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1、土石坝设计分析土石坝就是指由土、石料等当地材料填筑而成的坝。在 各地建成的大坝中，土石坝占了 95%以上，尤其是小型水库 工程中的大坝基本上是土石坝。正因为数量如此之多，也就 成了除险加固工程的重头戏。土石坝设计的重点在坝基坝体防渗、坝坡抗滑稳定及泄 洪建筑物（溢洪道、泄洪洞）设计。在正常运用与非常运用 的情况下，都不能出现渗透与滑动破坏，发生洪水时不能出 现泄洪受阻，乃至造成坝顶漫水等灾难性事故。土石坝渗流分析内容包括：确定坝体浸润线；确定渗流 流速与渗透比降；确定渗流量。土、石料属于散粒材料，具 有较大的孔隙率，存在渗流不可防止。土石坝的防渗体包括 心墙、斜墙、铺盖、面板等，其材料常用黏土
2、、校、沥青聆 等；随着土工材料技术的开展，利用土工薄膜做防渗体的工 程已有建成。黏土材料防渗体的设计倒不是关键所在（在土 石坝设计书籍中都有介绍），而是取决于工程施工质量，尤 其是干密度、含水率、压实度等的控制是施工成败的关键。 在土石坝除险加固设计中，采用较多的是增设黏土斜墙，或 硅防渗墙，或黏土井柱（又称为黏土套井回填）等，其防渗 效果都比拟明显。关于渗流允许坡降的计算，规范中的推荐公式只适用于 无黏性土，对黏性土其计算结果明显偏小，过于保守。事实 上黏性土存在的黏聚力是有利于渗流稳定的，根据有关文献, 可以考虑黏聚力的三分之一参与渗流允许坡降的计算。从现有大量的小型土石坝运行情况看，用黏
3、性土建造的土坝，下 游坝坡的渗流稳定性是能满足要求的，不需要开展特别处理。关于坝坡的抗滑稳定性，显然无黏性土要好于黏性土， 这是因为无黏性土的内摩擦角比黏性土大，其自然休止角大, 故坝坡坡度相对可陡一些，像聆面板堆石坝的坝坡一般不大 于1： L5,从而筑坝工程量大幅减少，投资也较省，但对防 渗要求就高得多。在土石坝尤其是土坝的设计中，对上游坝 坡在水位骤降期的稳定性应引起足够重视，其局部滑坡问题 并不鲜见，这就需要设计人员正确对待，尽量将不利因素考 虑得周全一点，并且应在设计说明中明确提出水库的调度运 行原那么，对水位的降幅与时间提出控制标准。（注：在水闸 设计中也有这个问题，对闸孔的开闭顺序
4、、开度调节等也要 提出明确的要求。）此外，在农林开发热潮中，局部水库成 了旅游景点，坝顶兼作交通道路，因此在坝坡的抗滑稳定分 析中应计入车辆荷载的作用。土石坝的泄洪建筑物主要采用岸边溢洪道。采用正槽还 是侧槽取决于地形条件，并尽量采用正槽溢洪道。在一样溢 流宽度的条件下，正槽比侧槽的过水能力要大。在溢洪道设 计规范及设计教科书中，对泄槽段的布置，建议不用或少用 弯道；在条件允许时当然应该这样做，但从大量的小型水库 情况看，这一要求往往很难满足。曾有一座小型水库的溢洪 道对着一座民房，感觉非常惊讶，据了解由于多年没来大洪 水，溢洪道出流量不大，未威胁到民房的平安；虽然如此， 但一颗心肯定是悬着的
5、。后在加固设计时，采用弯道泄流以 避开房子。所以，受地形条件制约，将泄槽布置成弯道是不 可防止的，关键是如何合理地选择弯曲半径（有条件时可设 置缓和曲线）及设置两侧导墙，保证水流平顺，留足平安超 高。在溢洪道设计中，应该密切关注泄槽底板及消力池底板 的抗冲与抗浮稳定问题。某省一座大型水库的溢洪道，因设 计考虑不周，建成投用不到十年，其消力池底板便出现了严 重的冲刷破坏，不得不花费100多万元开展加固。在泄槽段， 由于流速大，动水压力作用显著，抗冲问题不容忽略。同时， 为防止底板浮动，无论是岩基还是土基都应在底部设置良好 的纵向与横向排水系统，其中一般土基上可设置直径 10500px的排水管，岩
6、石地基可开挖0. 3mX0.3m左右的沟 槽，并回填碎石；对岩基上的底板在必要时可在底部增设直 径不小于25mm的锚固钢筋以保证底板的稳定性。与土石坝设计，尤其是除险加固设计密切相关的还有坝 下涵管的设计问题。受历史条件制约，大量的小型水库工程 的灌溉取水都是采用的坝下涵管，在水库平安认定当中，涵 管部位的渗漏问题尤其突出；一方面是管材质量本身存在问 题，另一方面是当时施工质量存在隐患。目前常用的处理方 法包括三类：一是在条件允许时将其封堵，另行开挖输水隧 洞，这种方法比拟保险，但投资较大（因施工需要有最小洞 径限制）；二是采用拆掉重建的方法，投资相对较少，但在 施工质量上必须引起高度重视，尤其是涵管周围的截渗体; 三是采用虹吸管取水，施工方便，投资较省，但在操作管理 上有一定的技术要求，同时要满足一个前提条件，虹吸管顶 部（最高处）与上游水面的距离再加上水头损失后必须小于 7nl （理论极限是10m,但实际的真空压强达不到理论值），否 那么虹吸作用形成不了，所以其使用场合受到限制。