堆石坝
发布时间:2017-09-13
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来源:百度百科


堆石坝的主体是用石料填筑,配以防渗体建成的坝。它是土石坝的一种。这种坝的优点是可充分利用当地天然材料,能适应不同的地质条件,施工方法比较简便,抗震性能好等。其不足是一般需在坝外设置施工导流和泄洪建筑物。

 

定义

坝体由堆石和防渗体组成,堆石占坝体积的50%以上,经抛填或碾压而成的土石坝。[1] 

 

沿革

堆石坝有悠久的历史。中国公元前 256~前251年修建的四川都江堰水利工程,就是用竹笼装卵石叠成的。约公元200年,印度南部建成了高韦里河三角洲系统砌石堰工程,用于灌溉。500多年前修建的中国四川高岩头溢流堆石坝坝高3m,溢流量1000m/s,溢流面是用条石干砌的,至今仍在运用。19世纪中叶美国在西部的偏远矿区,修建了早期的堆石坝,上游面采用木板防渗。1931年美国建成了高100m的盐泉堆石坝,防渗体为钢筋混凝土面板。1934年德国修建了世界第一座高 13m的阿梅克沥青混凝土斜墙堆石坝。
由于在相当长的一段时间内,堆石主要采用码砌或自高处向下抛填,再辅以压力水冲实的方法施工,对石料的块径和强度要求高。抛填的堆石坝,坝的密实度较低,建成后有较大的沉陷,容易造成防渗体破坏而引起类型坝体漏水。因此,在20世纪50年代以前,世界上修建的堆石坝数量不多,大于100m的高坝更少。
20世纪50年代出现了用定向爆破方法修建堆石坝。中国已建成坝高 82.5m的石砭峪坝。20世纪60年代以后,随着重型振动碾等机械的出现,坝体堆石可碾压到相当高的密度,使坝的沉陷量大大减小,对石料也只要求一般的强度,并可将溢洪道、输水洞开挖出的石料用于填筑坝壳。这就使工程具有投资省、施工速度快和质量好等优点,从而出现了高堆石坝比重增加的趋势,坝的高度现已超过200m。1980年墨西哥修建的奇科阿森堆石坝,坝高261m。
钢筋混凝土面板碾压堆石坝也是60年代以后发展起来的,世界上最高的钢筋混凝土面板堆石坝是巴西1980年建成的高160m的福斯-杜阿雷亚坝。中国湖北省的西北口钢筋混凝土面板堆石坝,最大坝高85m。

 

 

类型

按防渗体设置的部位、施工方法及运用方式,堆石坝的形式主要有以下几种。
心墙堆石坝:防渗体位于坝轴线处,两侧为堆石体。防渗体可以为土料、沥青混凝土、钢筋混凝土。1978年香港地区建成的高岛(东)沥青混凝土心墙堆石坝,坝高107m。钢筋混凝土心墙的受力条件比较复杂,容易产生裂缝,抗震性能也较差,现已很少采用。 如土心墙的位置稍偏向上游,且其上下游坡都倾向上游时,称为斜心墙堆石坝
斜墙(或面板)堆石坝防渗体位于堆石体上游,材料有土料、钢筋混凝土、沥青混凝土、木材等。防渗土体可以放在堆石体上游,也可在土斜墙上设置较厚的堆石层。瑞士1967年建成的马特马克坝,高120m,防渗斜墙用砾质土填筑,上游坡较陡为1:1.7~1:2.1
钢筋混凝土斜墙(或面板)堆石坝,坝的上下游坡都接近堆石的自然坡。早期的钢筋混凝土斜墙坝,在斜墙下部干砌一层片石做垫层,以防止面板出现裂缝漏水。60年代以后发展的碾压钢筋混凝土面板堆石坝。 面板下一般设置一层垫层料和一层过渡层,靠近面板的垫层料要求渗透系数为10~10cm/s,当面板出现裂缝或止水破坏时,可防止大量漏水。钢筋混凝土面板可以做成只设竖向缝或分设竖向缝和水平缝。沥青混凝土可采用单层或双层。1936年阿尔及利亚建成埃尔格里卜沥青混凝土面板堆石坝,坝高72m。木材做防渗体,现已经很少采用。
定向爆破堆石坝:当河谷狭窄,山体较厚,岸坡高陡,地质条件比较简单时,在两岸或一岸的山体中预挖药室,放置炸药,一次或分次爆破,使岩体按照一定的方向抛掷到河谷中,堆积成坝。然后再用一般方法填筑并修整到预定的断面和高度,并在上游设置防渗层。
重力墙式堆石坝 坝上游用混凝土、浆砌石或干砌石筑一重力式墙,下游为堆石体。在干砌石的上游用钢筋混凝土或沥青木板防渗。香港地区坝高 84m的新民坝,四川坝高51m的狮子滩坝均采用这种坝型。
过水堆石坝:于坝顶和下游坡采用钢筋混凝土或浆砌石等护面,并对坝脚加以防护,以防止水流冲刷基。现已建成的过水堆石坝的高度和溢流量均不大。

 

 

设计要点

堆石坝的设计与土坝设计基本相似,包括稳定分析、渗流计算、 沉陷计算、 坝体细部结构设计等。对于高堆石坝还应采用有限元法进行应力应变计算,以了解坝体的应力和变形情况,有无产生拉力和裂缝的区域。坝体稳定计算可根据坝型采用圆弧法和折线法。当两侧堆石体较厚时,也可用堆石的内摩擦角和堆石体坡角的比值直接求出堆石体的稳定安全系数。在地震区,应计入地震荷载。堆石坝的沉陷,当采用码砌或抛填法时,很难用计算确定。根据经验,用抛填法筑坝,竣工后沉陷量可达坝高的1%~2%。采用振动碾压方法筑坝,施工完毕后,堆石沉陷量很小。如为土心墙,心墙在固结时会产生应力转移,引起心墙起拱作用,产生水平裂缝如采用钢筋混凝土面板或沥青混凝土斜墙,蓄水后在陡岸处易引起面板沉陷量过大,造成止水破坏为防止以上现象,除通过有限元法计算分析外,还应从构造上采取措施,防止裂缝的产生。
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