水工建筑物孙明权土石坝的构造73坝体排水和反滤层
水工建筑物课本资料
水工建筑物课本基本资料重力坝的工作特点：1、由于筑坝材料强度高，耐久性好，抵抗洪水漫顶、渗透、冲刷、地震破坏等的能力强，因而失事率低，工作安全可靠。
2、对地质、地形条件的适应性强。
3、由于重力坝可做成溢流的，也可在大坝内设计泄水孔，故一般不需另设溢洪道或泄水隧洞，枢纽布置紧凑。
4、结构作用明确。
5、施工方便。
6、由于坝体泡面尺寸往往有稳定和坝体拉应力强度条件控制而做的很大，材料用量多，坝内应力较低，材料强度不能充分的发挥，且坝底面积较大，因而扬压力较大，对稳定不利。
7、因坝体体积较大，施工混凝土温度收缩应力也较大，为防止温度裂缝，施工是对混凝土温度控制的要求较高。
重力坝的类型：1、按坝体高度分：重力坝可以分为高坝（H>70m）、中坝（H=30~70m）和低坝（H<30m）。
2、按筑坝材料分：混凝土重力坝和浆砌石重力坝。
3、按剖面型式分：实体重力坝、宽缝重力坝、空腹重力坝、预应力锚固重力坝等4、按泄水条件分：溢流坝段、挡水坝段、底孔坝段、电站引水坝段。
重力坝设计的主要内容包括：1、剖面设计、稳定设计、应力分析、构造设计、地基处理。
重力坝主要承载的荷载有：自重、静水压力、动水压力、扬压力、泥沙压力、浪压力、冰压力以及地震荷载等。
扬压力：在某截面上，由于渗透水引起的水压力成为渗透压力，由于下游水深引起的水压力称为浮托力，渗透压力与浮托力之和称为扬压力。
（工程中常采取防渗和排水措施）重力坝的抗滑稳定分析：1、抗剪断公式：式中：∑W—坝基面以上的总铅直力，KN,∑P—坝基面以上总的水平力，KNU—作用在坝底面上的扬压力，KNF—接触面间的摩擦系数。
2、抗剪断强度公式：式中：f‘c’—坝体混凝土与坝基接触面处的抗剪断摩擦系数和抗剪断凝聚力，N/m2A—计算单元的坝底面积，m2f‘c’值应有材料破坏试验确定，根据我国25座混凝土坝的野外试验资料统计，f‘值一般为0.8~1.8，c’值一般为（0.2~2.4）*106N/m2抗剪断公式形式简单，对摩擦系数f的选择有多年的经验，应用广泛，但是忽略了坝体与基岩的胶结作用，不能完全反应坝的工作状况。
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缺点：对不均匀沉降的适应性差，
易断裂且难以检修。
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d.综合式排水
兼有各种单一排水型式的优点。
合式排水
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2.反滤层及过渡层
反滤层一般由1～3层级配均匀， 耐风化的砂、砾、卵石或碎石构成， 每层粒径随渗流方向而增大。
的作用：反
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(2)反滤层设计的原则：
① 被保护土层不发生管涌等有害 的渗透变形。
② 透水性大于被保护土层，能通 畅地排除渗透水流，同时不致被细颗 粒淤塞而失效。
反的原：
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(3)反滤层的设计：
≤4～5 且 ≥5
≥且5 5～≤反4：的
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(4)反滤层的位置：
在土质防渗体与坝壳或坝基透水 层之间，以及渗流进入排水处。
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优点： 排水效果好，可以降低浸
润线，防止坝坡冻胀，保护下游坝脚免 遭波浪淘刷，还可与坝基排水相连接。 当坝基强度足够时，还可支撑坝体、增 加坝体的稳定性。
缺点： 石料用量大，费用高，与
坝体施工有干扰，检修困难。
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b.贴坡排水 结构： 又称表层排水， 在下游坝
坡表面用一二层堆石或砌石加反滤层铺 设成。
近乎垂直或
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(6)过渡层：
避免刚度相差较大的两种土料之间 产生急剧的变形和应力。
反滤层可以起过渡层作用，但过渡 层不能做反滤层。
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的位置：反
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(5)反滤层类型：
Ⅰ型反滤：其特点是反滤层位于被 保护土层的下部，渗流方向主要由上 向下，如褥垫排水；
Ⅱ型反滤：其特点是反滤层位于被 保护土层的上部，渗流方向主要由下 向上，如减压沟的反滤层。
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二建水利实务高频考点
二建水利实务技术知识点重点难点精华高频考点梳理130条仙丹级精华考点，高频中的高频，精选中的精选，施工技术的重中之重，快速提分，必背！必熟！一、水利水电工程建筑物的类型及相关要求1.土石坝的施工方法1碾压式土石坝2水利充填坝3定向爆破堆石坝2.土石坝的组成部分1坝顶2防渗体3上下游坝坡4坝体排水5地基处理3.坝顶构造1防渗体2防浪墙3路面4护面4.土石坝防渗体形式1心墙2斜墙3铺盖4截水墙5.防渗体的作用1减少通过坝体和坝基的渗流量2降低浸润线，增加下游坝体的稳定性3降低渗透坡降，防止渗透变形6.坝体排水形式1贴坡排水2棱体排水3褥垫排水4管式排水5综合式排水口诀：贴合观乳体7.土石坝护坡形式1草皮2抛石3干砌石4浆砌石5混凝土或钢筋混凝土6沥青混凝土或水泥土8.土石坝护坡的作用1防止波浪淘刷2顺坝水流冲刷3冰冻4其他形式的破坏9.混凝土坝的主要类型1重力坝2拱坝3支墩坝10.重力坝分缝的分类1横缝2纵缝3水平施工缝11.纵缝的分类1铅直缝2斜缝3错缝12.纵缝的作用1适应混凝土的浇筑能力2散热3减小施工期13.水平施工缝施工工序1清除表面浮渣2凿毛处理3压力水冲洗4铺2~3cm水泥砂浆5浇筑14.拱坝的类型1定圆心等半径拱坝2等中心角变半径拱坝3变圆心变半径双曲拱坝15.支墩坝的类型1平板坝2连拱坝3大头坝16.水闸按所承担的任务分类1进水闸2节制闸3泄水闸4排水闸5挡潮闸17.水闸的组成部分1闸室2上游连接段3下游连接段18.闸室的组成1底板2闸墩3闸门4胸墙5工作桥6交通桥19.底板的分类1平底板2低堰底板3反拱底板20.上游连接段的组成1铺盖2护底3护坡4上游翼墙21.上游翼墙的作用1改善水流条件2挡土3防冲4防渗22.下游连接段的组成1护坦2海漫3防冲槽23.护坦的作用1承受高速流水的冲刷2承受流水脉动压力3承受底部扬压力24.海漫的作用1继续消除余能2渗流顺利排出3适应河床变形25.海漫的结构质量要求1表面粗糙2透水性好3一定柔性26.橡胶坝的类型1袋式2帆式3刚柔混合结构式27.袋式坝的类型1充水式2充气式3气水混合式28.泵站按功能分类1灌溉泵站2排涝泵站3排灌结合泵站29.叶片泵的分类1离心泵2轴流泵3混流泵口诀：离魂咒30.叶片泵性能参数1流量2扬程3功率4效率5允许吸上真空高度或必需汽蚀余量6转速31.水泵内的能力损失1水力损失2容积损失3机械损失32.渠系建筑物类型1渡槽2涵洞3倒虹吸管4跌水5陡坡33.倒虹吸管的类型1竖井式2斜管式3曲线式4桥式34.临时性建筑物级别划分依据1保护对象2失事后果3使用年限4临时性挡水建筑物的规模35.堤防工程“三水位”1设防水位2警戒水位3保证水位二、水利水电工程勘察与测量36.地质构造的形式1产状2褶皱3断裂37.坝基稳定问题1渗透稳定2沉降稳定3抗滑稳定38.常见的边坡变形破坏1松弛张裂2蠕动变形3崩塌4滑坡39.防止边坡失稳的措施1采取合理坡度2设置边坡护面3基坑支护4降低地下水位40.常见的测量仪器1水准仪2经纬仪3电磁波测距仪4全站仪5卫星定位系统41.水准仪测量误差来源1仪器误差2观测误差3外界条件的影响42.水准仪仪器误差包括1仪器校正不完善的误差2对光误差3水准尺误差43.水准仪观测误差包括1整平误差2视差3照准误差4估读误差5水准尺竖立不直的误差44.水准仪外界条件影响的误差包括1仪器升降的误差2尺垫升降的误差3地球曲率的影响4大气折光的影响45.全站仪的作用1偏心测量2悬高测量3对边测量4面积计算。
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坝体排水和反滤层
坝体排水和反滤层土石坝渗流控制的基本原则是防、排结合，排水和反滤是其重要的组成部分。
排水的作用是：控制和引导渗流，降低浸润线，加速孔隙水压力消散，以增强坝的稳定，并保护下游坝坡免遭冻胀破坏。
反滤层则是保护渗流出口，防止坝体和坝基发管涌、流土等不利渗透变形的最直接、最有效的措施。
坝体排水分为棱体排水、贴坡排水、坝内排水棱体排水棱体排水又称滤水坝趾，它是在下游坝脚处用块石堆成的棱体。
棱体排水是一种可靠的、被广泛采用的排水设施。
它可以降低浸润线，防止坝坡冻胀，保护下游坝脚不受尾水淘刷且有支持坝体增加稳定性的作用。
但石料用量大，费用较高，与坝体施工有干扰，检修也较困难。
坝内排水褥垫排水坝内排水包括褥垫排水层、网状排水带、排水管、竖式排水体等。
褥垫排水是沿坝基面平铺的由石块组成的水平排水层、外包反滤层。
当下游无水时，它能有效地降低浸润线，有助于坝基排水，加速软粘土地基的固结。
缺点是对不均匀沉降的适应性差，易断裂，且难以检修。
当下药水位高过排水设备时，降低浸润线的效果将显著降低。
贴坡排水贴坡排水又称表面排水，它是用一二层堆石或砌石加反滤层直接铺设在下游坝坡表面不伸入坝体的排水设施。
排水顶部需高出浸润线逸出点，排水的厚度应大于当地的冰冻深度。
这种形式的排水构造简单，用料节省，施工方便，易于维修。
但不能降低浸润线，且易因冰冻而失效。
三峡工程是举世瞩目的世界第一大水电工程。
电站总装机容量达18200兆瓦，电站共有26台机组，单机容量700兆瓦，设计水头(含水击压力)141米。
要保证如此巨大容量的水轮发电机组正常发电，需要建造每条能输送1000立方米/秒流量的引水压力管道26条。
根据设计，管道的直径为12.4米，比四层楼房还要高，为世界水电站引水压力管之最，比目前美国大苦力水电站直径12.2米的压力管还大0.2米。
引水压力管道，是电站的大动脉，建造技术要求极高，美国大苦力水电站压力管所用的钢板厚度达54毫米。
这给三峡工程建设出了一道很大的难题，因为目前我国生产能用于压力管的最厚钢板只有36毫米。
土石坝研究
f28(MPa)
另外本研究还对胶凝砂砾石材料的龄期、 水灰比、 另外本研究还对胶凝砂砾石材料的龄期 、 水灰比 、 含砂率、粉煤灰添加等问题进行研究，得出如下结论： 含砂率、粉煤灰添加等问题进行研究，得出如下结论： 胶凝砂砾石材料强度随养护龄期的增长而增大， 1）胶凝砂砾石材料强度随养护龄期的增长而增大， 龄期为7 天抗压强度约为28 天的70 28天的 70% 龄期为90 90天抗压强 龄期为 7 天抗压强度约为 28 天的 70% ， 龄期为 90 天抗压强 度约为28天的130 28天的130% 度约为28天的130%。 水灰比对胶凝砂砾石材料强度影响很大， 2）水灰比对胶凝砂砾石材料强度影响很大，其取值 范围应在0 之间。 范围应在0.8～1.2之间。 3）天然砂砾石的含砂率是胶凝砂砾石材料抗压强度 的另一关键参数，根据本次试验结果，最优含砂率为0 的另一关键参数，根据本次试验结果，最优含砂率为0.2。 粉煤灰取代水泥，如果采用等量取代， 4）粉煤灰取代水泥，如果采用等量取代，则强度随 取代量增加强度而降低; 取代量增加强度而降低;当采用超量取代时存在最优取代 而且最优取代量随水泥用量的不同而不同。 量，而且最优取代量随水泥用量的不同而不同。
4 胶凝砂砾石坝剖面型式研究
课题组根据三轴试验得到的材料特性参数， 课题组根据三轴试验得到的材料特性参数，按土 石坝边坡稳定分析方法进行分析，得出各种胶凝材料 石坝边坡稳定分析方法进行分析， 含量对应的坝坡稳定坡角及坡比值， 含量对应的坝坡稳定坡角及坡比值，初步得出了胶凝 砂砾石材料用量C与坝坡稳定坡比值λ之间的关系。 砂砾石材料用量C与坝坡稳定坡比值λ之间的关系。
从实验的整体结果来看胶凝砂砾石材料的抗压强 度比较低， 度比较低 ， 这一结果在国际上一些同类工程中也得到 证实， 如希腊的Marathia坝和 坝和AnoMera坝 ， 胶凝材料 证实 ， 如希腊的 坝和 坝 为 70kg/m3( 粉 煤 灰 含 量 20%) ， 特 殊 情 况 下 为 水 泥 80kg/m3，此时就不再添加粉煤灰或其它的胶凝材料， 此时就不再添加粉煤灰或其它的胶凝材料， 7天、28天、90天龄期设计强度分别为 天龄期设计强度分别为3MPa、4MPa、 天 天 天龄期设计强度分别为 、 、 5MPa；目前世界上己建的最高的胶凝砂砾石坝土耳其 ； 的 Cindere坝 ， 坝高 坝 坝高107m， 胶凝材料为 ， 胶凝材料为50kg/m3 水泥和 20kg/m3的粉煤灰，180天龄期的强度也仅有 的粉煤灰， 天龄期的强度也仅有 天龄期的强度也仅有6MPa。 。
水工建筑物13
第十一节 堆石坝
混凝土面板堆石坝是以堆石体为支承 结构， 采用混凝土面板作为坝的防渗体 ， 结构 ， 采用混凝土面板作为坝的防渗体， 并将其设置在堆石体上游面。 并将其设置在堆石体上游面。
一、趾板 二、混凝土面板
西北口混凝土面板堆石坝断面
三、堆石体 （1）垫层区 （3）主堆石区 （2）过渡区 （4）下游堆石区
二、坝顶及护坡
（一）坝顶 坝顶需设路面， 坝顶需设路面 ，当有交通要求时应按道路 要求设计，如无交通要求， 要求设计 ，如无交通要求， 则可用单层砌石或 砾石护面以保护坝体。 砾石护面以保护坝体。 坝顶设防浪墙可降低坝顶路面高程， 坝顶设防浪墙可降低坝顶路面高程， 防浪 墙高度约为1 左右， 墙高度约为1.2m左右，可用浆砌石或混凝土筑 为便于排除坝顶雨水， 成。为便于排除坝顶雨水， 坝顶路面常设直线 或折线型横坡，坡度宜采用2 或折线型横坡，坡度宜采用2%～3%。
（2）复合土工膜
土工膜是土工合成材料的一种，包括聚乙烯、 土工膜是土工合成材料的一种，包括聚乙烯、聚氯 乙烯、氯化聚乙烯等。土工膜具有很好的物理、 乙烯、氯化聚乙烯等。土工膜具有很好的物理、力 学和水力学特性，其渗透系数一般都小于10 10学和水力学特性，其渗透系数一般都小于10-8～ 10-12cm/s， 10-12cm/s，高密度聚乙烯薄板的渗透系数可以小 10-13cm/s，具有很好的防渗性。 于10-13cm/s，具有很好的防渗性。 如云南楚雄州塘房庙堆石坝， 坝高50 50m 如云南楚雄州塘房庙堆石坝 ， 坝高 50m ， 采用复合 土工膜作防渗材料，布置在坝体断面中间， 土工膜作防渗材料，布置在坝体断面中间，现已竣 工运行。 工运行。
四、 面板接缝及止水
a)受压垂直缝b)受拉垂直缝c)周边缝及止水 a)受压垂直缝b)受拉垂直缝c)周边缝及止水 受压垂直缝b)受拉垂直缝c)
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(1)反滤层的作用：
滤土排水，保护渗流出口，防止水 工建筑物在渗流逸出处遭受管涌、流 土等渗流变形的破坏以及不同土层界 面的接触冲刷。在下游侧具有承压水 的土层，还可起压重作用。
(2)反滤层设计的原则：
坝体施工有干扰，检修困难。
b.贴坡排水 结构：又称表层排水，在下游坝
坡表面用一二层堆石或砌石加反滤层铺 设成。
优点：结构简单，用料省，施
工方便，易于检修。
缺点：不能降低浸润线，防冻
性较差。但能提高坝坡的抗渗稳定 性和抗冲刷能力。
c.褥垫排水 结构：沿坝基面平铺的由块石组
成的水平排水层、外包反滤层。
①被保护土层不发生管涌等有害 的渗透变形。
②透水性大于被保护土层，能通 畅地排除渗透水流，同时不致被细颗 粒淤塞而失效。
(3)反滤层的设计：
D15 d85 ≤4～5 且 D d 15 15 ≥5
(4)反滤层的位置：
在土质防渗体与坝壳或坝基透水 层之间，以及渗流进入排水处。
(5)反滤层类型：
Ⅰ型反滤：其特点是反滤层位于被 保护土层的下部，渗流方向主要由上 向下，如褥垫排水；
和竖式排水体等型式。
a.棱体排水 结构：下游坡脚用块石堆成的棱体，
顶宽1～2m，坝坡（内1：1～1：1.5、外 1：1.5～1：2.0）
优点：排水效果好，可以降低浸
润线，防止坝坡冻胀，保护下游坝脚 免遭波浪淘刷，还可与坝基排水相连 接。当坝基强度足够时，还可支撑坝 体、增加坝体的稳定性。
缺点：石料用量大，费用高，与
1.坝体排水
(1)排水的作用 (2)设计要求 (3)常见的排水型式
(1)排水的作用：
控制和引导渗流，降低坝体润线， 加速孔隙水压力消散，以增加坝体稳 定，并保护下游坝坡免遭冻胀破坏。
(2)设计要求：
能自由地向坝外排出全部渗透水； 应按反滤要求设计；便于观测和检修。
(3)常见的排水型式有： a.棱体排水 b.贴坡排水 c.褥垫排水 d.综合式排水 另外还有网状排水带、排水管
常用于下游水位较低或无水的情况。
优点：排水伸入坝体内部，当下
游无水时，能有效地降低坝体浸润线， 有助于坝基排水，加速软粘土地基的 固结。
缺点：对不均匀沉降的适应性差，
易断裂且难以检修。
d.综合式排水
兼有各种单一排水型式的优点。
2.反滤层及过渡层
反滤层一般由1～3层级配均匀， 耐风化的砂、砾、卵石或碎石构成， 每层粒径随渗流方向而增大。
Ⅱ型反滤：其特点是反滤层位于被 保护土层的上部，渗流方向主要由下 向上，如减压沟的反滤层。
渗流方向近乎水平或倾斜向，反滤 层近乎垂直或倾斜向的情况，属于过渡 型，如贴坡反滤等，可归为Ⅰ型。
(6)过渡层：
避免刚度相差较大的两种土料之间 产生急剧的变形和应力。
反滤层可以起过渡层作用，但过渡 层不能做反滤层。