土石坝设计中的问题探讨-土石坝设计.docx

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1、土石坝设计中的问题探讨|土石坝设计 【摘 要】依据对以往土石坝破坏资料的统计分析， 属于勘测设计方面缘由的在国内外均占40%以上。本文结合勘测设计实践阅历， 从土石坝的结构设计、土料选取等方面进行分析， 指出问题所在， 提出相应的改进措施。仅供同行借鉴！【关键词】土石坝；结构设计；问题；措施1 结构设计1.1 合理设计铺土层厚，加强下游反滤设计， 削减不匀称沉陷坝体常出现不匀称沉陷裂缝，产生集中渗流， 危及大坝平安。为防止这种险情发生， 通常实行的措施有:1.1.1 将坝轴线布置成微拱向上游的圆弧形，以求在水压力作用下增加坝体的纵向应力；1.1.2 对坝体两岸进行开挖，放缓边坡， 并尽量避开突

2、变段；1.1.3 设置上游斜墙代替心墙防渗；1.1.4 优先选用塑性粘土料填筑心墙。在缺乏条件的状况下，尽可能提高心墙下半部分土的干容重和上半部分土料的挠性， 以避开因承受较大的应力而开裂；1.1.5 在心墙与岸坡结合面采纳含水量较高的防渗土料或用塑性粘土填筑塑性带。尽管实行以上措施，但一方面由于近年来坝高不断增大， 建坝河谷更窄， 岸坡更陡， 坝体仍简单产生不匀称沉陷和裂缝。另一方面由于不重视铺土层厚， 使土石料随层高产生分别， 降低底部填筑密度， 导致坝体在运行过程中出现严峻的不匀称沉陷。大量土石坝的运行状况表明: 只要坝内设有合乎规范规定的下游反滤层，就可避开由集中渗流所引起的冲刷和破坏

3、；只要将全部土石料按薄层用振动压实法填筑，就能大大削减石料分别， 保证填筑密实度，将沉陷量降为最小。1.2 改进土石坝与砼建筑物接触处的处理过去设计要求砼建筑物要伸入到土石坝肯定深度， 以增长渗径。基于这种考虑， 在土石坝内埋设的砼输水洞， 普遍要求沿洞外壁设置足够宽度的多道防渗截水环； 在与溢流道砼边墙接触处， 设置多道剌墙伸入坝体心墙内。随着对土石坝下游反滤层平安牢靠性的相识提高， 这些部位的结构处理可作如下改进:1.2.1 坝内砼洞和溢洪道砼边墙接触处， 取消截水环和刺墙；1.2.2 将砼结构与土石坝心墙结合处的侧面坡度由垂直改为8 1 10 1，以利于施工时碾压机械可沿砼壁面方向行驶，

4、将土料压实；1.2.3 坝内输水洞的四周和溢洪道边墙接触处的下游段均做好反滤料，即使沿管壁或接触处的砼与心墙的上游侧界面产生渗漏，其渗水也会被下游侧的反滤料有效限制；1.2.4 加强下游侧反滤料的设计， 细心施工， 以确保防渗效果。1.3 简化坝体结构1.3.1 心墙坝过去在粘土心墙的上游侧， 通常也设置反滤层，其层数和每层材料的级配均与下游反滤层相同，其目的是防止心墙土料颗粒在库水位着陆时向上游移动， 进入上游坝壳的沙石空隙中。而在实际运行中， 当库水位着陆时，自心墙内渗入的水量很小， 而且粘土料经过压实后有肯定的强度， 在单纯的重力作用下， 粘土颗粒一般没有向上游移动的趋势。同时， 向上游

5、侧渗水的渗透梯度一般均小于1， 而且渗流速度很小， 不致于使心墙土粘粒大量移动。美国农业部土壤保持局利用低粘性易冲刷的粘土料配上粗颗粒做反滤层， 以20 m 的水力梯度进行上游库水位骤降时土料的冲刷试验， 其结果表明， 以下游反滤的设计标准来要求上游反滤层， 明显过高。为了简化上游反滤， 首先减小其厚度， 进而将其简化为由粒径小于150 mm 的碎石料组成的过渡带， 其颗粒组成不须要符合任何反滤料的组成原则。实践证明， 对于用粘粒含量大于30%，塑性指数大于? 的粘性土料填筑的心墙，采纳碎石料过渡带是足够的。当心墙土料为非塑性粉质砂或塑性指数小于?的低塑性的粘质粉土时，在渗水和重力的共同作用下

6、，心墙上游面的土颗粒有可能随着库水位快速消落而移动并进入过渡带的大空隙中。常见设计者在心墙上游侧靠近顶部的部位设置厚度一般为0. 6 1. 2 m 的砂层，意在当心墙上部因地震和不匀称沉陷产生裂缝时，细砂可以进入缝内， 将其封堵。对于此种设防，笔者认为:（1）以上做法是否能够有效地充填漏水通道，现在尚无把握做出结论。但即使渗水裂缝是张开的， 由于下游反滤层的制约， 渗流速度一般也会较低。因此，裂缝的上游段应能被移动的心墙颗粒充填愈合；（2）砂料虽然可能进入并充填裂缝， 但也会起支撑裂缝，阻碍裂缝两侧的粘土料膨胀或软化后将裂缝填实；（3）若想通过在心墙上游侧设置填缝砂料来爱护这层反滤，那么由于坝

7、壳填料粒径不同， 还须要在它的上游设置另一较粗的过渡带。如此一来， 不但效果不明显， 而且会使结构困难和造价增大；（4）既然下游反滤层是限制集中渗流的主要防线已得到大家的认可，那么在设计中就应当充分把握这一关键。如认为不够标准， 就应改善其设计， 使之更平安牢靠，而不应另外设置效果值得怀疑的另一道防线， 使坝体结构困难化。1.3.2 面板坝对这种坝型的设计， 国内与国外在结构上差别很大。国外一般仅增设砾卵石排水层，而国内在面板与坝体砂砾之间， 除排水层外， 还设置了垫层、过渡层、反滤层等，达4 5层之多。而且，有的还在下游坝脚设置反滤排水坝址。笔者认为，这些面板坝的设计可能是没有完全恰当分析青

8、海沟后面板坝失事的缘由，而是将坝体作为类似心墙坝的渗流场设计的结果。事实上面板坝下游出现渗漏同心墙坝的渗漏相比， 其重要性大不相同。不应忽视面板有效截断渗流的防渗作用，而使得坝体断面过分困难。1.4 加强坝体排水特殊是面板坝，在坝体适当部位增设排水层，以解除来自面板、止水系统及帷幕等部位的局部缺陷所形成的少量渗水，不致抬高坝体浸润线，这对保证坝体稳定平安性起到了关键作用。沟后水库溃坝的干脆缘由主要是该坝并没有设置特地排水设施， 在坝体无大的干脆贯穿上、下游的渗流通道和较小的渗流量（ 溃坝前测定下游地表排水沟总渗透量仅8 L/ s，其历年在高水位运行时间较长时， 最大渗流量达16 L/ s）的状况下，坝体基本处在不匀称饱和状态，形成渗透压力，使坝体上部区域首先失去静力稳定而滑动， 形成溃口， 冲刷砂砾石坝体， 继之破坏。 第6页 共6页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页