02.第二章土石壩與堤防

第二二章章土土石石壩壩與與堤堤防防第一一節(jié)節(jié)概概述述第二二節(jié)節(jié)土土石石壩壩剖剖面面設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)第三三節(jié)節(jié)細(xì)細(xì)部部構(gòu)構(gòu)造造與與壩壩體體材材料料第四四節(jié)節(jié)滲滲流流分分析析第五五節(jié)節(jié)土土石石壩壩穩(wěn)穩(wěn)定定分分析析第六六節(jié)節(jié)土土石石壩壩的的壩壩基基處處理理第七七節(jié)節(jié)堤堤防防與與河河道道整整治治建建筑筑物物第一一節(jié)節(jié)概概述述土石石壩壩是是指指由由土土料料、、石石料料或或土土石石混混合合料料，，采采用用拋拋填填、、碾碾壓壓等等方方法法堆堆筑筑成成的的擋擋水水壩壩。。由由于于筑筑壩壩材材料料主主要要來來自自壩壩址址區(qū)區(qū)，，因因而而也也稱稱為為當(dāng)當(dāng)?shù)氐夭牟牧狭蠅螇?。。堤堤防防是是沿沿河河岸岸修修建建?gòu)構(gòu)筑筑的的護(hù)護(hù)岸岸建建筑筑物物，，大大多多數(shù)數(shù)采采用用土土石石壩壩的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)形形式式，，在在許許多多方方面面土土石石壩壩與與堤堤防防都都存存在在共共性性。。土石石壩壩歷歷史史悠悠久久，，是是應(yīng)應(yīng)用用最最為為廣廣泛泛和和最最有有發(fā)發(fā)展展前前途途的的一一種種壩壩型型。。一、、土土石石壩壩的的工工作作特特點(diǎn)點(diǎn)和和設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)要要求求（一一））穩(wěn)穩(wěn)定定土石石壩壩失失穩(wěn)穩(wěn)的的型型式式，，主主要要是是壩壩坡坡的的滑滑動(dòng)動(dòng)或或壩壩坡坡連連同同部部分分壩壩基基一一起起滑滑動(dòng)動(dòng)，，影影響響壩壩體體的的正正常常工工作作，，甚甚至至導(dǎo)導(dǎo)致致工工程程失失事事。。為為確確保保土土石石填填筑筑體體的的穩(wěn)穩(wěn)定定，，土土石石壩壩斷斷面面一一般般設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)成成梯梯形形或或復(fù)復(fù)合合梯梯形形，，而而且且邊邊坡坡較較緩緩。。（二）滲流滲流不僅使水水庫損失水量量，還會(huì)使背背水面的土體體顆粒流失、、變形，引起起管涌和流土土等滲透破壞壞。防止?jié)B流破壞壞的原則是““前堵后排””。（三）沉陷由于土石顆粒粒之間存在較較大的孔隙，，在外荷載的的作用下，易易產(chǎn)生移動(dòng)、、錯(cuò)位，細(xì)顆顆粒填充部分分孔隙，使壩壩體產(chǎn)生沉降降，也使土體體逐步密實(shí)、、固結(jié)。（四）沖刷土石壩為散粒粒結(jié)構(gòu)，抗沖沖能力低，受受到波浪、雨雨水和水流作作用，會(huì)造成成沖刷破壞。。（五）其他冬季結(jié)冰、夏夏季干裂、地地震影響、穴穴居動(dòng)物影響響等。二、土石壩的的類型（一）按壩高高分類土石壩按其壩壩高可分為低低壩、中壩和和高壩。（二）按施工工方法分類1、碾壓式土石石壩2、水力沖填壩壩3、定向爆破堆堆石壩（三）按防滲滲材料及結(jié)構(gòu)構(gòu)不同1、均質(zhì)壩2、土質(zhì)防滲體體分區(qū)壩3、人工防滲材材料壩4、過水土石壩壩（四）按壩體體材料所占比比例1、土壩2、土石混合壩壩3、堆石壩第二節(jié)土石石壩剖面設(shè)計(jì)計(jì)剖面設(shè)計(jì)是土土壩設(shè)計(jì)的主主要內(nèi)容，包包括壩頂高程程、壩頂寬度度、上下游壩壩坡、防滲結(jié)結(jié)構(gòu)、排水結(jié)結(jié)構(gòu)及其細(xì)部部構(gòu)造。設(shè)計(jì)步驟：計(jì)計(jì)算壩頂高程程，根據(jù)具體體要求和經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)擬定剖面，，進(jìn)行滲流計(jì)計(jì)算，最后進(jìn)進(jìn)行壩坡穩(wěn)定定分析，根據(jù)據(jù)穩(wěn)定分析的的結(jié)果判斷壩壩剖面的合理理性。一般需需要多次重復(fù)復(fù)以上步驟，，直至得到合合理的剖面。。一、壩頂高程程壩頂高程按水水庫靜水位加加上防浪超高高來確定，規(guī)規(guī)范規(guī)定，按按下列運(yùn)用條條件計(jì)算，取取其大者。（1）設(shè)計(jì)洪水位位加正常運(yùn)用用條件的壩頂頂超高。（2）正常蓄水位位加正常運(yùn)用用條件的壩頂頂超高。（3）校核洪水位位加非常運(yùn)用用條件的壩頂頂超高。（4）正常蓄水位位加非常運(yùn)用用條件的壩頂頂超高，再加加地震安全超超高。壩頂超高的計(jì)計(jì)算公式如下下（二）壩頂寬寬度壩頂寬度主要要滿足運(yùn)行、、施工、交通通和人防等要要求。（三）壩坡同種土質(zhì)的壩壩體，上游坡坡要比下游坡坡緩些。心墻壩上下游游壩殼一般比比均質(zhì)壩陡。。斜墻壩的上上游壩坡較緩緩，而下游壩壩坡和心墻壩壩相仿。地基條件好、、土料碾壓密密實(shí)的，壩坡坡可以陡些，，反之則應(yīng)放放緩。用黏性土料做做成的壩坡，，常沿高度分分成數(shù)段，從從上而下逐漸漸放緩。砂土土和堆石可采采用均一坡率率。第三節(jié)細(xì)部部構(gòu)造與壩體體材料一、防滲體設(shè)置防滲設(shè)施施的目的是減減少通過壩體體和壩基的滲滲漏量，降低低浸潤(rùn)線，以以增加下游壩壩坡的穩(wěn)定性性；降低滲透透坡降以防止止?jié)B透變形。。（一）土質(zhì)心心墻（二）土質(zhì)斜斜墻（三）非土料料防滲體1、瀝青混凝土土防滲體2、鋼筋混凝土土防滲體二、壩體排水水土石壩壩身排排水設(shè)施的主主要作用是：：①降低壩體體浸潤(rùn)線，防防止?jié)B流逸出出處的滲透變變形，增強(qiáng)壩壩坡的穩(wěn)定性性；②防止壩壩坡受冰凍破破壞；③有時(shí)時(shí)也起降低孔孔隙水壓力的的作用。（一）堆石棱棱體排水（二）貼坡排排水（三）褥墊排排水（四）組合式式排水三、壩頂及護(hù)護(hù)坡（一）壩頂壩頂一般采用用碎石、單層層砌石、瀝青青或混凝土路路面。如壩頂頂有公路交通通要求，壩頂頂結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足足公路交通路路面的有關(guān)規(guī)規(guī)定。（二）護(hù)坡護(hù)坡的主要作作用是保護(hù)壩壩坡免受波浪浪和降雨的沖沖刷；防止壩壩體的黏性土土發(fā)生冰結(jié)、、膨脹、收縮縮現(xiàn)象。1、上游護(hù)坡上游護(hù)坡可采采用拋石、干干砌石、漿砌砌石、混凝土土塊（板）或或?yàn)r青混凝土土，其中以砌砌塊石護(hù)坡最最常用。2、下游護(hù)坡下游護(hù)坡可采采用草皮、碎碎石或塊石等等，其中草皮皮護(hù)坡是最經(jīng)經(jīng)濟(jì)的形式之之一。四、壩體各部部分對(duì)土料的的要求（一）均質(zhì)壩壩均質(zhì)壩的土料料應(yīng)具有一定定的抗?jié)B性能能；對(duì)粒徑及及有機(jī)質(zhì)含量量也有一定的的要求。（二）心墻壩壩和斜墻壩的的壩殼壩殼土石料主主要是為了保保持壩體的穩(wěn)穩(wěn)定性，一般般要求有較高高的強(qiáng)度。（三）土質(zhì)防防滲體對(duì)防滲性、水水溶鹽含量及及有機(jī)質(zhì)含量量有要求。（四）排水設(shè)設(shè)施和砌石護(hù)護(hù)坡用石料要求具有較高高抗壓強(qiáng)度，，良好的抗水水性、抗凍性性和抗風(fēng)化性性的巖石。五、填筑標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)土石料的填筑筑標(biāo)準(zhǔn)是指土土料的壓實(shí)程程度及其適宜宜含水量。（一）黏性土土的填筑標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)對(duì)不含礫或含含少量礫的黏黏性土料的填填筑標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)以以壓實(shí)度和最優(yōu)含水率作為設(shè)計(jì)控制制指標(biāo)。設(shè)計(jì)計(jì)干密度應(yīng)以以擊實(shí)最大干干密度乘以壓壓實(shí)度求得。。（二）非黏性性土料的填筑筑標(biāo)準(zhǔn)它的壓實(shí)程度度一般與含水水量關(guān)系不大大，而與粒徑徑級(jí)配和壓實(shí)實(shí)功能有密切切關(guān)系。壓密密程度一般用用相對(duì)密度來表示。堆石的填筑標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，宜以孔隙率為設(shè)計(jì)控制指指標(biāo)。第四節(jié)滲流流分析一、滲流分析析的概述（一）滲流分分析的目的土石壩的基本本剖面確定后后，需要通過過滲流分析檢檢驗(yàn)壩體及壩壩基的安全性性，并為壩坡坡穩(wěn)定分析提提供依據(jù)。計(jì)計(jì)算內(nèi)容有：：壩體浸潤(rùn)線線、滲流出逸逸點(diǎn)的位置、、滲透流量和和各點(diǎn)的滲透透壓力或滲透透坡降，并繪繪制壩體及壩壩基內(nèi)的等勢(shì)勢(shì)線分布圖或或流網(wǎng)圖等。。（二）計(jì)算工工況一般需要計(jì)算算的工況有：：①上游正常常蓄水位與下下游相應(yīng)的最最低水位；②②上游設(shè)計(jì)洪洪水位與下游游相應(yīng)的水位位；③上游校校核洪水位與與下游相應(yīng)的的水位；④庫庫水位降落時(shí)時(shí)上游壩坡穩(wěn)穩(wěn)定最不利的的情況。（三）計(jì)算方方法（略）二、滲流分析析的水力學(xué)法法（略）三、滲流分析析的數(shù)值計(jì)算算法（略）四、土石壩的的滲流變形及及其防治措施施（一）滲透變變形的型式1、管涌壩體或壩基中中的細(xì)土壤顆顆粒被滲流帶帶走，逐漸形形成滲流通道道的現(xiàn)象稱為為管涌或機(jī)械械管涌。管涌涌一般發(fā)生在在壩的下游坡坡或閘壩的下下游地基面滲滲流逸出處。。沒有黏聚力的的無黏性砂土土、礫石砂土土中容易發(fā)生生管涌。2、流土在滲流作用下下，成塊的土土體被掀起浮浮動(dòng)的現(xiàn)象稱稱為流土。主主要發(fā)生在黏性土土及均勻非黏黏性土體的滲滲流出口處。3、接觸沖刷當(dāng)滲流沿兩種種不同土壤的的接觸面或建建筑物與地基基的接觸面流流動(dòng)時(shí)，把其其中細(xì)顆粒帶帶走的現(xiàn)象稱稱為接觸沖刷刷。4、接觸管涌和和接觸流土滲流方向垂直直于兩種不同同土壤的接觸觸面時(shí)，可能能把其中一層層的細(xì)顆粒帶帶到另一層的的粗顆粒中去去，稱為接觸觸管涌。當(dāng)其其中一層為黏黏性土，由于于含水量增大大致使凝聚力力降低而成塊塊移動(dòng)，甚至至形成剝蝕時(shí)時(shí)，稱為接觸觸流土。（二）滲透變變形的判別滲流變形的判判別包括兩個(gè)個(gè)方面：滲透透類型與發(fā)生生條件。（三）防止發(fā)發(fā)生滲透變形形的措施防止?jié)B透變形形的工程措施施，一方面是是降低滲流坡坡降從而減小小滲流速度和和滲流壓力；；另一方面是是增強(qiáng)滲流逸逸出處土體抵抵抗?jié)B透變形形的能力。具體工程措施施有：①在上上游側(cè)設(shè)置水水平與垂直防防滲體，延長(zhǎng)長(zhǎng)滲徑，降低低滲透坡降或或截阻滲流；；②在下游側(cè)側(cè)設(shè)置排水溝溝或減壓井，，降低滲流出出口處的滲流流壓力；③對(duì)可能發(fā)生管管涌的地段，，需鋪設(shè)反濾濾層，攔截可可能被涌流攜攜帶的細(xì)粒；；④對(duì)下游可可能發(fā)生流土土的地段，應(yīng)應(yīng)加蓋重，蓋蓋重下的保護(hù)護(hù)層也必須按按反濾原則鋪鋪設(shè)。第五節(jié)土石石壩穩(wěn)定分析析一、概述土石壩的穩(wěn)定定性主要是指指邊坡穩(wěn)定問問題。土石壩壩邊坡的失穩(wěn)穩(wěn)形式主要有有滑坡、塑性性流動(dòng)和液化化三種形式。。其中滑坡主主要有以下幾幾種形式。（一）曲線滑滑動(dòng)曲線滑動(dòng)面是是一個(gè)頂部稍稍陡而底部漸漸緩的曲面，，多發(fā)生在黏黏性土壩坡中中。（二）直線和和折線滑動(dòng)面面在均質(zhì)的非黏黏性土邊坡中中，滑動(dòng)面一一般為直線；；當(dāng)壩體的一一部分淹沒在在水中時(shí)，滑滑動(dòng)面可能為為折線。在不不同土料的分分界面，也可可能發(fā)生直線線或折線滑動(dòng)動(dòng)。（三）復(fù)式滑滑動(dòng)面復(fù)式滑動(dòng)面是是同時(shí)具有黏黏性土和非黏黏性土的土壩壩中常出現(xiàn)的的滑動(dòng)面型式式。二、荷載及其其組合和穩(wěn)定定安全系數(shù)的的標(biāo)準(zhǔn)（一）荷載及及其組合1、基本荷載（1）自重。土壩壩體自重重分三種情況況來考慮，即即：在浸潤(rùn)線線以上的土體體，按濕容重重計(jì)算；在浸浸潤(rùn)線以下、、下游水面線線以上的土體體，按飽和容容重計(jì)算；在在下游水位以以下的土體，，按浮容重計(jì)計(jì)算。（2）滲透力。是在滲流場(chǎng)內(nèi)內(nèi)作用于土體體的體積力。。（3）孔隙壓力。。黏性土在外荷荷載的作用下下產(chǎn)生壓縮，，由于土體內(nèi)內(nèi)的空氣和水水一時(shí)來不及及排出，外荷荷載便由土粒粒和空隙中的的空氣與水來來共同承擔(dān)。。其中，由土土粒骨架承擔(dān)擔(dān)的應(yīng)力稱為為有效應(yīng)力，，它在土體滑滑動(dòng)時(shí)能產(chǎn)生生摩擦力；由由空隙中的水水和空氣承擔(dān)擔(dān)的應(yīng)力稱為為孔隙壓力，，它不能產(chǎn)產(chǎn)生摩擦力。。2、荷載組合土石壩穩(wěn)定分分析的荷載組組合主要有正正常工作條件件和非常運(yùn)用用情況。（1）正常工作條條件。①水庫庫上游水位處處于正常蓄水水位和設(shè)計(jì)洪洪水位與死水水位之間的各各種水位的穩(wěn)穩(wěn)定滲流期。。②水庫水位位在上述范圍圍內(nèi)經(jīng)常性的的正常降落情情況。③抽水水蓄能電站的的水庫水位的的經(jīng)常性變化化和降落。（2）非常運(yùn)用情情況。①施工工期。②校核核洪水位有可可能形成穩(wěn)定定滲流的情況況。③水庫水水位的非常降降落。（二）土石壩壩壩坡穩(wěn)定安安全系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)（略）三、土石壩邊邊坡穩(wěn)定計(jì)算算（略）第六節(jié)土石石壩的壩基處處理根據(jù)土石壩地地基條件，地地基處理的目目的大體可歸歸納為以下幾幾個(gè)方面：①①改善地基基的剪切特性性，防止剪切切破壞，減少少剪切變形，，保證地基不不發(fā)生滑動(dòng)；；②改善地基基的壓縮性能能，減少不均均勻沉降，以以限制壩體裂裂縫的發(fā)生；；③減少地基基的透水性，，降低揚(yáng)壓力力和地下水位位，使地基以以至壩身不產(chǎn)產(chǎn)生滲透變形形，并把滲流流流量控制在在允許的范圍圍內(nèi)；④改善善地基的動(dòng)力力特性，防止止液化。一、砂砂礫石石地基基處理理砂礫石石地基基的處處理，，主要要是對(duì)對(duì)地基基的防防滲處處理，，通常常采取取“上上堵下下排””的措措施，，“上上堵””包括括水平平和鉛鉛直防防滲措措施，，“下下排””主要要是排排水減減壓。。（一））垂直直防滲滲設(shè)施施垂直防防滲是是解決決壩基基滲流流問題題效果果最好好的措措施。。垂直直防滲滲的效效果相相當(dāng)于于水平平防滲滲效果果的3倍。因因此在在土石石壩的的防滲滲措施施中，，應(yīng)優(yōu)優(yōu)先選選擇垂垂直防防滲措措施。。垂直防防滲措措施主主要有有：黏黏性土土截水水槽、、混凝凝土防防滲墻墻、灌灌漿帷帷幕、、板樁樁等。。（二））水平平防滲滲設(shè)施施防滲鋪鋪蓋是是由黏黏性土土做成成的水水平防防滲設(shè)設(shè)施，，是斜斜墻、、心墻墻或均均質(zhì)壩壩體向向上游游延伸伸的部部分。。當(dāng)采采用垂垂直防防滲有有困難難或不不經(jīng)濟(jì)濟(jì)時(shí)，，可考考慮采采用鋪鋪蓋防防滲。。（三））排水水減壓壓措施施常用的的排水水減壓壓設(shè)施施有排排水溝溝和排排水減減壓井井。二、細(xì)細(xì)砂、、軟黏黏土和和濕陷陷性黃黃土地地基處處理第七節(jié)節(jié)堤堤防與與河道道整治治建筑筑物一、堤堤防工工程堤防是是沿河河流、、湖泊泊、海海洋的的岸邊邊或蓄蓄滯洪洪區(qū)、、水庫庫庫區(qū)區(qū)的周周邊修修筑的的擋水水建筑筑物，，其作作用是是抵擋擋河道道洪水水、海海潮，，保護(hù)護(hù)兩岸岸或海海岸不不受洪洪水（（海潮潮）威威脅。。同時(shí)時(shí)，堤堤防也也影響響岸區(qū)區(qū)雨洪洪的排排泄，，因此此，必必須設(shè)設(shè)置穿穿堤排排水建建筑物物——水閘和和泵站站。（一））堤防防的類類型和和作用用（1）堤防防按其其所在在位置置不同同，可可分為為湖堤堤、河河堤、、海堤堤、圍圍堤和和水庫庫中堤堤防五五種。。（2）河堤堤按其其所在在位置置和重重要性性，又又分為為干堤堤、支支堤和和民堤堤。（3）在黃黃河上上，河河堤常常分為為遙堤堤、縷縷堤、、格堤堤、越越堤和和月堤堤五種種。（二））堤線線布置置及堤堤型選選擇1、堤線線布置置2、堤型型選擇擇二、河河道整整治工工程河流無無論在在自然然狀態(tài)態(tài)下或或在人人類活活動(dòng)影影響下下，由由于可可動(dòng)的的邊界界條件件和不不恒定定的來來水來來沙條條件，，總是是處于于不斷斷的變變化過過程之之中，，這種種變化化在許許多情情況下下可能能會(huì)產(chǎn)產(chǎn)生巨巨大的的破壞壞作用用，而而必須須采取取工程程措施施加以以控制制，