CN113123301A - 砾石土心墙坝的分区结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种砾石土心墙坝的分区结构，包括从上游至下游依次分为上游护坡、上游硬岩堆石区、上游过渡区、上游反滤料区、砾石土心墙、下游反滤料区、下游过渡区、下游硬岩堆石区、下游软岩堆石区、下游护坡和排水层，在上游硬岩堆石区和上游过渡区之间还设置有上游软岩堆石区，上游硬岩堆石区和下游硬岩堆石区采用强度大于30MPa堆筑的硬质岩，上游软岩堆石区和下游软岩堆石区采用强度小于30MPa堆筑的软质岩。本发明可在大坝填筑时更多利用料场开采的软质岩，减少弃渣量，降低工程投资，同时可解决缺少硬质岩而软质岩较多的地区修建砾石土心墙坝的问题。

Description

砾石土心墙坝的分区结构
技术领域
本发明涉及水利水电工程技术领域，具体是一种砾石土心墙坝新型分区方法。
背景技术
土石坝建设可就地取材，能充分利用当地材料，可适应复杂地基，抗震性能好，加上大型施工机具如挖、运、填筑及碾压机械的使用，使得土石坝具有造价低、适应性强、工期短等优点。充分利用坝址附近的各种坝料，是土石坝设计的基本原则。采用石料筑坝，长期以来认为硬质岩更适合，在缺少硬质岩而软质岩广布的地区修建当地材料坝，通常发生需远距离运料问题，经济性差，也有悖于就地取材的筑坝原则。
近年来，随着筑坝技术的发展，大型筑坝设备的使用，对筑坝材料的限制也在逐步的突破和放宽，采用软质岩筑坝等技术逐渐有所突破，一些大坝将软质岩开挖料布置在下游坝体内部干燥区，同时《碾压式土石坝设计规范》(SL274—2001)中4.1.20条“对于软化系数低、不能压碎成砾石土的风化石料和软岩宜填筑在干燥区”的规定。如图1所示，现有技术的砾石土心墙坝的分区结构，包括从上游至下游依次分为上游护坡1、上游硬岩堆石区2、上游过渡区4、上游反滤料区5、砾石土心墙6、下游反滤料区7、下游过渡区8、下游硬岩堆石区9、下游软岩堆石区10、下游护坡11和排水层12，其中上游硬岩堆石区2和下游硬岩堆石区9采用强度大于30MPa的硬质岩堆筑，下游软岩堆石区10采用强度小于30MPa的软质岩。传统坝体分区只在下游坝体内部干燥区域堆筑少量小于30MPa的软质岩。
但是，对于料场岩石主要以软质岩为主的工程，仅在下游坝体内部干燥区堆筑部分软质岩无法完全解决大坝堆筑石料问题。因此，如何在大坝填筑中更多的使用软质岩，合理解决软质岩丰富，缺少硬质岩地区筑坝问题，是亟需解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种砾石土心墙坝的分区结构，合理利用料场软质岩填筑坝体，可在大坝填筑中更多的利用料场开采的软质岩，减少弃渣量，降低工程投资，有效解决缺少硬质岩而软质岩较多的地区修建土石坝的问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种砾石土心墙坝的分区结构，包括从上游至下游依次分为上游护坡、上游硬岩堆石区、上游过渡区、上游反滤料区、砾石土心墙、下游反滤料区、下游过渡区、下游硬岩堆石区、下游软岩堆石区、下游护坡和排水层，在上游硬岩堆石区和上游过渡区之间还设置有上游软岩堆石区，上游硬岩堆石区和下游硬岩堆石区采用强度大于30MPa堆筑的硬质岩，上游软岩堆石区和下游软岩堆石区采用强度小于30MPa堆筑的软质岩。
所述下游硬岩堆石区在下游坝体顶部区域，排水层采用大于30MPa堆筑的硬质岩，其他下游区域全部为采用料场开采的强度小于30MPa的软质岩堆筑的下游软岩堆石区。
所述上游硬岩堆石区在坝顶部位及坝壳外部，上游软岩堆石区在坝体内部并被上游硬岩堆石区包裹。
所述上游硬岩堆石区顶部宽度为所在高程坝体上游堆石区宽的0.3～0.5，高度为坝体高度的0.5～0.7，边坡坡比采用1:0.5～1:1.0。
所述下游硬岩堆石区在坝顶部位区域，下游软岩堆石区在下游坝体中部区域，排水层在下游坝体下部区域。
所述下游硬岩堆石区高度为坝高的0.25～0.3，下游软岩堆石区高度为坝高的0.5～0.6，排水层高度为坝高的0.15～0.2。
所述上游硬岩堆石区和下游硬岩堆石区控制最大粒径600mm，小于25mm的含量不大于35％，小于5mm颗粒含量6％～15％，小于0.075mm的颗粒含量小于5％，级配连续，压实后孔隙率20％，渗透系数不小于1×10-3cm/s；上游软岩堆石区和下游软岩堆石区控制最大粒径600mm，小于0.075mm的颗粒含量小于5％，小于5mm颗粒含量小于15％，压实后碾压后孔隙率20％，渗透系数不小于1×10-4cm/s。
所述上游护坡采用C25混凝土预制块结构；下游护坡顶部1/4～1/5坝高护坡采用浆砌石结构，下部采用干砌石结构。
所述砾石土心墙坝还设置有防浪墙、灌浆廊道、防渗帷幕和上游围堰。
本发明的有益效果是：有效利用料场开采的软质岩，减少弃渣量，降低工程投资，解决缺少硬质岩而软质岩较多的地区修建土石坝的问题。
附图说明
图1为现有技术砾石土心墙坝分区结构的断面图。
图2为本发明的砾石土心墙坝的分区结构的断面图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
如图2所示，本发明的砾石土心墙坝的分区结构，包括从上游至下游依次分为上游护坡1、上游硬岩堆石区2、上游过渡区4、上游反滤料区5、砾石土心墙6、下游反滤料区7、下游过渡区8、下游硬岩堆石区9、下游软岩堆石区10、下游护坡11和排水层12，在上游硬岩堆石区2和上游过渡区4之间还设置有上游软岩堆石区3，上游硬岩堆石区2和下游硬岩堆石区9采用强度大于30MPa的硬质岩堆筑，上游软岩堆石区3和下游软岩堆石区10采用强度小于30MPa的软质岩堆筑。
所述下游硬岩堆石区9在下游坝体顶部区域，排水层12采用大于30MPa的硬质岩堆筑，其他下游区域全部为采用料场开采的强度小于30MPa的软质岩堆筑的下游软岩堆石区10。
所述上游硬岩堆石区2在坝顶部位及坝壳外部，上游软岩堆石区3在坝体内部并被上游硬岩堆石区2包裹。
所述上游硬岩堆石区2顶部宽度为所在高程坝体上游堆石区宽的0.3～0.5，高度为坝体高度的0.5～0.7，边坡坡比采用1:0.5～1:1.0。
所述下游硬岩堆石区9在坝顶部位区域，下游软岩堆石区10在下游坝体中部区域，排水层12在下游坝体下部区域。
所述下游硬岩堆石区9高度为坝高的0.25～0.3，下游软岩堆石区10高度为坝高的0.5～0.6，排水层12高度为坝高的0.15～0.2。
所述上游硬岩堆石区2和下游硬岩堆石区9控制最大粒径600mm，小于25mm的含量不大于35％，小于5mm颗粒含量6％～15％，小于0.075mm的颗粒含量小于5％，级配连续，压实后孔隙率20％，渗透系数不小于1×10-3cm/s；上游软岩堆石区3和下游软岩堆石区10控制最大粒径600mm，小于0.075mm的颗粒含量小于5％，小于5mm颗粒含量小于15％，压实后碾压后孔隙率20％，渗透系数不小于1×10-4cm/s。
所述上游护坡1采用C25混凝土预制块结构；下游护坡11顶部1/4～1/5坝高护坡采用浆砌石结构，下部采用干砌石结构。
所述砾石土心墙坝还设置有防浪墙13、灌浆廊道14、防渗帷幕15和上游围堰16。
本发明在坝体上游和下游分别堆筑软质岩，代替传统筑坝用的硬质岩。除了满足坝体抗震的要求在下游坝体顶部区域和满足排水要求在下游坝体下部区域(排水层)采用大于30MPa的硬质岩堆筑外，其他下游区域全部采用料场开采的强度小于30MPa的软质岩堆筑，代替传统坝体分区只在下游坝体内部干燥区域堆筑少量小于30MPa的软质岩的方式。
所述砾石土心墙坝还设置有防浪墙13、上游过渡区4、上游反滤料区5、砾石土心墙6、下游反滤料区7、下游过渡区8、灌浆廊道14、防渗帷幕15、上游围堰16要求同普通砾石土心墙坝。
在实施例中，在上游堆石区内部和下游坝体中间区域分别堆筑了大量软质岩，代替传统坝体分区只在下游坝体内部干燥区域堆筑少量软质岩，在大坝填筑中更多的利用了料场开采的软质岩，减少了弃渣量，降低了工程投资。
根据实施例中的坝体分区，采用MIDAS/GTS/NX对坝体进行渗流、应力应变计算，采用Geostudio岩土软件计算坝体边坡稳定。根据分析计算结果，正常蓄水位工况、校核洪水位工况坝体单宽渗流量分别为0.123L/s、0.146L/s，心墙最大渗透比降分别为1.91、1.92，工程心墙允许渗透比降在2～4，现有工况下心墙不会发生渗透破坏；心墙绝大部分区域孔压比在0.8以下，孔压比极值分别为0.92、0.93，出现在心墙中下部靠上游面，即心墙孔隙水压力均小于竖向应力，现有工况下心墙不会发生水力劈裂现象。蓄水后蓄水后由于水压力和湿化作用，坝体应力有所增大，在合理范围以内。不同工况下心墙应力水平最大值0.60，都小于1。正常运行条件安全系数在1.678～2.246，满足安全系数大于1.5的要求；非常运行条件Ⅰ安全系数在1.238～1.926，其中正常蓄水位工况以14.5m/day的速度骤降至死水位工况上游坝坡不满足安全系数大于1.3的要求，其余情况均满足；非常运行条件Ⅱ安全系数在1.278～1.363，满足安全系数大于1.2的要求。最小安全系数对应的工况是正常蓄水位遇地震的上游边坡，安全系数为1.278，满足安全系数大于1.2的要求。各工况坝坡稳定均满足规范要求。
下面进行详细说明，本实施例中，坝基开挖完成后，首先进行相应部分的灌浆廊道的浇筑，然后同时堆筑上游堆石区、心墙和下游堆石区，根据料场开采石料情况，将硬质岩堆筑在硬岩堆石区区域内，将软质岩堆筑在软岩堆石区区域内，要求施工时相邻部位堆筑高度同时上升，施工方式及要求与普通砾石土心墙坝施工方式相同，最后施工上、下游护坡结构，整个施工完成。
以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够理解本发明的内容并据以实施，并非用以限定本发明的范围，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所做出的等同变化与修改，仍落在本发明专利范围内。

Claims (9)

1.一种砾石土心墙坝的分区结构，包括从上游至下游依次分为上游护坡(1)、上游硬岩堆石区(2)、上游过渡区(4)、上游反滤料区(5)、砾石土心墙(6)、下游反滤料区(7)、下游过渡区(8)、下游硬岩堆石区(9)、下游软岩堆石区(10)、下游护坡(11)和排水层(12)，其特征在于，在上游硬岩堆石区(2)和上游过渡区(4)之间还设置有上游软岩堆石区(3)，上游硬岩堆石区(2)和下游硬岩堆石区(9)采用强度大于30MPa堆筑的硬质岩，上游软岩堆石区(3)和下游软岩堆石区(10)采用强度小于30MPa堆筑的软质岩。
2.根据权利要求1所述砾石土心墙坝的分区结构，其特征在于，所述下游硬岩堆石区(9)在下游坝体顶部区域，排水层(12)采用大于30MPa堆筑的硬质岩，其他下游区域全部为采用料场开采的强度小于30MPa的软质岩堆筑的下游软岩堆石区(10)。
3.根据权利要求1所述砾石土心墙坝的分区结构，其特征在于，所述上游硬岩堆石区(2)在坝顶部位及坝壳外部，上游软岩堆石区(3)在坝体内部并被上游硬岩堆石区(2)包裹。
4.根据权利要求1所述砾石土心墙坝的分区结构，其特征在于，所述上游硬岩堆石区(2)顶部宽度为所在高程坝体上游堆石区宽的0.3～0.5，高度为坝体高度的0.5～0.7，边坡坡比采用1:0.5～1:1.0。
5.根据权利要求2所述砾石土心墙坝的分区结构，其特征在于，所述下游硬岩堆石区(9)在坝顶部位区域，下游软岩堆石区(10)在下游坝体中部区域，排水层(12)在下游坝体下部区域。
6.根据权利要求2或5所述砾石土心墙坝的分区结构，其特征在于，所述下游硬岩堆石区(9)高度为坝高的0.25～0.3，下游软岩堆石区(10)高度为坝高的0.5～0.6，排水层(12)高度为坝高的0.15～0.2。
7.根据权利要求1所述砾石土心墙坝的分区结构，其特征在于，所述上游硬岩堆石区(2)和下游硬岩堆石区(9)控制最大粒径600mm，小于25mm的含量不大于35％，小于5mm颗粒含量6％～15％，小于0.075mm的颗粒含量小于5％，级配连续，压实后孔隙率20％，渗透系数不小于1×10-3cm/s；上游软岩堆石区(3)和下游软岩堆石区(10)控制最大粒径600mm，小于0.075mm的颗粒含量小于5％，小于5mm颗粒含量小于15％，压实后碾压后孔隙率20％，渗透系数不小于1×10-4cm/s。
8.根据权利要求1所述砾石土心墙坝的分区结构，其特征在于，所述上游护坡(1)采用C25混凝土预制块结构；下游护坡(11)顶部1/4～1/5坝高护坡采用浆砌石结构，下部采用干砌石结构。
9.根据权利要求1所述砾石土心墙坝的分区结构，其特征在于，所述砾石土心墙坝还设置有防浪墙(13)、灌浆廊道(14)、防渗帷幕(15)和上游围堰(16)。
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