì)壩不大于壩底寬的1/2,對(duì)砂性土均質(zhì)壩不大于壩底寬的1/3,其構(gòu)造如下圖所示。褥墊排水向下游方向設(shè)有0.0050.01的縱坡。排水層的厚度應(yīng)根據(jù)排水量計(jì)算確定,并應(yīng)滿足反濾層最小厚度的要求。當(dāng)下游水位低于排水設(shè)施時(shí),降低浸潤(rùn)線的效果顯著,還有助于壩基排水固結(jié)。但當(dāng)壩基產(chǎn)生不均勻沉陷時(shí),褥墊排水層易遭斷裂,而且檢修困難,施工時(shí)有干擾。


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褥墊式排水1—護(hù)坡;2—浸潤(rùn)線;3—排水;4—反濾層

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管式排水1—壩體;2—集水管;3—橫向排水管

 

4)管式排水管式排水的構(gòu)造如圖所示,埋入壩體的暗管可以是帶孔的陶瓦管、混凝土管或鋼筋混凝土管,還可以是由碎石堆筑而成。平行于壩軸線的集水管收集滲水,經(jīng)由垂直于壩軸線的橫向排水管排向下游。橫向排水管的間距為1520m。管式排水的優(yōu)缺點(diǎn)與褥墊式排水相似。排水效果不如褥墊式好,但用料少。一般用于土石壩岸坡及臺(tái)地地段,因?yàn)檫@里壩體下游經(jīng)常無水,排水效果好。5)綜合式排水為發(fā)揮各種排水型式的優(yōu)點(diǎn),在實(shí)際工程中常根據(jù)具體情況采用幾種排水型式組合在一起的綜合式排水,如若下游高水位持續(xù)時(shí)間不長(zhǎng),為節(jié)省石料可考慮在下游正常高水位以上采用貼坡排水,以下采用棱體排水;還可以采用褥墊式與棱體排水組合,貼坡棱體與褥墊式排水組合等綜合式排水。

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綜合式排水

a)貼坡與棱體排水結(jié)合;(b)褥墊與棱體排水結(jié)合

 

 

四、護(hù)坡與壩坡排水

土石壩的上游面,為防止波浪淘刷、冰層和漂浮物的損害、順壩水流的沖刷等對(duì)壩坡的危害,必須設(shè)置護(hù)坡。土石壩下游面,為防止雨水、大風(fēng)、水下部位的風(fēng)浪、冰層和水流作用、動(dòng)物穴居、凍脹干裂等對(duì)壩坡的破壞,也需設(shè)置護(hù)坡。在嚴(yán)寒和平原地區(qū),護(hù)坡工程量很大,維修費(fèi)用可達(dá)相當(dāng)大的數(shù)字,因此合理選擇護(hù)坡型式,使其能抵抗各種因素對(duì)護(hù)坡的破壞作用,施工維修方便、節(jié)省投資,具有重要意義。
1.上游護(hù)坡上游護(hù)坡的型式有拋石、干砌石、漿砌石、混凝土或鋼筋混凝土、瀝青混凝土或水泥土等。護(hù)坡覆蓋的范圍,應(yīng)由壩頂起護(hù)至水庫(kù)最低水位以下一定距離,一般最低水位以下2.5m。對(duì)最低水位不確定的壩應(yīng)護(hù)至壩底。1)拋石(堆石)護(hù)坡——將適當(dāng)級(jí)配的石塊傾倒在壩面墊層上的一種護(hù)坡。優(yōu)點(diǎn)是施工進(jìn)度快、節(jié)省人力,但工程量比砌石護(hù)坡大。堆石護(hù)坡的厚度一般認(rèn)為至少要包括23層塊石,這樣便于在波浪作用下自動(dòng)調(diào)整,不致因墊層暴露而遭到破壞。當(dāng)壩殼為黏性小的細(xì)粒土?xí)r,往往需要兩層墊層,靠近壩殼的一層墊層最小厚度為15cm。2)砌石護(hù)坡——用人工將塊石鋪砌在碎石或礫石墊層上,有干砌石和漿砌石兩種。要求石料比較堅(jiān)硬并耐風(fēng)化。

干砌石應(yīng)力求嵌緊,通常厚度為2060cm。有時(shí)根據(jù)需要用23層墊層,它也起反濾作用。砌石護(hù)坡構(gòu)造見圖433。

 


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干砌石護(hù)坡(單位:m1—干砌石;2—墊層;3—壩體

 

漿砌石塊石護(hù)坡能承受較大的風(fēng)浪,也有較好的抗冰層推力的性能。但水泥用量大,造價(jià)較高。若壩體為黏性土,則要有足夠厚度的非黏性土防凍墊層,同時(shí)要留有一定縫隙以便排水通暢。3)混凝土和鋼筋混凝土板護(hù)坡——當(dāng)筑壩地區(qū)缺乏石料時(shí)可考慮采用此種型式。預(yù)制板的尺寸一般采用:方形板為1.5m×2.5m2m×2m3m×3m,厚為0.150.20m。預(yù)制板底部設(shè)礫石或碎石墊層?,F(xiàn)場(chǎng)澆筑的尺寸可大一些,可采用5m×5m10m×10m甚至20m×20m。嚴(yán)寒地區(qū)冰推力對(duì)護(hù)坡危害很大,因此也有用混凝土板做護(hù)坡的,但其墊層厚度要超過凍深,見下圖

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混凝土板護(hù)坡(單位:cm)(a)矩形板;(b)六角形板1—矩形混凝土板;2—六角形混凝土板;3—碎石或礫石;4—木擋柱;5—結(jié)合縫

 

4)渣油混凝土護(hù)坡——在壩面上先鋪一層3cm的渣油混凝土(夯實(shí)后的厚度),上鋪10cm的卵石做排水(不夯),第三層鋪810cm的渣油混凝土,夯實(shí)后在第三層表面傾倒溫度為130140°C的渣油砂漿,并立即將0.5m×1.0m×0.15m的混凝土板平鋪其上,板縫間用渣油砂漿灌滿。這種護(hù)坡在冰凍區(qū)試用成功,見圖435

 


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渣油混凝土護(hù)坡(單位:cm

 

5)水泥土護(hù)坡——將粗砂、中砂、細(xì)砂摻上7%12%的水泥(質(zhì)量比),分層填筑于壩面作為護(hù)坡,叫水泥土護(hù)坡。它是隨著土石壩的填筑逐層填筑壓實(shí)的,每層壓實(shí)的厚度不超過15cm。這種護(hù)坡厚度為0.60.8m,相應(yīng)水平寬度為23m,見圖:

 


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水泥土護(hù)坡(單位:m1—土壤水泥土護(hù)坡;2—潮濕土壤保護(hù)層;3—壓實(shí)的透水土料

 

這種護(hù)坡經(jīng)過幾個(gè)壩的實(shí)際運(yùn)用,在最大浪高1.8m并經(jīng)數(shù)十年的凍融情況下,只有少量裂縫,護(hù)坡沒有破壞。寒冷地區(qū)護(hù)坡在水庫(kù)冰凍范圍內(nèi),水泥含量應(yīng)增加一些,常用8%14%以上各種護(hù)坡的墊層按反濾層要求確定。墊層厚度一般對(duì)砂土可用1530cm以上,卵礫石或碎石可用3060cm以上。

2.下游護(hù)坡

下游護(hù)坡主要是為防止被水沖蝕和人為破壞,一般宜采用簡(jiǎn)化型式。適用于下游護(hù)坡的型式有堆石、卵石和碎石、草皮等。其護(hù)坡范圍由壩頂護(hù)至排水棱體,無排水棱體時(shí)護(hù)至壩腳。氣候溫和地區(qū)的黏性土均質(zhì)壩,草皮護(hù)坡是常用的型式。若壩坡為無黏性土?xí)r,則應(yīng)在草皮下鋪一層厚0.20.3m的腐殖土,護(hù)坡效果良好。碎石或卵礫石護(hù)坡,一般直接鋪在壩坡上,厚約1015cm。下游壩面需要全部護(hù)砌。

3.壩坡排水

為了防止雨水的沖刷,在下游壩坡上常設(shè)置縱橫向連通的排水溝。沿土石壩與岸坡的結(jié)合處,也應(yīng)設(shè)置排水溝以攔截山坡上的雨水。壩面上的縱向排水溝沿馬道內(nèi)側(cè)布置,用漿砌石或混凝土板鋪設(shè)成矩形或梯形。若壩較短,縱向排水溝攔截的雨水可引至兩岸的排水溝排至下游。若壩較長(zhǎng),則應(yīng)沿壩軸線方向每隔50100m左右設(shè)一橫向排水溝,以便排除雨水。排水溝的橫斷面,一般深0.2m,寬0.3m,必要時(shí)可按1h暴雨強(qiáng)度和積水面積計(jì)算確定。

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壩坡排水(單位:m1—壩坡;2—馬道;3—縱向排水溝;4—橫向排水溝;5—岸坡排水溝;6—草皮護(hù)坡;7—漿砌石排水溝


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