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文檔簡介

1、水工建筑物,黑龍江農(nóng)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(xué)目的: 掌握土石壩的特點(diǎn)和設(shè)計(jì)要求,土石壩的類型,壩頂高程、壩頂寬度、壩坡的設(shè)計(jì) 教學(xué)重點(diǎn): 土石壩的類型,壩頂高程。 教學(xué)難點(diǎn): 土石壩的類型,壩頂高程。,教學(xué)過程: 組織教學(xué):師生問好,清查人數(shù)。 復(fù)習(xí)提問: 什么是擋水建筑物?它由哪幾種壩型? 導(dǎo)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(dāng)?shù)赝亮?、石料或混合料,?jīng)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(dāng)?shù)赝亮?、石料或混合料,?jīng)過拋填、輾壓方法堆筑成的擋水壩。 土壩 當(dāng)壩體材料以土和砂礫為主時(shí),稱土壩; 堆石壩 以石渣、卵石、爆破石料為主時(shí),稱堆石壩; 土石混合壩 當(dāng)兩類材料均占相當(dāng)比例時(shí),稱土石混合壩。由于筑壩材料主要來自壩區(qū),因而也稱當(dāng)?shù)夭牧蠅巍?土石壩得以廣泛應(yīng)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(yīng)各種不同的地形、地質(zhì)和氣候條件。 (3)大功率、多功能、高效率施工機(jī)械的發(fā)展,提高了土石壩的施工質(zhì)量,加快了進(jìn)度,降低了造價(jià),促進(jìn)了高土石壩建設(shè)的發(fā)

3、展。,(4)巖土力學(xué)理論、試驗(yàn)手段和計(jì)算技術(shù)的發(fā)展,提高了大壩分析計(jì)算的水平,加快了設(shè)計(jì)進(jìn)度,進(jìn)一步保障了大壩設(shè)計(jì)的安全可靠性。 (5)高邊坡、地下工程結(jié)構(gòu)、高速水流消能防沖等設(shè)計(jì)和施工技術(shù)的綜合發(fā)展,對加速土石壩的建設(shè)和推廣也起了重要的促進(jìn)作用。,一、土石壩的特點(diǎn)和設(shè)計(jì)要求,(1)穩(wěn)定方面。 土石壩不會(huì)產(chǎn)生水平整體滑動(dòng)。土石壩失穩(wěn)的形式,主要是壩坡的滑動(dòng)或壩坡連同部分壩基一起滑動(dòng)。 (2)滲流方面。 土石壩擋水后,在壩體內(nèi)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(nèi)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(dòng)水壓力,并使土的內(nèi)磨擦角和粘結(jié)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(jié)構(gòu),抗沖能力很低; 工程措施: 在土石壩上下游壩坡設(shè)置護(hù)坡,壩頂及下游壩面布置排水措施,以免風(fēng)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(shí),注意進(jìn)出口離壩坡要有一定距離,以免泄水時(shí)對壩坡產(chǎn)生淘刷。,(4)沉陷方面。 由于土石料存在較大的孔隙,且易產(chǎn)生相對的移動(dòng),在自重及水壓力作用下,會(huì)有較大的沉陷。為防止壩頂?shù)陀谠O(shè)計(jì)高程和產(chǎn)生裂縫,施工時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制碾壓標(biāo)準(zhǔn)并預(yù)留沉陷量,使竣工時(shí)壩頂高程高于設(shè)計(jì)高程。可按壩高的(12)預(yù)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(zhì)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(zhì)壩: 2土石混合壩 上述多種土質(zhì)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(shù)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(shè)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(jù)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(yùn)行條件等參照現(xiàn)有工程的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)初步擬定,然后通過滲流和穩(wěn)定分析檢驗(yàn),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(jié)構(gòu)、排水設(shè)備的形式及基本尺寸等。,一、壩頂高程 壩頂高程根據(jù)正常運(yùn)用和非常運(yùn)用的靜

7、水位加相應(yīng)的超高Y予以確定。選以下三項(xiàng)中的最大值為壩頂高程。 計(jì)算情況: 設(shè)計(jì)洪水位+正常運(yùn)用情況的壩頂超高; 校核洪水位+非常運(yùn)用情況的壩頂超高; 正常高水位+非常運(yùn)用情況的壩頂超高+地震安全加高 壩頂設(shè)防浪墻時(shí),超高值Y是指靜水位與墻頂?shù)母卟睢?計(jì)算的壩頂高程是指壩體沉降穩(wěn)定后的數(shù)值。,土石壩的類型示意圖,Y按下式計(jì)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(fēng)壅水面高度,即風(fēng)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(shù),其值變化在(1.55.0) 之間,計(jì)算時(shí)一般取K=3.6 ; 風(fēng)向與水域中線(或壩軸線的法線)的夾角,度

8、; v0、D計(jì)算風(fēng)速和風(fēng)區(qū)長度,見第二章; A安全加高,m;根據(jù)壩的等級和運(yùn)用情況,,波浪爬高:波浪沿建筑物坡面爬升的垂直高度(由風(fēng)壅水面算起)稱為波浪爬高,波浪爬高R的計(jì)算,土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范推薦采用蒲田試驗(yàn)站公式,其具體計(jì)算方法如下: (1)計(jì)算波浪的平均爬高 : 當(dāng)壩坡系數(shù)m=1.55.0時(shí),平均爬高計(jì)算公式:,式中 斜坡的糙率滲透性系數(shù) 經(jīng)驗(yàn)系數(shù),由計(jì)算風(fēng)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(shù),若單坡坡角為 ,則m=ctg ; 、 平均波高和波長,m;,薄田試驗(yàn)站的波高和波長計(jì)算: 1)平均波高h(yuǎn)m用式計(jì)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(jì)算: 平均周期Tm=4.438 當(dāng) 0.5時(shí),稱為深水波,其波長與周期有關(guān): 當(dāng) 0.5時(shí),稱為淺水波,其波長與周期和水深有關(guān): (2)計(jì)算設(shè)計(jì)爬高值R: 不同累計(jì)頻率的爬高 與 的比,可根據(jù)爬高統(tǒng)計(jì)分布表確定。 當(dāng)風(fēng)向與壩軸的法線成一夾角 時(shí),波浪爬高應(yīng)乘以折減系數(shù) ,其值由表確定。,二、壩頂寬度 壩頂寬度應(yīng)根據(jù)運(yùn)行、施工、構(gòu)造、交通和人防等方面的要求綜合研究后確定。 壩頂寬度應(yīng)按照交通規(guī)定選定。 當(dāng)無特殊要求時(shí),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(hù)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(zhì)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(shù)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(shí)也做成變坡形式。 (4)由粉土、砂、輕壤土修建的均質(zhì)壩,透水性較大,為了保持滲流穩(wěn)定,一般要求適當(dāng)放緩下游壩坡。,(5)當(dāng)壩基或壩體土料沿壩軸線分布不一致時(shí),應(yīng)分段采用不同坡率,在各段間設(shè)過渡區(qū),使壩坡緩慢變化。 土石壩壩坡確定的步驟是:根據(jù)經(jīng)驗(yàn)用類比法初步擬定,再經(jīng)過核算、修改以及技術(shù)經(jīng)濟(jì)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(shè)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(shí)也兼作交通、檢修和觀測之用,還有利于

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