探索土石坝设计的关键技术

摘要：加强对土石坝设计的关键技术的研究是十分必要的。本文作者结合多年来的工作经验，对土石坝设计的关键技术进行了研究，具有重要的参考意义。

关键词:水库 土石坝 设计 险情

中图分类号： X524 文献标识码： A 文章编号：

1.我国土石坝险情分析

1. 1 土石坝渗漏

(1)材质不过关。土石坝大多就地取材,有些由于交通不便利,取材就更不规范。筑坝的材料有很多不过关,比如杂质多、水溶性强等;而这些材质在施工时也不能保证充分使用,比如碾压不够紧等。(2)坝身设计不过关。这是一大原因,坝身设计不过关,比如坝身不够厚导致渗径短,比如排水槽对冲坝基等,这些都可能导致渗漏加剧。(3)排水体不过关。一般土石坝都会设立排水槽、排水棱体等,但因为设计问题,很可能导致排水体堵塞而失效,甚至没有排水体。(4)坝基不过关。坝基不过关,很可能导致原封堵漏洞而漏水,或地基沉陷不均匀,坝基挤压变形,从而渗漏。(5)放水设施不过关。比如截水槽的尺寸、设计不符合要求,碾压不实,或内部没有压涵管,导致不能和岸坡结合。

1 .2 坝体裂缝

土石坝产生裂缝的主要原因有以下几点。

(1)清淤工作不彻底 ;(2)坝基防渗措施未奏效;(3)泄洪操作不当;(4)结合部质量差。

1 .2 .3 坝体滑坡

土石坝的滑坡原因主要有以下几点。(1)勘验设计不到位;(2)建设不到位;(3)碾压不到位。

2 土石坝设计关键技术

土石坝的设计重点在于预防险情、除险加固。

2.1 复核洪汛数据

我国水库土石坝建设不规范,常出现洪汛预测不准的情况,因此要在设计与计算的过程中,注重复核洪汛数据。

(1)要重视实际监测。

对于修建土石坝水库地区的水文资料应当充分利用,不仅要利用已有的历史水文资料,还要重视实际监测,其内容包括洪水汛期、年降水量、暴雨量等洪汛数据。

(2)要注重数据合理。

在得到资料后,在设计计算过程中,要根据获得的基本资料和相关计算方法得出相关参数。这些相关参数都应进行进一步的分析与检查,保证其合理。对于补充的洪汛资料,需要分析和论证,保证其有重现期,和本地实际得出的洪汛信息的调查相比较,检查合理性。

(3)要进行数据复核。

要保证资料的复核与数据的复核。尤其是洪汛资料和流域特征等对最终数据影响比较大的内容,要格外注意,保证不发生系统性的错误,也要保证错误的及时改正。

(4)要挑选相适应的标准。

在保证洪汛数据合理、准确后,就要比照数据与建筑物级别,挑选相适应的抗洪标准。这个过程要严格按照国家指标进行,对其质量、用材等进行进一步确认,要校准洪水、洪峰流量与洪量,作为设计水库特征的依据。

(5)要适当考虑当地环境。

除了参考数据以外,还要适当考虑当地环境。水库地理特征明显、水域十分重要的地区,或者一旦土石坝溃坝将会对下游地区造成巨大影响的,为了确保该地区的安全,应该考虑按照可能最大洪水(PMF)的级别作为洪水标准,如果预定设计在2～4级建筑物的标准,可适当提高1～2级。

2.2 提高抗震性

地震灾害是造成土石坝溃坝的一大原因,且造成的结果通常十分严重。因此抗震性也是土石坝设计的重要内容。

(1)应当复核地质条件。

要实际监测当地的地质环境,取得地质资料。其内容包括地震带、断层交汇带、密集缝隙区等地质环境,并且要考虑河床自身的条件,如河床土质、是否缓倾、土层质量、是否架空、地基是否沉降等内容,另外由于土石坝大多就地取材,要考虑到当地土石质量,如是否有水溶性岩石等。

(2)要重视分析。

在得到上述材料后,应当对土石坝的抗震性进行静动力分析,主要方法如拟静力法,考虑到条块水平地震惯性、设计烈度、动态分布系数等;也可以利用动力法,考虑震前坝体初始状态,通过非线性应力的应变关系来得出结论。此外要考虑到土石坝地震的永久变形和残余变形。

(3)要核准数据。

在根据上述材料得出相关数据后,要严格按照国家标准进行设计,确定建筑物防震等级。要对数据、材料进行复核,保证数据的合理性。

(4)要考虑到用材。

要改善土体抗液化的性能,就要避开易液化的土体,采用抗液化破坏的结构。

(5)最后要注重结构。

为了抗震,要从坝高、地基、水库防控设施、坝轴线以及防渗体选材等方面考虑抗震。

2.3 确保坝体防漏与排水

坝体渗漏包括坝基渗漏、坝肩渗漏以及接触带渗漏。

(1)要注重当地土石质量。

选择材质要避开易液化的土质,同时要考虑到当地地质条件。

(2)要保证防渗墙的设计。

如果坝体设计的孔隙比较大,用其他防渗方式已经不足够防渗要求时,可以考虑沿着坝轴线设立防渗墙。但防渗墙要经过仔细设计,比如其底部必须深入二层基岩,最好能选用混凝土作为防渗墙的建材,而制造方法最好选择灌浆。

(3)要保证多重结合 ,上堵下排。

在设计过程中,最好在上游、坝体和下游共同采取措施保证防渗漏,运用粘土铺盖的方式进行水平防渗,并结合开挖导渗沟的方式。要多采取充填、灌浆的方式,填补坝体孔隙,起到防身效果。而上游最好铺设防渗层,保证其防身效果,而在下游,要争排水棱体有效。

(4)要做到排水渗漏相结合。

而在排水方面,要做到和防渗漏相结合,能做到有效排走坝体和基础的少量渗水,保证降低湿润线,而确保渗透的压力。

(5)设计合理。

可以对坝面排水设计进行进一步的加强,最好更够将放水涵道移开,保证其不会直接对冲坝脚。并且保证排水道畅通,能够接入下游河道。而对上游坝面应该设计加入预制块进行护坡,下游最好能采用曹丕护坡,并增设堆石排水棱体。

2.4 坝坡的加固与防滑

滑坡及滑坡性裂缝是土石坝溃坝的一大原因。因此在设计的过程中就要十分注重坝坡的加固。

(1)要充分考虑建设地的地理环境。

首先要对河床的土质、是否有架空层等地质条件进行考察,其次要考虑地基是否沉陷、当地土石的水溶性等材料问题,然后结合当地水文条件,考虑好坝坡的建设标准。

(2)要选择正确的坝型。

如混凝土拱坝坝型、混凝土重力坝坝型、土坝坝型等。选择坝型有许多要件,如自重、选材、施工工艺、渗水性、坝基稳固性、抗震性、耗材、温度,并结合当地的实际情况,选择使用什么坝型。

(3)最后要保证坝型的实际生成。

在选择好坝型后,要保证它的优势能被切实达成。如选材,要考虑到土石坝就地取材的特点,要保证材料切实可得;比如施工条件,要保证当地的自然环境不会阻碍施工等。

2.5 确保枢纽布置合理

(1)要选择正确的坝址。

选择坝址要考虑到多个条件,要考虑到坝址所处地区施工方便、交通便利;并且要保证工程量较小、施工期可以较短;还要考虑降低成本;并且要考虑到选择的坝址自然环境相对稳定,保证土石坝的使用寿命。

(2)要保证枢纽的全面性。

要根据当地的自然、经济、社会情况,考虑到枢纽运行的各种可能,并以此来设定枢纽的设施内容,目的是为了保证在任何情况下,该枢纽都能正常的运作,而不会被中断。

(3)要考虑降低相对费用。

这一条的前提是保证枢纽的建筑强度和稳定,在保证这一项后,可以考虑其运作成本,合理安排枢纽的运作,降低其维护、总造价和年运作费用等。

(4)要考虑布局紧凑。

在尽量少的空间内布置尽量多的枢纽,这样可以保证减少连接性的建筑,保证安全,降低成本。

参考文献

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