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§ 6 构造设计
一,概述
二,防渗体
三,排水
四,反滤层
五,护坡
六,坝顶
七,土工合成材料
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土石坝设计步骤,
初拟剖面 → 渗流计算 → 稳定计算 → 材料设计 → 构造设计
→ 地基处理
构造设计目的,
保障坝的安全和正常运行
构造设计内容,
防渗体、排水设备、护坡、坝顶
一、概述
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作用,降低浸润线,保证下游坡稳定;降低渗流量,
防止渗透变形。
类型,
按防渗体材料性质分:塑性材料(粘土、沥青)和刚
性材料(混凝土);
按位置分:斜墙、心墙。
二、防渗体
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1、土质防渗体:心墙、斜墙
土质防渗体断面满足渗透比降、下游浸润线和渗流量以
及施工、结构稳定要求,自上而下逐渐加厚,顶部水平宽度
≥ 3m,底部厚度,斜墙不小于水头的 1/5,心墙不宜小于水
头的 1/4。
防渗体顶部要高出正常水位,超高斜 0.8~ 0.6m,心
0.6~ 0.3m。非常运用条件下,防渗体顶部不低于非常运用
条件的静水位。有防浪墙时不低于正常水位。
防渗体顶部预留竣工后沉降超高。
土质防渗体顶部和土质斜墙上游应设保护层。保护层厚
度(包括上游护坡垫层)应不小于该地的冻结和干燥深度。
心墙、斜墙与坝壳和截水槽与坝基透水层之间,以及下
游渗流逸出处,都必须设置反滤层。
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2、沥青混凝土防渗墙
优点,
防渗好,K=10-7~ 10-10cm/s;
塑性好,适应变形;
厚度小;
受气候影响小。
要求:强度、热稳定性、和易性、柔性、水稳定性
沥青斜墙,
沥青不漏水,不需设排水;一层即可;斜墙与基础连接
要适应变形,柔性结构。
沥青心墙
受外界温度影响小,结构简单,修补困难;
厚度 H/30,顶厚 30~ 40cm;
上游侧设粘性土过渡层,沥青墙坏了可补救;
下游侧设排水。
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沥青心墙与沥青斜墙比较,
优点,
不受气候影响,可以采用渣油;
施工简单;
与坝基连接易;
抗振性好;
沉陷不容易开裂;
与坝体同时施工,早期可蓄水。
缺点,
厚度大;
与坝体同时施工影响进度;
检查维修困难。
3、混凝土防渗体
用于堆石坝、土石混合坝
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三、排水
作用: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。
设计要求,
?能自由地向坝外排出全部渗透水;
?应按反滤要求设计;
?便于观测和检修
常见的排水形式,
1、棱体排水;
2、贴坡排水;
3、坝体内排水;
4、综合排水,综合以上几种。
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形式选择依据:坝型、下游水位、坝基地质、气候、材
料及施工条件。
设计要求,
? 能自由地向坝外排出全部渗透水;
? 应按反滤要求设计;
? 便于观测和检修
1、棱体排水
结构:下游坡脚用块石堆成的棱体,顶宽 1~ 2m,坝坡
(内 1,1~ 1,1.5、外 1,1.5~ 1,2.0)
优点:降低浸润线,防止坝坡冻胀,保护下游不受尾水淘
刷,增加稳定
缺点:石料用量大,费用高,与坝体施工干扰,检修困难
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2、贴坡排水
结构:在下游坝坡表面用一二层堆石或砌石加反滤层铺
设成
优点:构造简单、用料省,施工方便,易检修
缺点:不能降低浸润线位置,受冰冻失效
适用于中小型工程下游无水均质坝或浸润线较低的中等
高度坝。
3、褥垫排水
结构:沿坝基面平铺的由块石组成的水平排水层、外包
反滤层
优点,
缺点:对不均匀沉降适应性差,易断裂,难检修,下游
水位高时降低浸润线效果不明显
其它
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四、反滤层
作用,滤土排水,防止水工建筑物在渗流逸出处遭受管
涌、流土等渗流变形的破坏以及不同土层界面的接触冲刷。
在下游侧具有承压水的土层,还可起压重作用。
位置,在土质防渗体与坝壳或坝基透水层之间,以及渗
流逸出处或进入排水处
要求,
相邻层细粒不能穿过粗粒空隙 D/d<7~ 20
各层稳定,不能移动
不能被细粒堵塞
耐久稳定,不改变性质
材料:粒径均匀,抗风化的砂、卵石、碎石等
过渡层,避免刚度相差较大的两种土料之间产生急剧的
变形和应力
反滤层可以起过渡层作用,但过渡层不能做反滤层。
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反滤层类型,
(1)Ⅰ 型反滤:其特点是反滤层位于被保护土层的下部,渗
流方向主要由上向下,如褥垫排水;
(2)Ⅱ 型反滤:其特点是反滤层位于被保护土层的上部,渗
流方向主要由下向上,如减压沟的反滤层。
渗流方向近乎水平或倾斜向,反滤层近乎垂直或倾斜向的情
况,属于过渡型,如贴坡反滤等,可归为 Ⅰ 型。
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反滤层的设计内容
反滤层的设计可分为保护无粘性土和保护粘性土两大类,
设计内容有,
?确定反滤层的类型;
?根据滤土准则,确定反滤层的级配或选择土工织物产品。并
据以选择宜于作反滤层的天然料场或确定人工筛选的任务。
?对砂砾反滤料确定反滤层的厚度和层数;
?鉴定反滤料的透水性,对土工织物反滤层还应鉴定淤堵性;
?有纵向渗流时,鉴定沿反滤层和被保护土层接触面的冲刷稳
定性
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原因,
上游坡面受波浪淘刷、顺坡水流冲刷、冰层和漂浮物
等的危害作用;下游受雨水、大风、尾水波浪、冰层和水
流作用以及动物、冻胀干裂。
类型,
砌石护坡(干砌):单层厚 0.3~ 0.35m,双层 0.4~
0.6m,垫层 0.15~ 0.25m,自坝顶至最低水位以下 1.5~
2.0m
堆石护坡:厚 0.5~ 0.9m,垫层 0.4~ 0.5m,与砌石护
坡相比,用石料多,省工,消浪好。
其它:浆砌石、沥青混凝土、混凝土、钢筋混凝土等
下游:碎石、砌石、草皮、表面排水沟、阶梯、马道
五、护坡
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六、坝顶
坝顶盖面材料应根据当地材料及坝顶用途确定,宜采
用密实的沙砾石、碎石、单层砌石或沥青混凝土等柔性材
料。
坝顶面可向上、下游侧或下游侧放坡。坡度根据降雨
强度,在 2%~ 3%内选,并做好向下游的排水系统。
坝顶上游侧宜设置防浪墙,墙顶高出坝顶 1~ 1.2m,防
浪墙必须与防渗体紧密结合。防浪墙应坚固不透水,结构
尺寸根据稳定、强度计算确定,并设置伸缩缝,做好止水。
地震区应核算防浪墙的动力稳定性。
坝顶结构与布置应经济、实用,建筑艺术处理美观大
方,与周围环境协调。坝顶还要设置相应的照明措施、栏
杆等安全措施。
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1-浆砌石防浪墙; 2-钢筋混凝土防浪墙; 3-坝顶路面; 4-沙砾坝壳;
5-心墙; 6-方柱; 7-排水管; 8-回填土
坝顶路面和浆砌石防浪墙 钢筋混凝土防浪墙
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七、土工合成材料
以人工合成的聚合物为原料制成的土工织物和土工膜,
分别代表透水材料和不透水合成材料 。
优点,
重量轻、整体性好、产品规格化、强度高、耐高温、
耐腐蚀、运输方便、施工简易
土工织物:编织物、机织物、无纺织物及复合织物
土工膜:高分子聚合物、沥青土工膜
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采用土工合成材料作 反滤、排水设施 的主要工程有,
1 铁路、公路反滤、排水设施。
2 挡墙后排水系统。
3 岸墙后填土排水系统。
4 隧洞、隧道衬砌后排水系统。
5 土石坝过渡层;灰坝、尾矿坝反滤层。
6 防渗铺盖下排气、排水系统。
7 农田水利工程、减压井、农用井等外包体。
8 地基处理塑料排水带预压工程。
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采用土工合成材料 防渗 的主要工程有,
1 土石坝、堆石坝、砌石坝和碾压混凝土坝。
2 堤、坝前水平防渗铺盖,地基垂直防渗层。
3 尾矿坝、污水库坝身及库区。
4 施工围堰。
5 渠道、蓄液池(坑、塘)。
6 废料场。
7 地铁、地下室和隧道、隧洞防渗衬砌。
8 路基。
9 路基及其它地基盐渍化防治。
10 膨胀土和湿陷性黄土的防水层。
11 屋面防漏。
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采用土工合成材料进行 防护 的主要工程有,
1 江、河、湖、海和渠道、储液池护坡、护底。
2 水下结构基础防冲。
3 道路边坡防冲。
4 涵闸工程护底。
5 泥石流和悬崖侧建筑物障墙防冲。
6 应急防汛措施。
7 沙漠地区砂篱滞砂和固砂。
8 军工弹药库防爆。
9 严寒地区防冻措施。
10 道路防止盐渍化措施。
11 边坡土钉加固等。
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