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2020年一级造价师《技术与计量水利》考点:土石坝

来源:233网校 2020年4月17日

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2020年一级造价师《技术与计量水利》考点:土石坝

水利枢纽及其组成建筑要分等分级,即先按工程规模、效益及其在国民经济中的重要性,将水利枢纽分等。

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土石坝是土坝、堆石坝和土石混合坝的总称,又称为"当地材料坝"。土石坝根据坝高(从清基后的基面算起)可分为低坝、中坝和高坝,低坝的离度为30m以下,中坝的高度为30 -70m,高坝的高度为70m以上。

(一)土石坝的特点及工作条件

1. 土石坝的特点

优点:

(1)坝、材料能就地取材,材料运输成本低,还能节省大量钢材、水泥 、木材。

(2)适应地基变形的能力强。筑坝用的散粒体材料能较好地适应地基的变化,对地基的要求在各种坝型中是最低的。

(3)构造简单,施工技术容易掌握,便于机械化施工。

(4)运用管理方便, 工作可靠,寿命长,维修加固和扩建均较容易。

缺点:

(5)施工导流不如混凝土坝方便,因而相应地增加了工程造价。

(6)坝顶不能溢流, 需要在坝外单独设置泄水建筑物。

(7)坝体填筑量大,土料填筑质量受气候条件的影响较大。

2.土石坝的工作条件

1)渗流影响

2)冲刷影响

3)沉陷影响

4)其他影响

冰压力、冻融作用、干裂、地震、动物(如白蚁、獾等)

(二)土石坝的分类及布置

1.碾压式土石坝

(1)均质坝。

坝体绝大部分由一种抗渗性能较好的土料(如填土)筑成。坝体整个断面起防渗和稳定作用,不再设专门的防渗体。

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(2)土质防渗体分区坝。

在坝体中设置专门起防渗作用的防渗体,采用透水性较大的砂石料做坝壳,防渗体多采用防渗性能好的黏性土,其位置可设在坝体中间(称为心墙坝)或稍向上游倾斜(称为斜心墙坝)。

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(3)非土质防渗体坝。防渗体采用混凝土、 沥青混凝土、 钢筋混凝土、土工膜或其他人工材料制成,其余部分用土石料填筑而成。

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2.土石坝其他坝型

碾压式士石坝应用比较广泛,除了这种土石坝形式,还有其他几种类型。主要有抛填式堆石坝、水力充填坝、水中倒坝、定向爆破坝等。

(三)土石坝的基本构造

1.防渗体

防渗体是土石坝的重要组成部分,其作用是防渗,必须满足降低坝体浸润线、降低渗透坡降和控制渗流量的要求。

土石坝的防渗体包括土质防渗体和人工材料防渗体(沥青混凝土 、钢筋混凝土、复合土工膜)

1)土质防渗体

(1)土质心墙。

心墙一般布置在坝体中部,有时稍偏向上游并略倾斜,以便于和防浪墙相连接,通常采用透水性很小的黏性土筑成。

心墙顶部高程应高于正常运用情况下的静水位0.3-0.6m,且不低于非常运用情况下的静水位。

为了防止心墙冻裂,顶部应设砂性土保护层,厚度按冰冻深度确定,且不小于1.0m。

(2)土质斜墙。斜墙位于坝体上游面。斜墙顶部高程应高于正常运用情况下静水位0.6-0.8m,且不低于非常运用情况下的静水位。斜墙底部的水平厚度应满足抗渗稳定的要求,一般不宜小于水头的1/5。

为了防止斜墙遭受冲刷、冰冻和干裂影响,上游面应设置保护层,且需碾压达到坝体相同标准。

保护层可采用砂砾、卵石或块石,其厚度应不小于冰冻深度且不小于1.0m,一般取1.5 -2.5 m。斜墙下游面应设置反滤层。

(3)土质斜心墙。

2)人工材料防渗体

(1)复合土工膜。

(2)沥青混凝土。沥青混凝土具有较好的塑性和柔性,防渗和适应变形的能力均较好,产生裂缝时,有一定的自行愈合的功能,而且施工受气候的影响也小,故适于用作土石坝的防渗材料。

2.反滤层

反滤层的作用是滤土排水,防止土工建筑物在渗流逸出处遭受管涌、流土等渗流变形的破坏以及不同土层界面处的接触冲刷。

3.排水设施

1)设排水设施的目的

(1)降低坝体浸润线及孔隙压力,改变渗流方向,增加坝体稳定。

(2)防止渗流逸出处的渗透变形,保护坝破和坝基。

(3)防止下游波浪对坝坡的冲刷及冻胀破坏,起到保护下游坝坡的作用。

坝体排水要求:应具有足够的排水能力,同时应按反滤原则,保证坝体和地基土不发生渗透破坏,设备自身不被淤堵,且便于观测和检修。

常见的排水型式有:棱体排水、贴坡排水、褥垫排水和综合式排水以及网状排水带、排水管和竖式排水体等型式。

2)排水型式分类

(1)棱体排水。

除能降低坝体浸润线防止渗透变形外,还可支撑坝、体、增加坝体的稳定性和保护下游坝脚免遭淘刷。

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(2)贴坡排水。

贴坡排水又称表层排水,它不能降低浸润线但能提高坝坡的抗渗稳定性和抗冲刷能力。

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(3)褥垫排水。

排水伸入坝体内部,能有效地降低坝体浸润线,但对增加下游坝坡的稳定性不明显,常用于下游水位较低或无水的情况。

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(4)组合式排水。

4.坝面护坡

为保护土石坝坝坡免受波浪、降雨冲刷以及冰层和漂浮物的损害,防止坝体土料发生冻结、膨胀和收缩以及人畜破坏等,需设置护坡结构。

护坡的范围,对上游面应由坝顶至最低水位以下2.5m左右;对下游面应自坝顶护至排水设备,无排水设备或采用褥垫式排水时则需护至坡脚。

5.坝顶构造

为便于排除坝顶雨水,坝顶路面常设直线或折线形横坡,坡度宜采用 2% -3%。坝顶设防浪墙可降低坝顶路面高程,防浪墙高度为 1.2m 左右,防浪墙必须与防渗体结合紧密, 还应满足稳定和强度要求, 并设置伸缩缝。

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(四)混凝土面板堆石坝

1.面板堆石坝的特点

(1)混凝土面板堆石坝具有良好的抗滑稳定性。

(2)面板堆石坝还具有很好的抗渗稳定性。

(3)防渗面板与堆石施工没有干扰,且不受雨季影响。

(4)由于坝坡陡,坝底宽度小于其他土石坝,故导流洞、泄洪洞、溢洪道、发电引水洞或尾水洞均比其他土石坝的短。

(5)施工速度快, 造价省, 工期短。

(6)面板堆石坝、在面板浇筑前对堆石坝坡进行适当保护后,可宣泄部分施工期的洪水。

2.混凝土面板堆石坝的构造

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1)防渗系统

防渗系统包括 L 形挡墙、钢筋混凝土面板、趾板和帷幕灌浆等。

面板应满足如下要求:

(1)具有较小的渗透系数,满足挡水防渗要求。

(2)应有足够的抗冻、抗渗及抗风化能力,以满足耐久性要求。

(3)有足够的柔性,以适应坝体的变形。

(4)应有一定的强度和抗裂能力,能承受局部的不均匀变形。

2)垫层

垫层是防渗面板的基础,有时也作为坝体防渗的第二道防线。

3)堆石坝体

堆石坝体主要用来承受荷载,因而要求堆石体压缩性小,抗剪强度大,在外荷载作用下变形量小,且应具有一定的透水性。

4)周边缝及止水

周边缝是指面板与趾板之间的接缝。

趾板一般建于完整的基岩面,几乎不产生沉陷变形;而面板支承在碾压堆石体上,在自重和水荷载作用下堆石体势必产生较大变形,面板与趾板之间会产生明显的相对位移,使得周边缝的工作条件复杂,成为面板止水体系中最薄弱的环节。周边缝内需设置止水。

3.堆石体的材料分区

堆石体是面板堆石坝的主体材料,应选用新鲜、坚硬、软化系数小、抗侵蚀和抗风化能力强的岩石。

靠下游部位的堆石区只起保持坝的整体稳定和下游坝坡稳定的作用,对该区石料特性和技术要求相对较低。

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1)垫层

垫层对面板起柔性支承作用,将作用于面板上的库水压力较均匀地传递给下游的过渡区和堆石区,同时又缓和下游堆石体变形对面板的影响,改善面板应力状态。为此,垫层应为高密实度而又具有一定塑性的堆石层。

2)过渡区

过渡区实际上与垫层共同承担面板传力,因而也要求有较高的密实度和较大的变形模量。当面板裂缝或止水失效而漏水时,过渡区应具有防止垫层内细颗粒流失的反滤作用,并保持自身抗渗稳定性。

3)堆石区

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