坝顶宽度取决于施工、交通、构造、运行、抗震与防汛等要求,无特殊要求 高坝最小顶宽为10-15m,中低坝为5-10m,属于中坝,取10m。
4.4坝坡
土石坝边坡的大小取决于坝型、坝高、筑坝材料、荷载、坝基性质等因素。 边坡选择一般须从以下几方面考虑。
(1)上游坡应比下游坡为缓,取上游平均坡比1:3,下游坡比1:2.7 (2)坝坡应上陡下缓,自上至下逐级放缓,每隔10-30m变坡一次,相邻坡 率差为0.25-0.5。取上游30m以上上游坡比1:2.8,下游坡比1:2.6,30m以 下上游坡比1:3.2,下游坡比1:2.8。
此坝为碾压土石坝,中坝,坝壳为砂石料,坝坡平均坡度为1:2.7;土石坝在变坡处设置马道,其宽度常取1.5~2.0m,已拦截应排除雨水,防止严重冲刷坝面,并兼做交通、检修、观察之用,也有利于坝坡稳定。取马道宽度1.5m。具体尺寸见图4-1 黏土斜心墙土石坝剖面图。
4.5防渗体型式 4.5.1坝体防渗
坝的防渗体不仅需要满足将渗透坡降,下游坝体浸润线以及渗流量减低到允许范围内,还应该要满足结构及施工的要求。防渗体的尺寸不仅要以满足构造、施工及防渗开裂等要求为原则,也应要满足稳定要求。
坝防渗体有土质防渗体及人工防渗体。
土质心墙防渗体底部的厚度,决定涂料的允许渗透坡降。心墙顶面必须设砂砾保护层,其厚度应不小于当地冰冻与干燥程度,心墙与地基岸坡必须进行有效的结合,防止结合面漏水以及产生严重渗流。心墙与岸坡结合须加大心墙剖面。
土质斜墙底部的厚度应满足渗透坡降的要求,为了防止斜墙断裂,其厚度通常比按渗透稳定演算确定的数值要大。斜墙上游应设置保护层用来防止冰冻和机械破坏。保护层材料可为砂砾,卵石,块石,其厚度应不小于当地冰冻及干燥程度。保护层应分层碾压填实,达到坝体同样标准,其外坡坡度需按稳定计算确定,使保护层不至于沿斜墙面或连同斜墙一起滑动。
铺盖一般由粘土或壤土做成,要求地基与铺盖土料渗透系数一般在1000以上。铺盖铺成不等厚的,从上游向下游逐渐加厚。填筑铺盖前必须清基,在砂卵石地基上设置过渡层,以防渗透破坏,顶面应设保护层。
斜心墙介于心墙与斜墙之间,心墙稍向上游倾斜,斜心墙为了克服心墙坝可能产生的拱效应和斜墙对变形的敏感而发展起来的,它很适合于中土石坝。
综上所述,选取粘土斜心墙,参考以往工程,斜心墙顶取5米(满足机械化施工要求),上游坡率m1=0.6,下游坡率m2=0.2,斜心墙顶高程以设计水位加0.6超高并高于校核洪水为原则,最后高程取2824m。
4.5.2坝基防渗
根据坝基处的地质条件确定坝基防渗的处理方案。主要处理方法有混凝土防渗墙、黏土截水槽、灌浆帷幕和铺盖。
此坝址处属于岩石地基,坝址区地层以玄武岩为主,但有20m左右的冲积层。截水槽适用于冲积层为10~15m厚度的地基。混凝土防渗墙方案,材料省、工期短、防渗效果好,对于透水层较深的坝基是比较合适的,最后决定采用这种方案。防渗墙要伸入河床冲积层,底部要嵌入基岩,深度不小于0.5-1m,取1m。上部则要与心墙连接,插入防渗体0.1倍的坝高,设计为7m。
防渗墙厚度根据防渗、强度。材料与施工条件确定。按施工条件,墙厚一般在 0.6-1.3之间,一般为0.8m。混凝土标号一般采用C8-C15,防渗标号为S6-S8允许水 力坡降一般为80-100。高坝采用高强度混凝土,在此采用C10号混凝土,防渗标号 为S6,其对应渗流系数为0.491×10?10m/s
4.6排水体型式
常用的坝体排水有以下几种型式:贴坡排水、棱体排水、褥垫式排水。 贴坡排水结构简单,用料少,便于维修,但不能降低浸润线,且易因冰冻失效,适用于浸润线较低的中等高度坝和下游无水的中小型工程的均质坝。
棱体排水可降低坝体浸润线,防止坝坡冻涨,保护坡脚免受尾水淘刷,且对坝坡有支撑作用,增加坝坡的稳定性,是一种可靠有效,应用广泛的排水型式。 褥垫排水对地基不均匀沉陷的适应性差,易断裂,维修困难,所以单独采用这种型式的不多。
所以选择用棱体排水,此坝体下游水位最高水位为2773m,下游最大水深为 8m,棱体顶部高程需高出下游水位1.0-2.0m,取2m,棱体顶宽度不小于1m,取 2m,棱体内坡由施工条件确定,一般为1:1~1:1.5,取1:1;外坡可取1:2.7。
4.7粘土斜心墙土石坝剖面图
4-1 土石坝剖面图(单位m)
第五章 土石坝渗流计算
5.1 概述
(一) 土石坝渗流分析任务
渗流计算的任务是:以确定坝体和坝基的渗流量为基础,来确定坝坡逸出段,判断其渗透稳定性。渗流计算应包括以下内容:
(1)确定坝体浸润线及其下游出逸点的位置,绘制坝体及坝基内的等势线分布图或流网图;
(2)确定库水位降落时上游坝坡内的浸润线位置或孔隙压力; (3)确定坝体与坝基的渗流量;
(4)确定坝坡出逸段与下游坝基表面的出逸比降以及不同土层之间的渗透比降; (5)确定坝肩的等势线渗流量和渗透比降。
5.2土石料的选择
(1)就近取材并且开采运输方便,筑坝材料以靠近坝为宜,但从坝身考虑, 一般距坝脚为300-500m范围内的土石料不容许开采。
(2)土石料的种类,性质应满足坝体各部位的不同要求,压实经济合理, 总价低。
(3)可用土石料的储蓄,在初步设计阶段不得小于工程设计需要量的2-3 倍。
5.3土石料的要求
适用于填筑防渗体的土料应满足:1、应具有一定的不透水性,土料渗透系 数一般小于1×10?5cm/s。2、应有一定的可塑性,黏料(粒径)d<0.005mm, 含量为15%-30%,或塑性指数=10-17的中,重壤土及黏粒含量为30%-40%, 或=17-20的黏土填筑,防渗体较适宜,为满足以上要求选3#下粒区的土料=14, 黏料d≤0.005mm的含量为19.6%,渗透系数为3×10?6cm/s。 坝壳沙砾料选4#上的沙砾料,渗透系数为2×10?2cm/s。
5.4渗流分析工况
(1)上游正常蓄水位与下游相应最低水位,这时,坝内渗流的坡降最大, 易产生渗透变形。
(2)上游设计洪水位与下游相应最高水位,这时,坝内浸润线高,渗流量 大。
(3)上游校核洪水位与下游相应最高水位,这时,坝内浸润线高,渗流量 大。
5.5水力学
(一)基本假定:1坝体土料为均质坝体内任意一点在各方向上的渗透系数k 相同,且为常数。2渗流为二元稳定层流,渗流运动符合达西定律:v=kJ(v为 渗透流速,k为渗透系数,J为渗透坡降)。3渗流为渐变流,任意过水断面上各
点的坡降和流速相同。
(二)基本公式:选择用水力学方法解土石坝渗流问题,依据坝内各部分渗流状 况的特点,将坝体分为若干段,应用达西定律法近似解土坝渗流问题,计算假定任 一铅直过水断面内各点渗透坡降相等。计算简图5-1,5-2,坝体剖面计算图。透水 地基上筑有混凝土防渗墙。渗流计算分为防渗体段和墙后段两部分。通过防渗体渗 流量:
k(H2?H12)k2(H?H1)?T (式5-1) q1?2B?Sin?D通过防渗体后的流量:
k1(H12?T12)kT(H1?T1) q2??T (式5-2)
2L1L?0.44T联立, q1?q2
5.6典型计算断面
对河床中间断面1-1以及左右岸坡各断面2-2,3-3三个典型断面进行计算,
左右岸典型断面应该在坝轴线处,坝高为最大坝高的一半,并且能反映防渗措施。 左岸2-2断面上游高程2806.4m,下游高程2790m,计算时取平均高程2798.2m 右岸3-3断面上游高程2788.6m,下游高程2770m,计算时取平均高程2779.3m