[南京立體綠化墻]土石壩設(shè)計分析

2016-11-19 瀏覽401次

   土石壩就是指由土、石料等當(dāng)?shù)夭牧咸钪傻膲?。在各地建成的大壩中，土石壩占?5%以上，尤其是小型水庫工程中的大壩基本上是土石壩。正因為數(shù)量如此之多，也就成了除險加固工程的重頭戲。 

    土石壩設(shè)計的重點在壩基壩體防滲、壩坡抗滑穩(wěn)定及泄洪建筑物（溢洪道、泄洪洞）設(shè)計。在正常運用與非常運用的情況下，都不能出現(xiàn)滲透與滑動破壞，發(fā)生洪水時不能出現(xiàn)泄洪受阻，乃至造成壩頂漫水等災(zāi)難性事故。 

    土石壩滲流分析內(nèi)容包括：確定壩體浸潤線；確定滲流流速與滲透比降；確定滲流量。土、石料屬于散粒材料，具有較大的孔隙率，存在滲流不可避免。土石壩的防滲體包括心墻、斜墻、鋪蓋、面板等，其材料常用黏土、砼、瀝青砼等；隨著土工材料技術(shù)的發(fā)展，利用土工薄膜做防滲體的工程已有建成。黏土材料防滲體的設(shè)計倒不是關(guān)鍵所在（在土石壩設(shè)計書籍中都有介紹），而是取決于工程施工質(zhì)量，尤其是干密度、含水率、壓實度等的控制是施工成敗的關(guān)鍵。在土石壩除險加固設(shè)計中，采用較多的是增設(shè)黏土斜墻，或砼防滲墻，或黏土井柱（又稱為黏土套井回填）等，其防滲效果都比較明顯。 

    關(guān)于滲流允許坡降的計算，規(guī)范中的推薦公式只適用于無黏性土，對黏性土其計算結(jié)果明顯偏小，過于保守。事實上黏性土存在的黏聚力是有利于滲流穩(wěn)定的，根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)，可以考慮黏聚力的三分之一參與滲流允許坡降的計算。從現(xiàn)有大量的小型土石壩運行情況看，用黏性土建造的土壩，下游壩坡的滲流穩(wěn)定性是能滿足要求的，不需要進(jìn)行特別處理。 

    關(guān)于壩坡的抗滑穩(wěn)定性，顯然無黏性土要好于黏性土，這是因為無黏性土的內(nèi)摩擦角比黏性土大，其自然休止角大，故壩坡坡度相對可陡一些，像砼面板堆石壩的壩坡一般不大于1：1.5，從而筑壩工程量大幅減少，投資也較省，但對防滲要求就高得多。在土石壩尤其是土壩的設(shè)計中，對上游壩坡在水位驟降期的穩(wěn)定性應(yīng)引起足夠重視，其局部滑坡問題并不鮮見，這就需要設(shè)計人員正確對待，盡量將不利因素考慮得周全一點，并且應(yīng)在設(shè)計說明中明確提出水庫的調(diào)度運行原則，對水位的降幅與時間提出控制標(biāo)準(zhǔn)。（注：在水閘設(shè)計中也有這個問題，對閘孔的開閉順序、開度調(diào)節(jié)等也要提出明確的要求。）此外，在農(nóng)林開發(fā)熱潮中，部分水庫成了旅游景點，壩頂兼作交通道路，因此在壩坡的抗滑穩(wěn)定分析中應(yīng)計入車輛荷載的作用。 

    土石壩的泄洪建筑物主要采用岸邊溢洪道。采用正槽還是側(cè)槽取決于地形條件，并盡量采用正槽溢洪道。在相同溢流寬度的條件下，正槽比側(cè)槽的過水能力要大。在溢洪道設(shè)計規(guī)范及設(shè)計教科書中，對泄槽段的布置，建議不用或少用彎道；在條件允許時當(dāng)然應(yīng)該這樣做，但從大量的小型水庫情況看，這一要求往往很難滿足。曾有一座小型水庫的溢洪道對著一座民房，感覺非常驚訝，據(jù)了解由于多年沒來大洪水，溢洪道出流量不大，未威脅到民房的安全；雖然如此，但一顆心肯定是懸著的。后在加固設(shè)計時，采用彎道泄流以避開房子。所以，受地形條件制約，將泄槽布置成彎道是不可避免的，關(guān)鍵是如何合理地選擇彎曲半徑（有條件時可設(shè)置緩和曲線）及設(shè)置兩側(cè)導(dǎo)墻，保證水流平順，留足安全超高。 

    在溢洪道設(shè)計中，應(yīng)該密切關(guān)注泄槽底板及消力池底板的抗沖與抗浮穩(wěn)定問題。某省一座大型水庫的溢洪道，因設(shè)計考慮不周，建成投用不到十年，其消力池底板便出現(xiàn)了嚴(yán)重的沖刷破壞，不得不花費100多萬元進(jìn)行加固。在泄槽段，由于流速大，動水壓力作用顯著，抗沖問題不容忽視。同時，為避免底板浮動，無論是巖基還是土基都應(yīng)在底部設(shè)置良好的縱向與橫向排水系統(tǒng)，其中一般土基上可設(shè)置直徑10~500px的排水管，巖石地基可開挖0.3m×0.3m左右的溝槽，并回填碎石；對巖基上的底板在必要時可在底部增設(shè)直徑不小于25mm的錨固鋼筋以保證底板的穩(wěn)定性。 

    與土石壩設(shè)計，尤其是除險加固設(shè)計密切相關(guān)的還有壩下涵管的設(shè)計問題。受歷史條件制約，大量的小型水庫工程的灌溉取水都是采用的壩下涵管，在水庫安全認(rèn)定當(dāng)中，涵管部位的滲漏問題尤其突出；一方面是管材質(zhì)量本身存在問題，另一方面是當(dāng)時施工質(zhì)量存在隱患。目前常用的處理方法包括三類：一是在條件允許時將其封堵，另行開挖輸水隧洞，這種方法比較保險，但投資較大（因施工需要有最小洞徑限制）；二是采用拆除重建的方法，投資相對較少，但在施工質(zhì)量上必須引起高度重視，尤其是涵管周圍的截滲體；三是采用虹吸管取水，施工方便，投資較省，但在操作管理上有一定的技術(shù)要求，同時要滿足一個前提條件，虹吸管頂部(最高處)與上游水面的距離再加上水頭損失后必須小于7m（理論極限是10m，但實際的真空壓強(qiáng)達(dá)不到理論值），否則虹吸作用形成不了，所以其使用場合受到限制。 （南京立體綠化墻）