第二章土石壩與堤防

第二章土石壩與堤防第一節(jié)概述第二節(jié)土石壩剖面設(shè)計(jì)第三節(jié)細(xì)部構(gòu)造與壩體材料第四節(jié)滲流分析第五節(jié)土石壩穩(wěn)定分析第六節(jié)土石壩的壩基處理第七節(jié)堤防與河道整治建筑物第一節(jié)概述土石壩是指由土料、石料或土石混合料，采用拋填、碾壓等方法堆筑成的擋水壩。由于筑壩材料主要來(lái)自壩址區(qū)，因而也稱為當(dāng)?shù)夭牧蠅?。堤防是沿河岸修建?gòu)筑的護(hù)岸建筑物，大多數(shù)采用土石壩的結(jié)構(gòu)形式，在許多方面土石壩與堤防都存在共性。土石壩歷史悠久，是應(yīng)用最為廣泛和最有發(fā)展前途的一種壩型。一、土石壩的工作特點(diǎn)和設(shè)計(jì)要求（一）穩(wěn)定土石壩失穩(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)，影響壩體的正常工作，甚至導(dǎo)致工程失事。為確保土石填筑體的穩(wěn)定，土石壩斷面一般設(shè)計(jì)成梯形或復(fù)合梯形，而且邊坡較緩。（二）滲流滲流不僅使水庫(kù)損失水量，還會(huì)使背水面的土體顆粒流失、變形，引起管涌和流土等滲透破壞。防止?jié)B流破壞的原則是“前堵后排”。（三）沉陷由于土石顆粒之間存在較大的孔隙，在外荷載的作用下，易產(chǎn)生移動(dòng)、錯(cuò)位，細(xì)顆粒填充部分孔隙，使壩體產(chǎn)生沉降，也使土體逐步密實(shí)、固結(jié)。（四）沖刷土石壩為散粒結(jié)構(gòu)，抗沖能力低，受到波浪、雨水和水流作用，會(huì)造成沖刷破壞。（五）其他冬季結(jié)冰、夏季干裂、地震影響、穴居動(dòng)物影響等。二、土石壩的類型（一）按壩高分類土石壩按其壩高可分為低壩、中壩和高壩。（二）按施工方法分類1、碾壓式土石壩2、水力沖填壩3、定向爆破堆石壩（三）按防滲材料及結(jié)構(gòu)不同1、均質(zhì)壩2、土質(zhì)防滲體分區(qū)壩3、人工防滲材料壩4、過(guò)水土石壩（四）按壩體材料所占比例1、土壩2、土石混合壩3、堆石壩第二節(jié)土石壩剖面設(shè)計(jì)剖面設(shè)計(jì)是土壩設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，包括壩頂高程、壩頂寬度、上下游壩坡、防滲結(jié)構(gòu)、排水結(jié)構(gòu)及其細(xì)部構(gòu)造。設(shè)計(jì)步驟：計(jì)算壩頂高程，根據(jù)具體要求和經(jīng)驗(yàn)擬定剖面，進(jìn)行滲流計(jì)算，最后進(jìn)行壩坡穩(wěn)定分析，根據(jù)穩(wěn)定分析的結(jié)果判斷壩剖面的合理性。一般需要多次重復(fù)以上步驟，直至得到合理的剖面。一、壩頂高程壩頂高程按水庫(kù)靜水位加上防浪超高來(lái)確定，規(guī)范規(guī)定，按下列運(yùn)用條件計(jì)算，取其大者。（1）設(shè)計(jì)洪水位加正常運(yùn)用條件的壩頂超高。（2）正常蓄水位加正常運(yùn)用條件的壩頂超高。（3）校核洪水位加非常運(yùn)用條件的壩頂超高。（4）正常蓄水位加非常運(yùn)用條件的壩頂超高，再加地震安全超高。

壩頂超高的計(jì)算公式如下（二）壩頂寬度壩頂寬度主要滿足運(yùn)行、施工、交通和人防等要求。（三）壩坡同種土質(zhì)的壩體，上游坡要比下游坡緩些。心墻壩上下游壩殼一般比均質(zhì)壩陡。斜墻壩的上游壩坡較緩，而下游壩坡和心墻壩相仿。地基條件好、土料碾壓密實(shí)的，壩坡可以陡些，反之則應(yīng)放緩。用黏性土料做成的壩坡，常沿高度分成數(shù)段，從上而下逐漸放緩。砂土和堆石可采用均一坡率。第三節(jié)細(xì)部構(gòu)造與壩體材料一、防滲體設(shè)置防滲設(shè)施的目的是減少通過(guò)壩體和壩基的滲漏量，降低浸潤(rùn)線，以增加下游壩坡的穩(wěn)定性；降低滲透坡降以防止?jié)B透變形。（一）土質(zhì)心墻（二）土質(zhì)斜墻（三）非土料防滲體1、瀝青混凝土防滲體2、鋼筋混凝土防滲體二、壩體排水土石壩壩身排水設(shè)施的主要作用是：①降低壩體浸潤(rùn)線，防止?jié)B流逸出處的滲透變形，增強(qiáng)壩坡的穩(wěn)定性；②防止壩坡受冰凍破壞；③有時(shí)也起降低孔隙水壓力的作用。（一）堆石棱體排水（二）貼坡排水（三）褥墊排水（四）組合式排水三、壩頂及護(hù)坡（一）壩頂壩頂一般采用碎石、單層砌石、瀝青或混凝土路面。如壩頂有公路交通要求，壩頂結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足公路交通路面的有關(guān)規(guī)定。（二）護(hù)坡護(hù)坡的主要作用是保護(hù)壩坡免受波浪和降雨的沖刷；防止壩體的黏性土發(fā)生冰結(jié)、膨脹、收縮現(xiàn)象。1、上游護(hù)坡上游護(hù)坡可采用拋石、干砌石、漿砌石、混凝土塊（板）或?yàn)r青混凝土，其中以砌塊石護(hù)坡最常用。2、下游護(hù)坡下游護(hù)坡可采用草皮、碎石或塊石等，其中草皮護(hù)坡是最經(jīng)濟(jì)的形式之一。四、壩體各部分對(duì)土料的要求（一）均質(zhì)壩均質(zhì)壩的土料應(yīng)具有一定的抗?jié)B性能；對(duì)粒徑及有機(jī)質(zhì)含量也有一定的要求。（二）心墻壩和斜墻壩的壩殼壩殼土石料主要是為了保持壩體的穩(wěn)定性，一般要求有較高的強(qiáng)度。（三）土質(zhì)防滲體對(duì)防滲性、水溶鹽含量及有機(jī)質(zhì)含量有要求。（四）排水設(shè)施和砌石護(hù)坡用石料要求具有較高抗壓強(qiáng)度，良好的抗水性、抗凍性和抗風(fēng)化性的巖石。五、填筑標(biāo)準(zhǔn)土石料的填筑標(biāo)準(zhǔn)是指土料的壓實(shí)程度及其適宜含水量。（一）黏性土的填筑標(biāo)準(zhǔn)對(duì)不含礫或含少量礫的黏性土料的填筑標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)以壓實(shí)度和最優(yōu)含水率作為設(shè)計(jì)控制指標(biāo)。設(shè)計(jì)干密度應(yīng)以擊實(shí)最大干密度乘以壓實(shí)度求得。（二）非黏性土料的填筑標(biāo)準(zhǔn)它的壓實(shí)程度一般與含水量關(guān)系不大，而與粒徑級(jí)配和壓實(shí)功能有密切關(guān)系。壓密程度一般用相對(duì)密度來(lái)表示。堆石的填筑標(biāo)準(zhǔn)，宜以孔隙率為設(shè)計(jì)控制指標(biāo)。第四節(jié)滲流分析一、滲流分析的概述（一）滲流分析的目的土石壩的基本剖面確定后，需要通過(guò)滲流分析檢驗(yàn)壩體及壩基的安全性，并為壩坡穩(wěn)定分析提供依據(jù)。計(jì)算內(nèi)容有：壩體浸潤(rùn)線、滲流出逸點(diǎn)的位置、滲透流量和各點(diǎn)的滲透壓力或滲透坡降，并繪制壩體及壩基內(nèi)的等勢(shì)線分布圖或流網(wǎng)圖等。（二）計(jì)算工況一般需要計(jì)算的工況有：①上游正常蓄水位與下游相應(yīng)的最低水位；②上游設(shè)計(jì)洪水位與下游相應(yīng)的水位；③上游校核洪水位與下游相應(yīng)的水位；④庫(kù)水位降落時(shí)上游壩坡穩(wěn)定最不利的情況。（三）計(jì)算方法（略）二、滲流分析的水力學(xué)法（略）三、滲流分析的數(shù)值計(jì)算法（略）四、土石壩的滲流變形及其防治措施（一）滲透變形的型式1、管涌壩體或壩基中的細(xì)土壤顆粒被滲流帶走，逐漸形成滲流通道的現(xiàn)象稱為管涌或機(jī)械管涌。管涌一般發(fā)生在壩的下游坡或閘壩的下游地基面滲流逸出處。沒(méi)有黏聚力的無(wú)黏性砂土、礫石砂土中容易發(fā)生管涌。2、流土在滲流作用下，成塊的土體被掀起浮動(dòng)的現(xiàn)象稱為流土。主要發(fā)生在黏性土及均勻非黏性土體的滲流出口處。3、接觸壞沖刷當(dāng)滲縣流沿獻(xiàn)兩種阻不同泊土壤邁的接得觸面曉或建瀉筑物禽與地伐基的杯接觸望面流宗動(dòng)時(shí)騾，把姿其中足細(xì)顆鍵粒帶贈(zèng)走的斬現(xiàn)象朗稱為淋接觸太沖刷灑。4、接觸在管涌和喉接觸流腎土滲流方獄向垂直竄于兩種筒不同土獨(dú)壤的接鉗觸面時(shí)例，可能爪把其中攏一層的貝細(xì)顆粒鞭帶到另席一層的氏粗顆粒艙中去，炮稱為接宣觸管涌效。當(dāng)其嬌中一層歪為黏性謀土，由叛于含水織量增大捏致使凝譽(yù)聚力降源低而成頑塊移動(dòng)草，甚至持形成剝祖蝕時(shí)，始稱為接陸觸流土責(zé)。（二芝）滲優(yōu)透變城形的容判別滲流癥變形餡的判室別包倉(cāng)括兩濁個(gè)方丙面：廟滲透綢類型葵與發(fā)手生條匪件。（三浙）防跡止發(fā)碼生滲紅透變籍形的怪措施防止讓滲透富變形層的工淡程措競(jìng)施，什一方初面是壁降低米滲流陷坡降便從而拍減小六滲流蓋速度咬和滲悠流壓紐奉力；挽另一露方面襲是增隨強(qiáng)滲盾流逸債出處嫩土體站抵抗徒滲透兩變形屠的能膽力。具體工波程措施矛有：①困在上游稼側(cè)設(shè)置鑄水平與喂垂直防業(yè)滲體，因延長(zhǎng)滲錦徑，降浴低滲透樂(lè)坡降或辟截阻滲絞流；②嚴(yán)在下游棉側(cè)設(shè)置靠排水溝誰(shuí)或減壓濕井，降疲低滲流嶺出口處厚的滲流葛壓力；③對(duì)可能省發(fā)生管隔涌的地催段，需研鋪設(shè)反虧濾層，成攔截可糊能被涌型流攜帶椅的細(xì)粒詳；④對(duì)照下游可蹤蝶能發(fā)生累流土的距地段，奮應(yīng)加蓋濫重，蓋斃重下的格保護(hù)層造也必須真按反濾蒼原則鋪則設(shè)。第五離節(jié)腔土石嬸壩穩(wěn)至定分客析一、四概述土石壩醬的穩(wěn)定組性主要莖是指邊羨坡穩(wěn)定爽問(wèn)題。材土石壩恐邊坡的把失穩(wěn)形緊式主要爐有滑坡抓、塑性晶流動(dòng)和事液化三姓種形式嚴(yán)。其中傾滑坡主海要有以孩下幾種祝形式。（一）中曲線滑原動(dòng)曲線理滑動(dòng)牙面是艷一個(gè)綿頂部功稍陡宋而底土部漸鈔緩的邪曲面耽，多嗓發(fā)生亞在黏掠性土灶壩坡香中。（二消）直棕線和蘋(píng)折線贏滑動(dòng)摧面在均質(zhì)京的非黏禁性土邊強(qiáng)坡中，屯滑動(dòng)面業(yè)一般為呼直線；乘當(dāng)壩體咸的一部赤分淹沒(méi)羨在水中礙時(shí)，滑諒動(dòng)面可驕能為折篇線。在很不同土并料的分勇界面，灑也可能嬌發(fā)生直巡壽線或折毀線滑動(dòng)診。（三）蜂復(fù)式滑單動(dòng)面復(fù)式滑病動(dòng)面是爐同時(shí)具胞有黏性韻土和非念黏性土借的土壩亮中常出粥現(xiàn)的滑茅動(dòng)面型周式。二、謊荷載錢及其杜組合皮和穩(wěn)繩定安薪全系斯數(shù)的省標(biāo)準(zhǔn)（一）漆荷載及茂其組合1、基本石荷載（1）自阻重。土壩壩奧體自重歲分三種逮情況來(lái)槽考慮，厚即：在喘浸潤(rùn)線識(shí)以上的苦土體，去按濕容魄重計(jì)算桌；在浸品潤(rùn)線以虛下、下浪游水面駁線以上虹的土體凱，按飽餐和容重制計(jì)算；至在下游盈水位以的下的土芝體，按輛浮容重索計(jì)算。（2）滲租透力醫(yī)。是在收滲流躬場(chǎng)內(nèi)脆作用獄于土踏體的謹(jǐn)體積明力。（3）孔誰(shuí)隙壓圾力。黏性土初在外荷烏載的作夏用下產(chǎn)霜生壓縮瞧，由于湊土體內(nèi)抓的空氣垃和水一傳時(shí)來(lái)不油及排出蔑，外荷呢載便由季土粒和濫空隙中曠的空氣芝與水來(lái)錫共同承任擔(dān)。其貴中，由沸土粒骨香架承擔(dān)公的應(yīng)力慣稱為有艇效應(yīng)力亡，它在火土體滑寸動(dòng)時(shí)能廟產(chǎn)生摩猜擦力；熊由空隙蓬中的水柿和空氣鉆承擔(dān)的臉應(yīng)力稱淹為孔隙程壓力隆，它不民能產(chǎn)生邁摩擦力悔。2、荷載滾組合土石狼壩穩(wěn)捕定分際析的它荷載芝組合橡主要暢有正掃常工稿作條葬件和片非常傳運(yùn)用逆情況蘭。（1）正常還工作條辱件。①晚水庫(kù)上程游水位拐處于正挨常蓄水杜位和設(shè)祥計(jì)洪水漢位與死鴉水位之凈間的各脫種水位厭的穩(wěn)定范滲流期定。②水杜庫(kù)水位唐在上述佳范圍內(nèi)支經(jīng)常性誰(shuí)的正常捷降落情劈燕況。③郊抽水蓄柏能電站煤的水庫(kù)潤(rùn)水位的妻經(jīng)常性灰變化和套降落。（2）非周常運(yùn)羽用情另況。霞①施氧工期圈。②陰校核丘洪水剃位有怪可能講形成您穩(wěn)定拍滲流摧的情訓(xùn)況。圓③水祝庫(kù)水訪位的逆非常憲降落義。（二）略土石壩弊壩坡穩(wěn)岔定安全劉系數(shù)標(biāo)甘準(zhǔn)（略憂）三、土肺石壩邊乓坡穩(wěn)定佛計(jì)算（幣略）第六節(jié)觸土石績(jī)壩的壩半基處理根據(jù)衣土石饞壩地設(shè)基條坦件，摸地基跡處理塌的目化的大稈體可槳?dú)w納晚為以頁(yè)下幾急個(gè)方冶面：冒①袍改善把地基懲的剪逐切特抄性，搖防止摸剪切裝破壞舉，減乳少剪監(jiān)切變邁形，壇保證靈地基歸不發(fā)庭生滑帳動(dòng)；徑②改席善地逼基的年壓縮果性能鞏，減圾少不怠均勻桃沉降凱，以連限制晌壩體祖裂縫末的發(fā)屆生；愉③減滔少地職基的族透水遺性，陶降低著揚(yáng)壓夠力和袍地下襖水位袋，使浙地基脆以至梳壩身你不產(chǎn)饞生滲怨透變朝形，嗓并把顧滲流臣流量推控制杯在允相許的鍬范圍清內(nèi)；滅④改稼善地界基的扮動(dòng)力仁特性肥，防友止液畏化。一、飾砂礫姨石地備基處酷理砂礫嘴石地其基的中處理伍，主降要是椅對(duì)地沖基的店防滲拐處理萍，通余常采飛取“殊上堵耀下排塔”的始措施搶，“著上堵醬”包挖括水靠平和鈔鉛直新防滲州措施子，“坡下排粥”主選要是幕排水瀉減壓賭。（一）易垂直防序滲設(shè)施垂直防嫌滲是解償決壩基離滲流問(wèn)敏題效果旺最好的絮措施。于垂直防藥滲的效擴(kuò)果相當(dāng)鹿于水平教防滲效耐果的3倍。紡因此弄在土填石壩壓的防涼滲措療施中城，應(yīng)淺優(yōu)先且選擇版垂直委防滲川措施苦。垂直防融滲措施好主要有跡：黏性巾土截水刷槽、混袋凝土防述滲墻、乳灌漿帷恩幕、板常樁等。（二）筑水平防陶滲設(shè)施防滲滾鋪蓋腰是由浮黏性慰土做仇成的陳水平纖防滲亂設(shè)施談，是全斜墻編、心涼墻或檢均質(zhì)鵝壩體筋向上犧游延倘伸的遞部分況。當(dāng)獎(jiǎng)采用瓜垂直候防滲嚇有困粗難或祥不經(jīng)于濟(jì)時(shí)版，可擾考慮童采用勝鋪蓋途防滲嗎。（三）浙排水減物壓措施常用的欣排水減腿壓設(shè)施著有排水壞溝和排糠水減壓棉井。二、細(xì)凱砂、軟虛黏土和某濕陷性亦黃土地肚基處理第七括節(jié)效堤防嫂與河燥道整為治建居筑物一、堤御防工程堤防是盆沿河流朱、湖泊縱、海洋稅的岸邊貌或蓄滯粘洪區(qū)、假水庫(kù)庫(kù)詠區(qū)的周搞邊修筑辮的擋水超建筑物安，其作霧用是抵陜擋河道舍洪水、挽海潮，丸保護(hù)兩始岸或海宮岸不受狗洪水（徹海潮）沃威脅。額同時(shí)，課堤防也減影響岸美區(qū)雨洪慶的排泄枝，因此崇，必須則設(shè)置穿軟堤排水燙建筑物——水閘麻和泵熔站。（一涌）堤鎮(zhèn)防的櫻類型沒(méi)和作墓用（1）堤防螺按其所兩在位置海不同，尾可分為勉湖堤、建河堤、襯海堤、屑圍堤和蕩水庫(kù)中斜堤防五銅種。（2）河清堤按鑄其所邪在位懲置和蛙重要殊性，殖又分周為干田堤、丟支堤島和民腸堤。（3）在黃并河上，址河堤常鴿分為遙閥堤、縷將堤、格仍堤、越坡堤和月森堤五種僅。（二）若堤線布銳置及堤舍型選擇1、堤線蚊布置2、堤型倚選擇二、河油道整治粥工程河流頂無(wú)論申在自劉然狀忠態(tài)下脾或在楊人類矮活動(dòng)然影響厲下，甘由于用可動(dòng)央的邊刻界條跪件和喝不恒禍定的購(gòu)來(lái)水糞來(lái)沙與條件省，總橫是處腫于不漂斷的略變化莫過(guò)程深之中忙，這損種變落化在失許多池情況揭下可逮能會(huì)寨產(chǎn)生兇巨大偶的破帳壞作砌用，圣而必延須采矛取工牧程措生