6.第五章 土石坝

3．按筑坝材料分 堆石坝——石料含量大于50% 土石坝——石料含量在5%～50%之间 土坝——石料含量小于5%
4．按防渗体材料分 （1）均质土坝——坝体由一种土料构成，坝体即为防渗 体。 （2）土质斜墙坝——相对不透水或弱透水土料筑成防渗 体布置在坝体上游坡面内附近，而以透水土石料筑下游 支撑体。 （3）心墙土石坝——防渗体在坝体中部且大体垂直，防 渗体由相对不透水或弱透水土料筑成，或由沥青混凝土、 混凝土、钢筋混凝土等人工材料筑成。 （4）斜心墙土坝——防渗体在坝体中部，倾向上游面。 （5）面板土石坝——沿坝体上游面布置的钢筋砼、沥青 砼面板或塑料薄膜防渗，坝体由透水或半透水土石筑成。
四、土石坝设计中的几个问题
１.坝坡选择：土石料是散粒材料，为维持稳定，应增加坝体上、 下游面坡度，而坝坡的缓陡与工程量大小密切相关，直接影响到 土石坝的经济性。如何合理确定坝坡，使坝坡满足稳定要求，且 工程量较小，是土石坝设计的首要问题。 ２.保证洪水不漫顶。土石坝抗卸洪水能力较差，一般不允许坝顶 过水，须设置专门的泄水建筑物。土石坝坝顶超高要足够（1975 年淮河上洪水导致两土石坝漫顶而跨坝）。 ３.有效控制渗透流量，防止出现浪砂或管涌（失事坝中40%由渗透 破坏引起），因此必须进行渗流分析，采取有效的降渗措施。 ４.坝体的沉降。分层碾压后，坝体后期沉降仍不可避免，尤其在 土基上筑坝时，沉降量更大。堆石坝由于坝体重量大，沉降更明 显。故应建在坚实地基上。早期沉降为60%～80%，长工期沉降为 0.2%～0.4%。 ５.抵抗外界自然现象破坏的能力差。受雨水、风、波浪作用冲蚀， 冰冻后会产生裂缝，日晒后会龟裂，故应进行护面。
一、土石坝发展概况
１.起源早 4000多年前，中国、埃及、印度、秘鲁等地就已开始 修建土石坝。 2.数量多。 国外100m以上高坝中，土石坝的比例为38%（1986年 前），到1974年达到了56%，1975年达62%，1982年达 270座，80年代末达75%； 最高的土石坝为塔吉克斯坦的罗贡土坝，高335m。 我国从解放以来共建坝86000余座，其中土石坝占95% 以上。坝高15m以上的共1800余座，其中土石坝约1500 余座。但百米以上的高坝少，主要有陕西的石头河 （ 1 1 4 m）、 河 南 小 浪 底 （ 1 7 3 m）、 龙 门 水 库 土 石 坝 （220m）、鲁布革（103m）、在建的清江水布垭（175m） 等。
式中： K——护面粗糙系数，块石护面取0.77；砼护面取0.9～1.0。 θ——上游面坡角。
h
a
3.3K hl tg
二、顶宽与坝坡
1.
顶宽：考虑运行、施工、构造、交通、人防、粘土防渗体顶 宽及对其防冻保护的厚度要求。最小顶宽一般中低坝5～10m， 高坝10～15m； 2. 坝坡： • 一般规律： 上游缓下游陡(上游坡长期饱和水位可能快速下降)，砂土 料比堆石料上下游坡率差别大； 斜墙坝比心墙坝的上游坡缓下游坡陡； 粘性土料的稳定坝坡为一上陡下缓曲面，常沿高度以10～ 30m分段按0.25或0.5的坡率差从上而下逐段放缓； 粉土、砂、轻壤土均质坝透水性大，应适当放缓下游坡； 坝基或坝体土料沿坝轴线分布不均时应分段采用不同坡率， 不同坡率以过渡区缓慢变化。
二、土石坝设计的基本要求
1.具有足够的断面维持坝坡稳定。土石坝失事主要是 坝坡滑坡（约占25%），如美国的马歇尔坝。 2.防渗体及排水设施应满足渗透稳定要求（1976年美 国提堂坝渗透失稳）。 3.须建专门的泄水建筑物。土石坝不允许水流漫坝。 4.合理选择土石料、坝的结构形式及各部位土石料的 配置，选择合理的填筑压实标准，避免产生有害裂 缝。 5.采取恰当的构造措施，抵抗其它自然灾害的破坏， 使坝体运行可靠、耐久。
一、防渗体
1. 土质防渗体
• 主要结构形式：心墙、斜墙 H Ja • 厚度： 通常用平均容许坡降作控制标准 T 心墙 Ja≤4，斜墙 Ja≤5；(随反滤层设计完善Ja有增大趋势)； 顶厚：应大于3m，便于机械化施工； 底厚：厚心墙为(30%～50%)H，薄心墙为(15%～20%)H；(H-水 头) • 高度 正常运用情况下在静水位以上超高：斜墙为0.8～0.6m，心墙 为0.6～0.3m； 非常运用情况下不低于该工况下的最 高水位； • 保护层 防渗墙顶部及斜墙上游侧均应设置保护层，防止冰冻或干裂， 保护层厚度不小于冻结或干燥深度； • 反滤层 防渗体与壳之间、截水槽与坝基透水层之间、下游渗流逸出处 均应设反滤层；
五、土石坝的组成
１． ２． ３． ４． 坝壳（坝体） 防渗体 排水设备 护坡（砼、草皮）
护坡 防 渗 体
坝 壳
排水体
第二节 土石坝的基本剖面
一、坝顶高程 二、坝顶宽度 三、坝面坡度
一．坝顶高程
正常蓄水位+波浪爬高+安全超高（正常）
• 坝顶高程 = max
最大洪水位+波浪爬高+安全超高（非常） 正常蓄水位+超高（正常）
三．坝壳材料
1．坝壳的作用：维持坝体稳定。 2．坝壳对材料的要求：足够的强度；稳定性；排水性，一般无防渗要求。 3．常用材料：中砂、粗砂、砾石、卵石及其混合料。 4．风化料、软岩的应用 随着碾压机械和碾压方法的改进，对石料的要求逐步放宽，可使用一定量 的风化料和软岩填筑高坝。但在使用风化料和软岩时应注意： （1） 分区使用：质量差、粒径小的在内侧，质量好、粒径大的在外侧。 （2） 表面应用1～1.5m厚的坚硬岩石覆盖，起保护作用，防止内部风化料继 续风化。 （3） 细粒含量应适当控制，保证具有较好的透水性和压实密度。 （4） 防止细料过分集中，形成软弱面。 5．填筑标准 （1）砂性土，以相对密实度Dr作为控制指标，一般要求Dr≥0.7～0.75；对地 震区，浸润线以上Dr≥0.7；浸润线以下Dr≥0.75～0.85。 （2）填石料：以孔隙率作为指标，≤20%～28%。
差值。间接表明土的强度随含水量变化而 变化的关系，含水量越大，塑性越大，强 度越低。)
2．抗渗性：K<10-4cm/s， 影响K的主要因素有：土料颗粒级配；孔隙 比；动力粘滞系数；土中空气封闭量等。 3．有机质含量小于5%；易溶盐含量小于8%。
三、防渗体对土料的要求
1．选择防渗体土料的基本原则 （1）防渗性能：K<10-5cm/s，或K壳/K防渗体≤1000。 （2）抗剪强度：取决于坝壳强度，一般土料均可满足 要求。 （3）压缩性：稳定，与坝壳土料接近，避免出现不均 匀沉降导致裂缝产生。 （4）抗渗稳定性：有较高的抗渗变形能力，有一定的 塑性。Ip=10～17。 （5）含水量：接近最优含水量以便压实。 （6）级配：小于0.05mm的粘粒不超过40%，常用15%～ 30%；最大粒径不大于铺土厚度的2/3。不均匀系数不 小于5。 （7）有机质含量小于1%，易溶盐含量小于3%。
2.沥青混凝土防渗墙
特点：抗渗性能好(K=10-7～10-10cm/s)、塑性和柔性也较好、 对裂缝有一定愈合功能； • 形式:心墙或斜墙 心墙: 适用于坝上游坡n＜２ ，铅直或斜心墙 ； 顶 厚 ＞ 3 0 cm, 底 厚 : 中 低 坝 , 4 0 ～ 6 0 cm.(H/50) 高坝,(1/90～1/130)H，心墙两侧设过渡层 斜墙:适用于坝体上游边坡n>2，下设碎石或砾石垫层1～3m， 垫层上铺厚3～4cm的沥青碎石层作斜墙的基垫； 3.刚性防渗体－－砼防渗墙 斜墙:由砼板拼装成，周边设柔性止水 顶厚≥0.3～0.5m, 底厚:(0.4～0.5)H(或t=30+AH计算,A=0.2～1.0) 心墙:现浇，顶、底厚度尺寸同斜墙 •
第五章
土石坝
第一节 概述 第二节 土石坝的基本剖面 第六节 筑坝土石料及填筑标准 第七节 土石坝的构造 第八节 土石坝的坝基处理 第九节 土石坝与坝基、岸坡及其他建筑物的连接 第十一节 堆石坝
第一节
概述
一、土石坝发展概况 二、土石坝设计的基本要求 三、土石坝的分类 四、土石坝设计中的几个问题 五、土石坝的组成
= max
最大洪水位+超高（非常）
• 超高值 = 波浪爬高+坝前水位壅高+安全加高
• 波浪爬高按下式计算：
h 式中：
a
0.45 hl m
1
n
0.6
hl ——设计波高（m） m ——坝坡坡率 n ——坝坡护面糙率。 对抛石护面，取0.035；对干砌石护面，取0.0275； 对浆砌石勾缝护面，取0.025； 对沥青及砼护面，取0.0155。 或用下式计算：
• 一般坡率：
中、低均质坝平均1 ：3； 土质心墙坝：
下游坡：堆石坝壳的1：1.5～2.5； 土料坝壳的1：2.0～3.0； 上游坡：堆石坝壳的1：1.7～2.7； 土料坝壳的1：2.5～3.5；
土质斜墙坝：
下游坡：比心墙坝的偏陡 上游坡：比心墙坝的偏缓 (石质坡放缓0.2，土质坡放缓0.5)
3.土石坝发展快的原因 (1)就地取材，三材用量少，场外运输工作量小，随着土 石坝筑坝技术的发展，对筑坝材料的要求越来越宽； (2)能适应各种地形、地质(地形地质条件适合建砼坝的所 剩越来越少)、气候条件和高烈度地震地区； (3)结构简单，工作可靠，维修、加高方便，寿命长； (4) 岩土力学理论、试验手段和计算技术的发展，提高了 土石坝分析计算的水平，保障了土石坝设计的安全可靠 性； (5) 大容量、多功能、高效率施工机械的发展，提高了土 石坝的施工质量和进度，降低了造价； (6) 高边坡、地下工程结构、高速水流消能防冲等土石坝 配套工程设计和施工技术的综合发展；
四．反滤料、过渡料、排水材料
采用质地致密坚硬、具有高度抗水性和抗风 化能力的砂石料(尽量利用天然砂砾料，也可 用人工砂石料)，不宜用风化料。 1. 抗水性：孔隙率不大于3%，吸水率不大于0.8， 容重不小于2.2t/m3。 2. 抗溶蚀性：不易溶蚀。 3. 抗冻融.、抗风化
பைடு நூலகம்