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1、第十一节第十一节 堆石坝堆石坝Stability Analysis of Earth-Rock Dam2024/8/31堆石坝土石坝的坝型选择课件一、概述l面面板板堆堆石石坝坝是是以以堆堆石石体体作作为为支支承承，以以钢钢筋筋混混凝凝土土、沥沥青青混混凝凝土土作作为为防防渗渗体体的的一一种种坝坝型型。堆堆石石体体是是坝坝的的主主体体，对对坝坝体体的的强强度度和和稳稳定定条条件件起起决决定定性性作作用用，因因而而要要求求由由新新鲜鲜、完完整整、耐耐久久、级级配良好的石料填筑。配良好的石料填筑。l 19701970年年以以后后，由由于于大大型型振振动动碾碾薄薄层层碾碾压压技技术术的的应应用用，使使
2、堆堆石石坝坝的的密密实实度度得得到到充充分分提提高高，从从而而大大幅幅降降低低了了堆堆石石坝坝的的变变形形，加加上上钢钢筋筋混混凝凝土土面面板结构在设计上改进板结构在设计上改进. .l目前，面板堆石坝已成为大坝中一种重要坝型。目前，面板堆石坝已成为大坝中一种重要坝型。2024/8/32面板堆石坝与其他坝型相比有如下主要特点l1、就地取材，在经济上有较大的优越性，除了在坝址附近开采石料以外，还可以利用枢纽其他建筑物开挖的废弃石料；l2、施工渡汛问题比土坝较为容易解决，可部分利用坝面溢流渡汛，但应做好表面保护措施；l3、对地形地质和自然条件适应性较混凝土坝强，可建在地质条件略差的坝址上，且施工不受
3、雨天影响，对温度变化的敏感度也比混凝土坝低得多；2024/8/33面板堆石坝与其他坝型相比有如下主要特点l4、方便机械化施工，有利于加快施工工期和减少沉降，随着重型振动碾等大型施工机械的应用，克服了过去堆石坝抛填法沉降量很大的缺点；l 5、坝身不能泄洪，施工导流问题较混凝土坝难予解决，一般需另设泄洪和导流设施。2024/8/34二、钢筋混凝土面板堆石坝的剖面尺寸l1坝顶要求l 面板堆石坝一般为梯形剖面，其坝顶宽度和坝顶高程的确定与土坝类似，其中坝顶宽度除了应参考土坝的要求外，还应兼顾面板堆石坝的施工要求(浇筑面板时有工作面和进行滑模设备的操作)，一般不宜小于5m。2024/8/35l在坝顶上游
4、侧设置钢筋混凝土防浪墙。防浪迎水面高46m，背水面高于坝顶1.01.2m，底部与面板间应做好止水连接，如图5-41所示。对于低坝也可采用与面板整体连接的低防浪墙结构。2024/8/36图图5-41 5-41 面板堆石坝坝顶构造面板堆石坝坝顶构造2024/8/372坝坡 面板堆石坝的坝坡与石料性质、坝高及地基条件有关，设计时可参考类似工程。l 对于采用抗剪强度高的堆石料，上、下游坝坡在静力条件下均可采用堆石料的天然休止角对应的坡度；因此一般采用1:1.31:1.4。对于地质条件较差或堆石体填料抗剪强度较低以及地震区的面板堆石坝，其坝坡应适当放缓。2024/8/38三、钢筋混凝土面板堆石坝的构造l
5、1 1堆石体堆石体l堆堆石石体体是是主主体体部部分分，其其可可划划分分为为：垫垫层层区区（2A2A区区）、过过渡渡区（区（3A3A区）、主堆石区（区）、主堆石区（3B3B区）和次堆石区区）和次堆石区(3C(3C区区) )。l图图5-42 5-42 堆石坝分区示意图堆石坝分区示意图2024/8/39（1）垫层区l垫垫层层区区应应选选用用质质地地新新鲜鲜、坚坚硬硬且且耐耐久久性性较较好好的的石石料料，可可采采用用经经筛筛选选加加工工的的砂砂砾砾石石、人人工工石石料料或或者者由由两两者者混混合合掺掺配配。高高坝坝垫垫层层料料应应具具有有连连续续级级配配，一一般般最最大大粒粒径径为为8080100mm
6、100mm，粒粒径径小小于于5mm5mm的的颗颗粒粒含含量量为为30305050，小小于于0.075mm0.075mm的的颗颗粒粒含含量量应应少少于于8 8。垫垫层层料料经经压压实实后后应应具具有有内内部部渗渗透透稳稳定定性性、低低压压缩缩性性、抗抗剪剪强强度度高高，并并应应具具有有良良好好的的施施工工质质量量。垫垫层层施施工工时时每每层层铺铺筑筑厚厚度度一一般般为为0.40.40.5m0.5m，用用10t10t振振动动碾碾碾碾压压4 4遍遍以以上上。对对垫垫层层上上游游坡坡面面，由由于于重重型型振振动动碾碾难难于于碾碾压压，因因此此对对上上游游坡坡面面还应进行斜坡碾压。还应进行斜坡碾压。20
7、24/8/310垫层区l垫层上下游之间水平宽度应根据坝高、地垫层上下游之间水平宽度应根据坝高、地形确定，垫层顶部水平宽度一般可采用形确定，垫层顶部水平宽度一般可采用3 34m4m，向下逐渐加宽。坝高，向下逐渐加宽。坝高100m100m以下的面板以下的面板堆石坝，为了简化施工也可考虑采用上下堆石坝，为了简化施工也可考虑采用上下等宽的垫层。等宽的垫层。l对对于于周周边边缝缝附附近近的的特特殊殊垫垫层层区区，可可以以采采用用最最大大粒粒径径小小于于40mm40mm且且内内部部稳稳定定的的细细反反滤滤料料，经经薄薄层层碾碾压压密密实实，以以尽尽量量减减少少周周边边缝缝的的位位移。移。2024/8/31
8、1（2）过渡区l过过渡渡区区介介于于垫垫层层与与主主堆堆石石区区之之间间，起起过过渡渡作作用用，石石料料的的粒粒径径级级配配和和密密实实度度应应介介于于垫垫层层与与主主堆堆石石区区两两者者之之间间。由由于于垫垫层层很很薄薄，过过渡渡区区实实际际上上是是与与垫垫层层共共同同承承担担面面板板传传力力。此此外外，当当面面板板开开裂裂和和止止水水失失效效而而漏漏水水时时，过过渡渡区区应应具具有有防防止止垫垫层层内内细细颗颗粒粒流流失失的的反反滤滤作作用用，并并保保持持自自身身的的抗抗渗渗稳稳定定性性。过过渡渡区区石石料料粒粒径径要要求求可可比比垫垫层层材材料料适适当当放放宽宽，最最大大粒粒径径一一般般
9、为为300300400mm400mm。该该区区水水平平宽宽度度可可取取3 35m5m，分层碾压厚度一般为，分层碾压厚度一般为0.400.400.5m0.5m。2024/8/312（3）主堆石区l主主堆堆石石区区为为面面板板坝坝堆堆石石的的主主体体，是是承承受受水水压压力力的的主主要要部部分分，它它将将面面板板承承受受的的水水压压力力传传递递到到地地基基和和下下游游次次堆堆石石区区，该该区区既既应应具具有有足足够够的的强强度度和和较较小小的的沉沉降降量量，同同时时也也应应具具有有一一定定的的透透水水性性和和耐耐久久性性。该该区区石石料料应应级级配配良良好好，以以便便碾碾压压密密实实。主主堆堆石石
10、区区填填筑筑层层厚厚一一般般为为0.80.81.0m1.0m，最最大大粒粒径径应应不不超超过过600mm600mm，用，用10t10t振动碾碾压振动碾碾压4 4遍以上。遍以上。2024/8/313（4）次堆石区l下游次堆石区承受水压力较小，其沉降和变形下游次堆石区承受水压力较小，其沉降和变形对面板变形影响也一般不大，因而对填筑要求对面板变形影响也一般不大，因而对填筑要求可酌情放宽。石料最大粒径可达可酌情放宽。石料最大粒径可达1500mm1500mm，填筑，填筑层厚层厚1.51.52.0m2.0m，用，用10t10t振动碾碾压振动碾碾压4 4遍。下游遍。下游次堆石区在坝体底部下游水位以下部分，应
11、采次堆石区在坝体底部下游水位以下部分，应采用能自由滤水、抗风化能力较强的石料填筑；用能自由滤水、抗风化能力较强的石料填筑；下游水位以上部分，宜使用与主堆石区相同的下游水位以上部分，宜使用与主堆石区相同的材料，但可以采用较低的压实标准，或采用质材料，但可以采用较低的压实标准，或采用质量较差的石料，如各种软岩料、风化石料等。量较差的石料，如各种软岩料、风化石料等。l 另另外外，混混凝凝土土面面板板上上游游铺铺盖盖区区（1A1A区区）可可采采用用粉粉土土、粉粉细细砂砂、粉粉媒媒灰灰或或其其他他材材料料填填筑筑；上上游盖重区（游盖重区（1B1B区）可采用渣料填筑；区）可采用渣料填筑；2024/8/31
12、42防渗面板的构造l（1）钢筋混凝土面板l 采用钢筋混凝土面板作为防渗体，在堆石坝中应用较多，少量土坝也有采用。下面介绍钢筋混凝土面板的构造要求。l钢筋混凝土面板要求下游非粘性土坝体必须具有很小的变形，而面板本身也应能够适应坝体的相对变形。为此，钢筋混凝土面板在坝体完成初始变形后铺筑最为理想。l 钢筋混凝土面板防渗体主要是由防渗面板和趾板组成，如图5-43（a）所示。面板是防渗的主体2024/8/315l要求面板具有符合设计要求的强度、不透水性和耐久性。面板底部厚度宜采用最大工作水头的1%，考虑施工要求，顶部最小厚度不宜小于30cm。l为使面板适应坝体变形、施工要求和温度变化的影响，面板应设置
13、伸缩缝和施工缝，如图5-43（b）所示。垂直伸缩缝的间距，应根据面板受力条件和施工要求确定。位于面板中部一带，垂直伸缩间距可以取大些，一般以1018m为宜，靠近岸坡的垂直缝间距则应酌情减小。垂直缝宜采用平接（图5-43（c），不使用柔性填充物，以便最大限度地减少面板的位移。2024/8/316图543面板与趾板及分缝布置2024/8/317l为控制温度裂缝和干缩裂缝: 面板需要布置双向钢筋，每向配筋率为0.3%0.5%。由于面板内力分布复杂，计算有一定的难度，故一般将钢筋布在面板中间部位。周边缝、垂直缝和水平缝附近配筋应适当加密，以控制局部拉应力和边角免遭挤压破坏。2024/8/318（2）趾
14、板（底座）l趾板是面板的底座，其作用是保证面板与河床及岸坡之间的不透水连接，同时也作为坝基帷幕灌浆的盖板和滑模施工的起始工作面。l趾板的截面形式和布置如图5-43（a）所示，2024/8/319l沿水流方向的宽度b一般可按b = H/J确定，J为坝基的允许渗透比降。可取水头的1/101/20，最小3.0m，低坝最小可取2.0m。对局部不良岸坡，应加大趾板宽度，增大固结灌浆范围。趾板厚度一般为0.51.0m，最小厚度0.30.4m。配筋布置可与面板相同，分缝位置应与面板分缝（垂直缝）对应。如果地基为岩基，可设锚筋与岩基固定。2024/8/320l面板接缝设计（包括面板与趾板的周边接缝和趾板之间接
15、缝）主要是止水布置，周边缝止水布置最为关键。面板中间部位的伸缩缝，一般设12道止水，底部用止水铜片，上部用聚氯乙烯止水带。周边缝受力较复杂，一般采用23道止水，在上述止水布置的中部再加-PVC止水。如布置止水困难，可将周边缝面板局部加厚。2024/8/321（3）面板与岩坡的连接l面板与岸坡的连接是整个面板防渗的薄弱环节，面板常因随坝体产生的位移而产生变形，使其与岸坡结合不紧密，甚至出现被拉离岸坡或产生错动的现象，形成集中渗流。设计中应特别慎重。l面板与岸坡的连接是通过趾板与岸坡连接的，面板与趾板又通过分缝和止水措施防渗。2024/8/322l为此，了解面板与岸坡的连接，就必须了解趾板与岸坡的
16、连接。l趾板作为面板与岸坡的不透水连接和灌浆压帽，应置于坚硬、不冲蚀和可灌浆的弱风化至新鲜基岩上，岸坡的开挖坡度不宜陡于1:0.51:0.7；l 趾板基础开挖应做到整体平顺，不带台阶，避免陡坎和反坡，当有妨碍垫层碾压的台阶、反坡或陡坎时，应作削坡或回填混凝土处理。l为保证趾板与岸坡紧密结合和加大灌浆压重，趾板与岸坡之间应插锚筋固定。锚筋直径一般为2535mm，间距1.01.5m，长35m。2024/8/323l趾板范围内的岸坡应满足自身稳定和防渗要求，为此，应认真做好该处岸坡的固结灌浆和帷幕灌浆设计。固结灌浆可布置两排，深35m。帷幕灌浆宜布置在两排固结灌浆之间，一般为一排，深度按相应水头的（
17、1/31/2 ）确定。灌浆孔的间距视岸坡地质条件而定，一般取24m，重要工程应根据现场灌浆试验确定。2024/8/324水水布布垭垭水布垭水库（湖北清江）水布垭水库（湖北清江）2024/8/3252024/8/3262024/8/3272024/8/3282024/8/3292024/8/3302024/8/3312024/8/332水水布布垭垭水水库库2024/8/3332024/8/3342024/8/3352024/8/3362024/8/3372024/8/338第十二节第十二节 土石坝的坝型选择土石坝的坝型选择l地形，地质条件，筑坝材料，坝高，气地形，地质条件，筑坝材料，坝高，气候，
18、施工和运行条件。候，施工和运行条件。l首选面板堆石坝首选面板堆石坝2024/8/339第五章思考题：第五章思考题：第五章思考题：第五章思考题： 1 1 1 1、简述土石坝的工作特点。、简述土石坝的工作特点。、简述土石坝的工作特点。、简述土石坝的工作特点。 2 2 2 2、简述土石坝坝顶高程确定与混凝重力坝的区别。、简述土石坝坝顶高程确定与混凝重力坝的区别。、简述土石坝坝顶高程确定与混凝重力坝的区别。、简述土石坝坝顶高程确定与混凝重力坝的区别。 3 3 3 3、影响土石坝坝坡的因素有哪些？为什么均质土坝很少用、影响土石坝坝坡的因素有哪些？为什么均质土坝很少用、影响土石坝坝坡的因素有哪些？为什么均
19、质土坝很少用、影响土石坝坝坡的因素有哪些？为什么均质土坝很少用于高土石坝？于高土石坝？于高土石坝？于高土石坝？ 4 4 4 4、简述土石坝坝体防渗体的型式及适用范围。、简述土石坝坝体防渗体的型式及适用范围。、简述土石坝坝体防渗体的型式及适用范围。、简述土石坝坝体防渗体的型式及适用范围。 5 5 5 5、简述土石坝排水的型式、优缺点和适用范围。、简述土石坝排水的型式、优缺点和适用范围。、简述土石坝排水的型式、优缺点和适用范围。、简述土石坝排水的型式、优缺点和适用范围。 6 6 6 6、简述土石坝渗流分析的目的，渗透变形的型式以及防止、简述土石坝渗流分析的目的，渗透变形的型式以及防止、简述土石坝渗
20、流分析的目的，渗透变形的型式以及防止、简述土石坝渗流分析的目的，渗透变形的型式以及防止渗透变形的工程措施。渗透变形的工程措施。渗透变形的工程措施。渗透变形的工程措施。 7 7 7 7、简述影响土石坝坝坡失稳的因素；为什么土石坝稳定分、简述影响土石坝坝坡失稳的因素；为什么土石坝稳定分、简述影响土石坝坝坡失稳的因素；为什么土石坝稳定分、简述影响土石坝坝坡失稳的因素；为什么土石坝稳定分析只进行局部坝坡验算而不进行整体稳定验算？析只进行局部坝坡验算而不进行整体稳定验算？析只进行局部坝坡验算而不进行整体稳定验算？析只进行局部坝坡验算而不进行整体稳定验算？ 8 8 8 8、结合瑞典圆弧法归纳确定坝坡稳定最
21、小安全系数步骤。、结合瑞典圆弧法归纳确定坝坡稳定最小安全系数步骤。、结合瑞典圆弧法归纳确定坝坡稳定最小安全系数步骤。、结合瑞典圆弧法归纳确定坝坡稳定最小安全系数步骤。 9 9 9 9、 简述砂砾石地基的防渗措施和适用范围。简述砂砾石地基的防渗措施和适用范围。简述砂砾石地基的防渗措施和适用范围。简述砂砾石地基的防渗措施和适用范围。 10101010、简述面板堆石坝的构造要求。、简述面板堆石坝的构造要求。、简述面板堆石坝的构造要求。、简述面板堆石坝的构造要求。 11111111、简述土石坝的坝型选择。、简述土石坝的坝型选择。、简述土石坝的坝型选择。、简述土石坝的坝型选择。2024/8/340堆石坝土石坝的坝型选择课件
