二級建造師水利水電工程輔導:土石壩的構造及作用

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    土石壩的構造及作用
    土石壩的基本剖面是梯形,主要由壩頂構造、防滲體、上下游壩坡、壩體排水、地基處理等細部構造組成。
    
    (一)壩頂構造(圖 2F311012 - 2 )
    1 .壩頂寬度。壩頂寬度應根據構造、施工、運行和抗震等因素確定。如無特殊要求,高壩可選用 10 - 15m , 中、低壩可選用 5 - 10m 。同時,壩頂寬度必須充分考慮心墻或斜墻頂部及反濾層、保護層的構造需要。
    2 .護面。護面的材料可采用碎石、砌石、瀝青或混凝土,IV級以下的壩下游也可以采用草皮護面。如有公路交通要求,還應滿足公路路面的有關規(guī)定。作用是保護壩頂不受破壞。為了排除雨水,壩頂應做成向一側或兩側傾斜的橫向坡度,坡度宜采用 2 %- 3 %。對于有防浪墻的壩頂,則宜采用單向向下游傾斜的橫坡。
    3 .防浪墻、壩頂上游側常設混凝土或漿砌石修建的不透水的防浪墻,墻基要與壩體防滲體可靠地連接起來,以防高水位時漏水,防浪墻的高度一般為 1 . 0 - 1 . 2m 。
    (二)防滲體
    土壩防滲體主要有心墻、斜墻、鋪蓋、截水墻等,設置防滲設施的作用是:減少通過壩體和壩基的滲流量;降低浸潤線,增加下游壩坡的穩(wěn)定性;降低滲透坡降,防止?jié)B透變形。
    1 .均質壩。整個壩體就是一個大的防滲體,它由透水性較小的黏性土筑成。
    2 .黏性土心墻和斜墻。心墻一般布置在壩體中部,有時稍偏上游并略為傾斜;斜墻布置在壩體的上游,以便于和上游鋪蓋及壩頂的防浪墻相連接。黏性心墻和斜墻頂部水平厚度一般不小于 3m ,以便于機械化施工。防滲體頂與壩頂之間應設有保護層,厚度不小于該地區(qū)的冰凍或干燥深度,同時按結構要求不宜小于 1m 。
    3 .非土料防滲體。非土料防滲體有鋼筋混凝土、瀝青混凝土、木板、鋼板、漿砌塊石和塑料薄膜等,較常用的是瀝青混凝土和鋼筋混凝土。
    (三)土石壩的護坡與壩坡排水
    1 .護坡。土石壩的護坡形式有:草皮、拋石、干砌石、漿砌石、混凝土或鋼筋混凝土、瀝青混凝土或水泥土等。作用是防止波浪淘刷、順壩水流沖刷、冰凍和其他形式的破壞。
    2 .壩坡排水。除干砌石或堆石護面外,均必須設壩面排水。為了防止雨水沖刷下游壩坡,常設縱橫向連通的排水溝。與岸坡的結合處,也應設置排水溝以攔截山坡上的雨水。壩面上的縱向排水溝沿馬道內側布置,用漿砌石或混凝土板鋪設成矩形或梯形。壩較長時,則應沿壩軸線方向每隔 50 - 100m 左右設一橫向排水溝,以便排除雨水。
    (四)土石壩的排水設施
    1 .排水設施。形式有貼坡排水、棱體排水、褥墊排水、管式排水和綜合式排水。壩體排水的作用是降低壩體浸潤線及孔隙水壓力,防止壩坡土凍脹破壞。在排水設施與壩體、土基接合處,都應設置反濾層。其中貼坡排水和棱體排水最常用。
     ( 1 )貼坡排水。緊貼下游壩坡的表面設置,它由 1 - 2 層堆石或砌石筑成,如圖 2F311012 - 3 所示。貼坡排水頂部應高于壩體浸潤線的逸出點,保證壩體浸潤線位于冰凍深度以下。貼坡排水構造簡單、節(jié)省材料、便于維修,但不能降低浸潤線,且易因冰凍而失效,常用于中小型工程下游無水的均質壩或浸潤線較低的中等高度壩。
    ( 2 )棱體排水。在下游壩腳處用塊石堆成棱體,頂部高程應超出下游水位,超出高度應大于波浪沿坡面的爬高,并使壩體浸潤線距壩坡的距離大于冰凍深度。應避免棱體排水上游坡腳出現銳角,頂寬應根據施工條件及檢查觀測需要確定,但不得小于 1 . 0m , 如圖 2F311012 - 4 所示。
    
    棱體排水可降低浸潤線,防止壩坡凍脹和滲透變形,保護下游壩腳不受尾水淘刷,多用于河床部分(有水)的下游壩腳處。
    2 .反濾層。為避免因滲透系數和材料級配的突變而引起滲透變形,在防滲體與壩殼、壩殼與排水體之間都要設置 2 - 3 層粒徑不同的砂石料作為反濾層。材料粒徑沿滲流方向由小到大排列。