坝体设计.doc

EM 1110-2-2300
第七章坝体设计
填筑材料
a. 土料填筑材料
只要土料能够溶解且充分的无机, 大多数的土料皆可用作土料填筑材料, 然而在一般情况下, 应避免使用液限高于80的岩粉&粘土. 此处所说的“土料”包括在处理和碾压过程中被碾碎成土料的软沙岩或者其他的岩石。
如果细颗粒土方便获取且其含水在含水量范围之内且适合施工机械进行碾压&处理, 那么其亦可用作坝体施工。因为过多的含水,且在一些气候区因为在施工期间这些气候区可预期的雨季而使得减水措施变得不可行, 一些低干不透水土料可能不能用作坝体填筑材料。在另一些情况下, 一些土料可能需要添加水以使其达到最优含水量进行碾压。甚至在料场就有必要进行蓄水或者洒水。使用高含水量的细颗粒土在坝体自身重量的作用下,可能会引起孔水压。在进行蓄水或者洒水之前,可通过弯折或碾的方法使水半自动的进入干硬的土料中。
一般来说,要想充分减少不透水土料中的水份是一件困难的事情,如果一个料场的不透水土料的含水量高于最优含水量2%~5%(取决于其本事的塑性特征),那么这种不透水土料在施工中可能很难使用。然而, 这个也取决于当地的气候条件以及工程的规模和分布情况,并且必须根据每个工程的具体情况进行评估。使用较干的材料的代价是需要较长的过程,需要将其与使用较湿的材料进行比较。在其他因素一样,并且能够进行选择的情况下,含有较宽颗粒尺寸(优级配)的土料与相对单一的颗粒尺寸的土料相比更为理想, 因为其模型更为坚固,不易裂开,被腐蚀和液化且受压更小些。土料中包含的鹅卵石和大石会增加施工的成本,因为如果石头的最大尺寸大于碾压层的层厚的话,就需要将其清除以便进行适当的碾压。对于因为干燥而引起适度收缩的坝体材料来说,应使用足够层厚的非收缩细颗粒土料以减少蒸发。除了被用做坝体的不透水层,粘质土不能用作回填与混凝土或石工结构进行接触。
大多数适合用作土坝不透水层的土料也同样适合用作堆石坝的不透水层。当需要将含水损失减少到最少(当使用水库来进行长期的储水)并且细颗粒土料供应不足的时候,将会导致层厚薄,这个时候土坝心墙所使用的材料应该是低渗透性的。在渗水损失不重要的地方,如洪水调节坝并不储水,那么可使用相对较薄的不透水层。
b. 堆石坝填筑材料
坚硬的石头是理想的碾压堆石坝填筑材料,一些风化岩石或弱硬度岩石也适合用作堆石坝填筑材料,包括砂岩和水泥化的页岩(不包括粘土质的页岩)。在开挖,填筑或者碾压过程中被破碎成细颗粒的岩石不再适合用作堆石坝填筑材料,而应被看作土料。在生产堆石填筑材料的过程中,需要将多余的细颗粒料或者超径材料除去。如果需要对堆石材料进行劈裂处理的话,那么至少应该加工符合要求结果的最低数量的石料。对于指导如何生产满足要求的堆石材料以及料场的试验,可参考EM 1110-2-3800和EM 1110-2-2302.
在深度霜冻的地方,坝体的外层岩石应该是比温和气候条件下的岩石更具有耐久性的。很轻易就被破裂,压碎或粉碎成粉尘和细小碎片的岩石不适合用作堆石填筑材料。岩石是否适合用作堆石填筑材料可通过对外露岩石的风化作用的检测来进行判断。在进行叠层碾压的时候,由相对较宽级配,多角,松散碎片组成的堆石填筑材料的沉降会低于由平角,长片状组成且在应力条件下会破碎的堆石填筑材料的沉降。如果在填筑过程中出现大量的圆形的鹅卵石和大石,无需将其捡出并分成单独的区域进行填筑。
分区
坝体应该分区以便尽可能多的从要求的开挖现场和料场以最短的运输距离&最低的浪费取得要求的坝体填筑材料。坝体分区应提供足够的不透水区域,心墙料和外层之间的过渡料,渗流控制以及稳定性。过渡区域的材料的级配应该符合附件B中的反滤标准。

在一般类型的土坝填筑中, 位于中间位置的不透水心心墙都是与多重的支持心墙的透水层侧面相接的(图2-1b 和2-1c)。上游层的主要作用是在施工末期, 快速降水期,地震以及其他一些负荷条件下保证坝体的稳定性。下游面的主要作用是排水以控制渗流水位和在地震期间水库高水位的情况保证坝体的稳定性。在渗流和水库快速渗流的过程中的大多数有效的控制来说,渗透会从心墙到边坡逐步增加。通常情况下,一般没有合适的材料来进行处理透水的下游面。在这种情况下,在坝体填筑期间控制渗流就显得非常重要。如在6-2a(3)中讨论的坝体内部排水一样。
对于中间为不透水心墙的坝体而言,心墙的宽度设计要考虑渗流通道,填筑心墙和其他层材料的类型,反滤设计以及地震因素。大致上,心墙基础部位的宽度应该等于或者大于最高水库高程和最低尾水高程之差的25%。不透水层和岩石之间的接触面越宽,那么沿接触面发生渗漏的可能性就越小。在选择窄心墙的坝体中,从工程角度增加与岩石接触面的心墙宽度是有好处的,因为它可以产生宽的心墙接触面。当不透