土石坝排水设计分析_吴奇明

石层 （ 粒 径 20 mm ～ 40 mm，D15 = 26 ） ，第 四 层 为 滤土工布一层，尺寸为 0. 35m × 0. 35m。混凝土预制
40 cm块石层 （ 粒径200 ～ 400 mm） 。在贴坡下游侧 块护坡铺设图见图 6。
设有集渗沟，并 在 集 渗 沟 出 口 设 置 量 水 设 施 以 监 测
坝体下游排水主要有棱体排水、贴坡排水、褥垫 排水及综合 型 排 水 等，其 中 棱 体 排 水 和 贴 坡 排 水 较 多应用于近年江西省中小型水库除险加固工程中。 1. 1. 1. 1 棱体排水（ 又称滤水坝趾）
棱体排水是在下游坝脚处用块石堆砌而成的棱 体状排水设 施。 它 能 有 效 降 低 坝 体 下 游 浸 润 线，排 水效果较好。但因石料用量较大，造价较高，且棱体 多伸入坝体内，维修较困难。如图 1 为棱体排水。
2015 年 第 4 期 （ 第 43 卷）
黑龙江水利科技 Heilongjiang Science and Technology of Water Conservancy
文章编号： 1007 － 7596（ 2015） 04 － 0059 － 03
土石坝排水设计分析
No. 4. 2015 （ Total No. 43）
图 5 大坝加固横断面图
3. 3. 1 坝体排水及反滤设计
大坝渗流量。
考虑大 坝 采 用 冲 抓 套 井 回 填 黏 土 防 渗 墙 防 渗
大坝上游坝面采用 C15 混凝土正六边形预制块
后，坝体下游浸润线得到明显下降，下游坝脚采用贴 护坡，厚0. 1 m，边长0. 3 m，下设0. 1 m 砂卵石垫层。
或两侧倾斜的横向坡度，坡度宜采用 2% ～ 3% 。若 坝顶设有防浪墙，则常采用向下游一侧倾斜的横坡。 坝顶向 下 游 倾 斜 可 利 用 下 游 坝 面 排 水 系 统 汇 集 径流。
3 工程实例
3. 1 工程基本情况 江西省宜春市某水库总库容225 万 m3 ，为一座
小（ 1） 型水库。枢纽主要建筑物有大坝、溢洪道和坝 下涵管等。大坝为均质土坝，坝顶长80 m，宽4 m，最
图 4 棱体排水和贴坡排水结构图 1. 1. 2 反滤层
为防止坝体和坝基土在渗流出口处发生管涌、 流土等渗透变形，下游渗流 出 逸 处 须 设 置 反 滤 层。 反滤层一般由 1 ～ 3 层不同粒径的透水性材料（ 如砂 石料） 铺筑而成，其粒径沿渗流方向由细到粗，层次
2. 2 坝顶排水 为了排除坝 顶 降 雨 积 水，坝 顶 面 应 做 成 向 一 侧
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图 1 棱体排水结构图 1. 1. 1. 2 贴坡排水（ 又称表面排水）
贴坡排水是 在 下 游 坝 坡 底 部 表 面 用 块 石、卵 石 等分层铺设而成的一种排水设施。贴坡顶部宜高出 浸润线出逸点1. 5 m以上，排水的厚度应大于当地的 冰冻深度。贴 坡 排 水 不 能 降 低 坝 体 浸 润 线，但 因 贴
为防止下游坝坡雨水集中冲刷而形成雨淋沟， 在贴坡排水 顶 部 设 置 纵 向 排 水 沟，在 两 岸 设 置 岸 坡 排水 沟，均 采 用 现 浇 C15 混 凝 土 结 构，尺 寸 均 为 0. 4m × 0. 4 m，厚0. 20 m。
参考文献：
［1］毛昶熙 . 渗流计算分析与控制［M］. 北京： 中国水利水电 出版社，2003： 21 － 24.
根据地质勘探与复核计算： 大坝存在坝体渗漏及坝 体与坝基接触渗漏问题； 大坝坝顶高程不满足要求。 3. 3 大坝加固设计内容
针对大坝存 在 的 问 题，大 坝 加 固 设 计 主 要 内 容 有： 冲抓套井回填黏土防渗墙防渗； 上游坝坡 C15 混 凝土预制块护坡； 坝顶防浪墙及混凝土路面； 下游坝 坡草皮护坡及坝面排水系统； 坝脚贴坡排水及大坝 安全监测等（ 大坝加固横断面图见图 5） 。以下重点 说明与大坝排水有关的加固设计内容。
0. 25mm ～ 2mm，D15 = 1. 5） ，第二层为 20cm 厚卵砾 凝土 预 制 块 的 中 央，纵 向 间 距 1. 8 m，横 向 间 距 石层（ 粒径 2 ～ 20 mm，D15 = 8） ，第三层为20 cm厚碎 2. 08 m，呈梅花型布置。排水孔底设置400 g / m2 反
［收稿日期］2014 － 10 － 31 ［作者简介］吴奇明（ 1981 － ） ，男，江西临川人，工程师，研究方向为水利水电工程。
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2015 年 第 4 期 （ 第 43 卷）
黑龙江水利科技 Heilongjiang Science and Technology of Water Conservancy
图 6 混凝土预制块护坡铺设图
3. 3. 2 坝面排水设计
3. 4 大坝加固效果
为了满足坝 顶 路 面 排 水 要 求，将 坝 顶 混 凝 土 路
大坝加固实 施 后，下 游 坝 脚 处 大 面 积 散 浸 现 象
面浇筑成向下游倾斜，其倾斜坡度为 2% 。
和多处集中渗漏点已消失，坝容坝貌得到有效改观。
1 坝体排水
当土石坝挡水时，在上下游水位差的作用下，库 水通过坝体和坝基覆盖层的孔隙向下游渗透。为了 降低土石坝 浸 润 线 和 渗 透 坡 降，防 止 土 石 坝 渗 透 变 形，减少渗漏流量，土石坝坝体内常设有专门的防渗 体以拦截渗透水。
本文以防渗 体 上 游 侧 为 坝 体 上 游，防 渗 体 下 游 侧为坝体下 游。 当 库 水 向 下 游 渗 透 时，穿 过 防 渗 体 的坝体下游渗透水主要通过排水反滤体排向下游； 当库水位下 降 时，未 穿 过 防 渗 体 的 坝 体 上 游 渗 透 水 主要通过护坡排水孔排回库区。 1. 1 坝体下游排水及反滤 1. 1. 1 几种不同类型坝体排水
DOI:10.14122/j.cnki.hskj.2015.04.021
0引言
土石坝主要由坝址附近的土石料填筑压实而 成，而土石料为散粒体结构，压实后其颗粒间仍存在 着大量的孔 隙，具 有 一 定 的 透 水 性。 为 及 时 排 出 坝 体内土石料颗粒间的孔隙 水，需 设 置 坝 体 排 水； 同 时，为防止坝 表 面 土 石 料 颗 粒 受 雨 水 形 成 的 水 流 冲 刷造成水土流失，需设置坝面排水。因此，土石坝排 水包括坝体排水和坝面排水。
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吴奇明： 土石坝排水设计分析
第4 期
大坝高13. 3 m。本工程等别为Ⅳ等，大坝为 4 级建 筑物，设计洪水标准采用30 a一遇，校核洪水标准采 用300 a一遇。 3. 2 大坝存在的主要问题
根据现场检查，主要存在以下问题： 1） 大坝上、下游无护坡，下游坝坡无排水设施， 坝面冲刷严重，局部坍塌。 2） 下游坝脚无排水反滤。 3） 下游坝脚长年湿润，且发现多处集中渗漏点。
坡排水，贴坡排水块石与坝体土之间设置砂卵砾石 预制块拼接缝上部宽2 cm，采用 M10 水泥砂浆勾平
分级反滤层，贴坡排水包括反滤材料共分四层，由内 缝。为保证在水位降落过程中，坝体内渗透水能迅
至外 分 别 为： 第 一 层 10 cm 厚 中 粗 砂 垫 层 （ 粒 径 速排出，护坡设有 φ 50 mm排水孔，排水孔设置在混
吴奇明
（ 江西省赣西土木工程勘测设计院，江西 宜春 336000）
摘 要： 结合近年江西省中小型水库除险加固工程实际情况，运用工程实例，介绍土石坝坝体
和坝面排水设计。文章以防渗体上游侧为坝体上游，防渗体下游侧为坝体下游。当库水向下
游渗透时，穿过防渗体的坝体下游渗透水主要通过排水反滤体排向下游； 当库水位下降时，未
土石坝下游 坝 面 一 般 多 采 用 草 皮 护 坡，为 防 止 雨水对下游坝面冲刷而形成雨淋沟，根据规范要求，
图 3 褥垫排水结构图 1. 1. 1. 4 综合型排水
综合型排水是将上述几种排水设施组合而成的 一种排水设施。如图 4 为棱体排水和贴坡排水组合 而成。
需在下游坝面设置互连且贯通的纵横向排水沟和岸 坡排水沟。纵向排水沟一般布置于排水反滤体顶部 及马道内侧； 横向排水沟宜每 50 ～ 100 m设置一条； 岸坡排水沟则沿土石坝坝坡与山体岸坡的连接处设 置，以防止 山 体 坡 面 上 的 雨 水 冲 刷 坝 面。 排 水 沟 宜 用混凝土现 场 浇 筑 或 浆 砌 石 砌 筑，其 宽 度 和 深 度 根 据集水 面 积 确 定，为 方 便 清 淤，断 面 一 般 ≥ 30 cm × 30 cm。
在库水位降 落 情 况 下，坝 体 防 渗 墙 上 游 孔 隙 水 将排回上游库区，因此当采用浆砌石护坡、预制或现 浇混凝土、钢筋混凝土等护坡时应预留排水孔，排水 孔底设置土工布和反滤垫层。
2 坝面排水
坝面排水主 要 是 排 下 游 坝 面 及 坝 顶 的 雨 水，坝 面排水应与坝体排水分离排出。 2. 1 下游坝面排水
穿过防渗体的坝体上游渗透水主要通过护坡排水孔排回库区。坝面排水主要是排下游坝面及
坝顶的雨水，坝面排水应与坝体排水分离排出。大坝加固实施后，下游坝脚处大面积散浸现象
和多处集中渗漏点已消失，坝容坝貌得到有效改观。
关键词： 土石坝； 坝面排水； 坝体排水； 排水设计
中图分类号： TV641
文献标识码： B
No. 4. 2015 （ Total No. 43）
坡排水构造 简 单，石 料 用 量 不 大，造 价 较 省，且Fra Baidu bibliotek贴 坡 位于坝坡表面，施工方便，维修简单。当坝体设有防 渗墙，坝内浸润线位置不高，常采用贴坡排水。如图 2 为贴坡排水。
图 2 贴坡排水结构图 1. 1. 1. 3 褥垫排水
褥垫排水是沿下游坝基面伸入坝体内部由块石 组成并外包反滤层的一种平铺式排水设施。当下游 无水时，它能 有 效 地 降 低 浸 润 线，有 助 于 坝 基 排 水， 但对坝基不均匀沉降的适应性差，易断裂，且维修困 难。如图 3 为褥垫排水。
大体与渗流方向正交。 反滤层必须满足如下要求： 1） 能通畅地排出坝体内渗透水流。 2） 保护坝体及坝基土不发生渗透变形。 3） 不致被带出的细粒土淤塞而失效［1］。 如图 1 ～ 图 4 在渗透水进入排水体处均设置了
反滤层。 1. 2 坝体上游排水
为保护上游 坝 面 免 受 波 浪 淘 刷、顺 坡 水 流 冲 刷 和冰冻等危 害，上 游 坝 面 常 设 置 护 坡。 常 见 上 游 护 坡型式有干 砌 或 浆 砌 石 护 坡、现 浇 或 预 制 混 凝 土 或 钢筋混凝土护坡等。