水工建筑物高質量課件

1、水工建筑物,黑龍江農墾林職院 水利教研室,授課題目： 第三章 土石壩 第一節(jié) 概述 第二節(jié) 土石壩的基本剖面 教學目的： 掌握土石壩的特點和設計要求，土石壩的類型，壩頂高程、壩頂寬度、壩坡的設計 教學重點： 土石壩的類型，壩頂高程。 教學難點： 土石壩的類型，壩頂高程。,教學過程： 組織教學：師生問好，清查人數。 復習提問： 什么是擋水建筑物？它由哪幾種壩型？ 導入新課： 擋水建筑物是用以攔截江河，形成水庫或壅高水位。如各種壩和閘；以及為抗御洪水或擋潮，沿江河海岸修建的堤防、海塘等。常用的壩型有重力壩、土石壩，本節(jié)講述由當地土料、石料或混合料，經過拋填、輾壓方法堆筑成的擋水壩，壩體材料以土和砂

2、礫為主的土石壩。 講授新課：,第三章 土石壩,第一節(jié) 概述 土石壩 是指由當地土料、石料或混合料，經過拋填、輾壓方法堆筑成的擋水壩。 土壩 當壩體材料以土和砂礫為主時，稱土壩； 堆石壩 以石渣、卵石、爆破石料為主時，稱堆石壩； 土石混合壩 當兩類材料均占相當比例時，稱土石混合壩。由于筑壩材料主要來自壩區(qū)，因而也稱當地材料壩。,土石壩得以廣泛應用和發(fā)展的主要原因是： （1）可以就地取材，節(jié)約大量水泥、木材和鋼材，幾乎任何土石料均可筑壩。 （2）能適應各種不同的地形、地質和氣候條件。 （3）大功率、多功能、高效率施工機械的發(fā)展，提高了土石壩的施工質量，加快了進度，降低了造價，促進了高土石壩建設的發(fā)

3、展。,（4）巖土力學理論、試驗手段和計算技術的發(fā)展，提高了大壩分析計算的水平，加快了設計進度，進一步保障了大壩設計的安全可靠性。 （5）高邊坡、地下工程結構、高速水流消能防沖等設計和施工技術的綜合發(fā)展，對加速土石壩的建設和推廣也起了重要的促進作用。,一、土石壩的特點和設計要求,（1）穩(wěn)定方面。 土石壩不會產生水平整體滑動。土石壩失穩(wěn)的形式，主要是壩坡的滑動或壩坡連同部分壩基一起滑動。 （2）滲流方面。 土石壩擋水后，在壩體內形成由上游向下游的滲流。滲流不僅使水庫損失水量,還易引起管涌、流土等滲透變形。壩體內滲流的水面線叫做浸潤線。浸潤線以下的土料承受著滲透動水壓力，并使土的內磨擦角和粘結力減小

4、，對壩坡穩(wěn)定不利。,（3）沖刷方面。 土石壩為散粒體結構，抗沖能力很低； 工程措施： 在土石壩上下游壩坡設置護坡，壩頂及下游壩面布置排水措施，以免風浪、雨水及氣溫變化帶來有害影響； 壩頂在最高庫水位以上要留一定的超高，以防止洪水漫過壩頂造成事故； 布置泄水建筑物時，注意進出口離壩坡要有一定距離，以免泄水時對壩坡產生淘刷。,（4）沉陷方面。 由于土石料存在較大的孔隙，且易產生相對的移動，在自重及水壓力作用下，會有較大的沉陷。為防止壩頂低于設計高程和產生裂縫，施工時應嚴格控制碾壓標準并預留沉陷量，使竣工時壩頂高程高于設計高程。可按壩高的（12）預留沉陷值。,二、土石壩的類型,（一）按壩高分類 土石

5、壩按壩高可分為：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。,（二）按施工方法分類 （1）碾壓式土石壩。 （2）水力沖填壩。 （3）水墜壩。 （4）水中填土壩或水中倒土壩。 （5）土中灌水壩。 （6）定向爆破堆石壩。,（三）按壩體材料的組合和防滲體的相對位置分類,1土壩 （1）均質壩： （2）粘土心墻壩和粘土斜墻壩： （3）人工材料心墻和斜墻壩： （4）多種土質壩： 2土石混合壩 上述多種土質壩中，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。,3堆石壩 除防滲體外，壩體的絕大部分或全部

6、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。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。 有防滲體的土石壩，為避免因滲透系數和材料級配的突變而引起滲透變形，都要向上、下游方向分別設置層逐層加粗的材料作為過渡層或反濾層。,第二節(jié) 土石壩的基本剖面,土石壩的基本剖面根據壩高和壩的等級、壩型和筑壩材料特性、壩基情況以及施工運行條件等參照現有工程的實踐經驗初步擬定，然后通過滲流和穩(wěn)定分析檢驗，最終確定合理的剖面形狀，所以土石壩剖面的基本尺寸主要包括：壩頂高程、壩頂寬、上下游坡度、防滲結構、排水設備的形式及基本尺寸等。,一、壩頂高程 壩頂高程根據正常運用和非常運用的靜

7、水位加相應的超高Y予以確定。選以下三項中的最大值為壩頂高程。 計算情況： 設計洪水位+正常運用情況的壩頂超高； 校核洪水位+非常運用情況的壩頂超高； 正常高水位+非常運用情況的壩頂超高+地震安全加高 壩頂設防浪墻時，超高值Y是指靜水位與墻頂的高差。 計算的壩頂高程是指壩體沉降穩(wěn)定后的數值。,土石壩的類型示意圖,Y按下式計算。 Y=R+e+A (-2) 式中R波浪在壩坡上的最大爬高，m;,e最大風壅水面高度，即風壅水面超出原庫水位高度的最大值，m; Hm壩前水域平均水深，m; K綜合摩阻系數，其值變化在（1.55.0） 之間，計算時一般取K=3.6 ; 風向與水域中線（或壩軸線的法線）的夾角，度

8、； v0、D計算風速和風區(qū)長度，見第二章； A安全加高，m;根據壩的等級和運用情況，,波浪爬高:波浪沿建筑物坡面爬升的垂直高度（由風壅水面算起）稱為波浪爬高，波浪爬高R的計算，土石壩設計規(guī)范推薦采用蒲田試驗站公式，其具體計算方法如下： （1）計算波浪的平均爬高 ： 當壩坡系數m=1.55.0時，平均爬高計算公式：,式中 斜坡的糙率滲透性系數 經驗系數，由計算風速v0(m/s)、水域平均水深 （m）和重力加速度g組成的無維量 ； m單坡的坡度系數，若單坡坡角為 ，則m=ctg ； 、 平均波高和波長，m;,薄田試驗站的波高和波長計算： 1）平均波高hm用式計算： 2）平均波長Lm由平均周期Tm和

9、平均水深Hm按下述理論公式計算： 平均周期Tm=4.438 當 0.5時，稱為深水波，其波長與周期有關： 當 0.5時，稱為淺水波，其波長與周期和水深有關： （2）計算設計爬高值R： 不同累計頻率的爬高 與 的比，可根據爬高統(tǒng)計分布表確定。 當風向與壩軸的法線成一夾角 時，波浪爬高應乘以折減系數 ,其值由表確定。,二、壩頂寬度 壩頂寬度應根據運行、施工、構造、交通和人防等方面的要求綜合研究后確定。 壩頂寬度應按照交通規(guī)定選定。 當無特殊要求時，高壩的壩頂最小寬度可選用1015m，中低壩可選用510m。 壩頂寬度必須考慮心墻或斜墻頂部及反濾層布置的需要。 在寒冷地區(qū)，壩頂還須有足夠的厚度以保護粘

10、性土料防滲體免受凍害。,三、壩坡 （1）上游壩坡常比下游壩坡為緩，但堆石壩上、下游壩坡坡率的差別要比砂土料為小。 （2）土質防滲體斜墻壩上游壩坡的穩(wěn)定受斜墻土料特性的控制，斜墻的上游壩坡一較心墻壩為緩。而心墻壩，特別是厚心墻壩的下游壩坡，因其穩(wěn)定性受心墻土料特性的影響，一般較斜墻壩為緩。,（3）粘性土料的穩(wěn)定壩坡為一曲面，上部坡陡，下部坡緩，所以用粘性土料做成的壩坡，常沿高度分成數段，每段1030m ,從上而下逐漸放緩，相鄰坡率差值取0 .25或0.5。砂土和堆石的穩(wěn)定壩坡為一平面，可采用均一坡率。由于地震荷載一般沿壩高呈非均勻分布，所以，砂土和石料有時也做成變坡形式。 （4）由粉土、砂、輕壤土修建的均質壩，透水性較大，為了保持滲流穩(wěn)定，一般要求適當放緩下游壩坡。,（5）當壩基或壩體土料沿壩軸線分布不一致時，應分段采用不同坡率，在各段間設過渡區(qū)，使壩坡緩慢變化。 土石壩壩坡確定的步驟是：根據經驗用類比法初步擬定，再經過核算、修改以及技術經濟比較后確定。 馬道 碾壓式土石壩上下游壩坡常沿高程每隔1030m設置一條馬道，其寬度不小于1.52.0m，用以攔截雨水，防止沖刷壩面，同時也兼作交通、檢修和觀測之用，還有利于