土石坝排水设施探析,本文是一篇关于排水设施论文范文，可作为相关选题参考,和写作参考文献。
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［摘 要］ 土石坝的上、下游坝面通常要设置护坡.设置护坡的目的是为了保护上游坝坡免受波浪淘刷、顺坡水流冲刷、冰层和漂浮物等的危害作用及下游坝坡免遭雨水冲刷、冻胀干裂等主要因素的破坏作用.此外,还有防止无粘性土料被大风吹散,鼠、蛇和土栖白蚁等野生动物在坝坡中营洞造穴对坝坡造成危害作用.
［关键词］ 土石坝；护坡设置；排水设施
［作者简介］ 张国顺,广西海河水利建设有限责任公司一分公司工程师,广西 黎塘,530409
［中图分类号］ TV641［文献标识码］ A［文章编号］ 1007-7723（2011）11-0091-0005
一、护坡及坝面排水
土石坝的上、下游坝面通常要设置护坡.设置护坡的目的是为了保护上游坝坡免受波浪淘刷、顺坡水流冲刷、冰层和漂浮物等的危害作用及下游坝坡免遭雨水冲刷、冻胀干裂等主要因素的破坏作用.此外,还有防止无粘性土料被大风吹散,鼠、蛇和土栖白蚁等野生动物在坝坡中营洞造穴对坝坡造成危害作用.因此,土石坝除由堆石、卵石、碎石筑成的下游坝坡外,均应设置专门的护坡.
(一)上游护坡
上游坝面的工作条件较差；应选择具有足够抗冲能力的护坡,可采用于砌石、浆砌石、堆石、混凝土块(板)或沥青混凝土护坡.
砌石护坡由人工将块石铺砌而成.其中,干砌石护坡最常用,根据风浪大小,干砌石护坡可采用单层砌石或双层砌石,单层砌石厚约30～50cm[图1(a)],双层砌石厚约40～60cra[图1(b)],下面铺设15～25cm厚的碎石或砾石垫层.浆砌石护坡与干砌石护坡类似,是在块石之间充填砂浆或细石混凝土,使之形成整体,其抗冲能力和稳定性较好,厚度可比干砌石护坡酌情减小.浆砌石护坡一般适用于波浪较高(大于2.0m)、压力较大、采用干砌石容易冲坏的情况.
堆石坝广泛采用堆石或抛石护坡,是在堆石填筑面上用推土机或抓石机将超径大块石置于上游坝坡面,这样有利于机械化施工,可缩短工期,且保证安全.有条件的土石坝也可采用这种护坡坡型.
在石料缺乏的地区可考虑采用混凝土护坡.我国采用的混凝土护坡有现浇和预制两种型式,厚度一般为15～20cm.现浇式可采用边长为10～15m的板块,预制式可采用边长为1.5～2.5m的板块或厚度为l0cm的六角形预制块,如图2所示.
上游护坡范围：上至坝顶,下至水库最低水位以下2.5m(4、5级坝可为1.5m),最低水位不确定时常护至坝底,在马道及坡脚应设置基座以增加稳定性,如图1所示.
(二)下游护坡
下游坝坡的工作条件相对上游坝坡要好些,护坡一般宜简化设置.可采用草皮、单层干砌石护坡、碎石或块石护坡及钢筋混凝土框格填石护坡等.
草皮护坡是均质坝最常见的护坡型式,也是最经济的护坡型式之一.如果坝面排水布置合理,则护坡效果会较好,而且可以美化环境,国内外应用较普遍.草皮护坡是在下游坝坡上铺20～30cm厚的腐殖土,然后在上面种草或移植草皮.草苗宜采用爬地草或矮草,以减小日常维护工作.
钢筋混凝土框格填石护坡适用于坝坡较陡、采用卵石或碎石护破不稳定且不适宜草皮护坡的情况.框格尺寸一般为4m×4m,框条宽20cm、厚30cm,在框格内可填卵石或碎石.
下游护坡范围：上至坝顶,下至排水体顶部,无排水体时也应护至坡脚.
这里需要注意的是：上、下游坝坡采用于砌石、浆砌石、卵石或碎石、混凝土(沥青混凝土或钢筋混凝土)护坡时,护坡底部都应是设置碎石或砂砾石垫层,垫层厚度应满足防冻要求；对有防渗要求的部位,护坡与被保护的土料之间应设置反滤层；当采用现浇混凝土或钢筋混凝土和浆砌石护坡时,均应预留排水孔,以便消除护坡底面积水、降低浸润线和护坡底面扬压力.
(三)坝面排水
为了防止雨水冲刷,在下游坝坡上常设置纵横连贯的排水沟.沿土石坝与岸坡的连接处也应设置排水沟,以拦截山坡上的雨水.坝面上纵向排水沟沿马道内侧布置,横向排水沟可每隔50～l00m设置1条,总数不得少于2条.排水沟可采用浆砌石或混凝土块砌筑,断面一般为深20cm、宽30cm,如图3所示.
二、防渗体
为了减少渗漏量、降低浸润线以增加下游坝坡的稳定性、降低渗透坡降以防止渗透变形,土石坝应采取适当的防渗、排水措施.土石坝的防渗措施包括坝体防渗、坝基防渗及坝体与坝基、岸坡与其他建筑连接的接触防渗.这里仅介绍坝体防渗、排水,坝基防渗、排水设施.
均质坝因坝体土料透水性较小,本身就是一个防渗体.因此,除均质坝外,土石坝均应设置专门的防渗体.防渗体按材料可分土质防渗体和非土质防渗体,其中,土质防渗体包括粘土心墙和粘土斜墙；非土质防渗体包括沥青混凝土或钢筋混凝土心墙、斜墙、面板和复合土工膜等.
(一)土质防渗体
土质防渗体的顶部高程应高出设计洪水位0.3～0.6m以上,且不低于校核洪水位,如防渗体顶部与防浪墙紧密连接时,可不受此限制.土质防渗体自顶向底逐渐加宽,心墙两侧的边坡一般在1∶0.15～1∶0.30之间.防渗体顶部宽度按构造和施工要求确定,且不宜小于3.0m.防渗体的底部厚度：心墙一般不宜小于水头的1/4,斜墙一般不宜小于水头的1/5.土质心墙、斜墙的顶部及土质斜墙的上游侧均应设砂性保护层,其厚度应大于冻结和干燥深度,且不小于1.0m.防渗体两侧均应设反滤层或过渡层,如图4所示.
(二)复合土工膜
复合土工膜是岩土工程中用于防渗的人工合成材料,是由土工织物和土工膜在工厂加工而成.复合土工膜不仅防渗性能好,而且具有质量轻、柔性好、强度高、耐磨等优点.利用复合土工膜作坝体防渗材料,可以降低工程造价,施工方便快捷,不受气候影响.对2级及其以下的低坝,经论证后可采用土工膜代替粘土、混凝土或沥青等作为坝体的防渗材料.
复合土工膜易被硬物刺穿,为了保护土工膜免受损坏,应在土工膜上面铺设保护层,其下设置支持层.保护层分面层和垫层,面层防御风浪淘刷,垫层保护土工膜不被刺破.保护层的厚度应以保护土工膜不被紫外线辐射为原则.支持层的作用是使土工膜受力均匀,免受局部应力集中而破坏.支持层应以透水材料填筑,能通畅排除通过土工膜的渗水.
三、坝体排水设备
土石坝虽设有防渗体拦截渗水,但仍有一定的水量渗入坝体内.因此,应在渗流出口处设置坝体排水设备,将渗水有计划地排出坝外,以降低坝体浸润线和孔隙压力,防止渗流逸出区产生渗透变形,增加坝坡稳定性,保护坝坡土层不产生冻胀破坏.常用的坝体排水设备有以下几种.
(一)贴坡排水
贴坡排水又称表面排水,是在下游坝坡底部表面用块石、卵石等分层填筑而成的排水设备,如图5所示.排水顶部应高出坝体浸润线逸出点1.5m以上,且应使坝体浸润线在冻结深度以下.当下游有水时,还应满足波浪爬高的要求.当坝体为粘性土时,排水设备的厚度应大于当地冻结深度,以保证渗水不在排水设备内冻结.在贴坡排水下游处应设置排水沟,其深度应使水面结冰后,排水沟的下游仍有足够的排水断面.
这种排水设备构造简单,省工节料,便于施工和检修,能防止渗流逸出点处的渗透变形,并可保护下游坝坡不受冲刷.但不能降低浸润线,且易冰冻而失效.常用于中、小型工程下游无水的均质坝或浸润线较低的中低坝.
(二)棱体排水
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