土石坝简介

❖ 斜墙坝——
❖ 密云水库白河主坝（北京，66.4m）等；
❖ 定向爆破坝——
❖ 南水水电站大坝（广东，80.2m），石砭峪水库大 坝（陕西，82.5m）等。
❖l 1980年以来
❖ 进入70年代后期，特别是1978年以后，土 石坝建设步入了健康发展的轨道，在科学 试验和设计理论与方法方面已进入国际先 进行列。
❖ 以碾压式土石坝为主导的思想已取得共识。在碾压 式高土石坝中，已逐步形成土质心墙（或斜心墙） 堆石坝和混凝土面板堆石坝两种主导坝型，前者一 般用于深厚覆盖层上的高坝，后者已扩展到200m量 级的高坝。沥青混凝土防渗技术也开始发展并在天 荒坪抽水蓄能电站和三峡的茅坪溪大坝中得到应用。
❖l 1980年以来
❖ 堆石坝仍受到施工设备的限制，没有大的发展。 定向爆破筑坝技术从1958年开始应用，1960年 修建广东南水定向爆破堆石坝。这一时期也修 建了一些抛填式堆石坝。
❖ l1958~1980年
❖ 这一时期有突破性进展的是深厚砂砾石地 基的防渗处理，引进和发展了混凝土防渗 墙技术。高压喷射灌浆技术也有所应用， 开发了旋喷、定喷、摆喷等工艺，但多用 于临时性工程或低水头建筑物的地基防渗。
（2）塑性心墙坝：用透水性较好的砂或砂砾石做坝壳， 以防渗性较好的粘性土作为防渗体设 在坝的剖面中心位置，心墙材料可用 粘土也可用沥青混凝土和钢筋混凝土；
优点：坡陡，坝剖面较（1）小，工程量少，心墙 占总方量比重不大，因此施工受季节影响相 对较小；
缺点：要求心墙与坝壳大体同时填筑，干扰大, 一 旦建成，难修补；
沥青砼，钢筋砼
2、排水设备 主要作用：降低坝体浸润线，有利于下游坝坡
稳定并防止土坝可能出现的渗透破坏。
浸润线：在坝体内，渗透水流的表面叫浸润面， 浸润面与坝体横断面的交线为浸润线。
型式： 贴坡排水 棱体排水 褥垫排水 混合排水
❖ 贴坡排水：又称表层排水。设置在下游坝坡底 部，由1~2层 堆石或砌石构成，在石块与坝坡之间应设反滤层；
颗粒间粘结力小，因此土石坝抗冲能力较低。
沉降方面： 颗粒间存在孔隙，受力后产生沉陷，分为均 匀沉降和非均匀沉降。
其它方面： 冰冻、地震、动物筑窝等。
（四）、土石坝的设计要求
为使土石坝能安全有效地工作，在设计方面 的一般要求： （1）不允许水流漫顶，要求坝体有一定的超高； （2）满足渗流要求； （3）坝体和坝基必须稳定； （4）应避免有害裂缝及必须能抵抗其他自然现
特点：
形式简单，省料且 易于检修，可防止渗透破坏。因未伸 入坝体，不能降低浸润线，且防冻性较差。
适用：
中小型且下游无水 的均质坝及防渗体浸润线较低的中等 高度的土坝。
❖ 棱体排水： 在下游坝脚处用块石堆成棱体，需设反滤层。
特点：
可降低浸润线，防止坝坡冻胀和渗透变形，保护下游坝 脚不受尾水淘刷且有支持坝体增加其稳定的作用，是一种可 靠的排水型式，但石料用量大，费用高，检修困难。
主坝坝型为粘土斜墙堆石坝，最大坝高81.3 米，坝顶长度215米，坝基岩石为砂岩，坝体工程 量171.1万立米，主要泄洪方式为隧洞，大坝特点 是定向爆破筑坝。
碧口水电站建在甘肃文县白龙 江，控制流域面积26000平方公里。 多年平均流量 275秒立米，设计洪 水流量7630秒立米。总库容为521 亿立米，设计灌溉面积0.89万亩， 装机容量30.0万千瓦。
主坝坝型为粘土心墙土石坝，最大坝高80.5 米，坝顶长度467米，坝基岩石为玄武岩，坝体 工程量664.3万立米，主要泄洪方式为隧洞。
南水水电站
南水水电站建在广东
乳源的南水，控制流域面 积608平方公里，多年平 均流量33.4秒立米，设计 洪水流量4190秒立米，总 库容12.18亿立米，装机 容量7.5万千瓦。
坝顶不能过流，必须另开溢洪道，施工导流不如砼坝 便利，对防渗要求高，因为剖面大，所以填筑量大而且 施工容易受季节影响。
（三）、土石坝的工作特点
稳定方面： 不会沿坝基面整体滑动，失稳形式主要是 坝坡滑动或连同部分地基一起滑动。
渗流方面： 冲刷方面：
坝体为散粒体结构，在上下游水位差作用下 经坝体和地基向下游渗透，产生渗透压力和 渗透变形，严重时会导致坝体失事，浸润面 和浸润线的概念。
3、坝面坡度
取决于坝高、筑坝材料性质、运用情况、地基条件、
施工方法及坝型等因素。
❖ 均质坝的上下游坡度比心墙坝的坝坡缓；
❖ 粘土斜墙坝的上游坡比心墙的坝坡缓，而下游坝坡可 比心墙坝陡些；
❖ 土料相同时上游坡缓于下游坡； ❖ 粘土均质坝的坝坡与坝高有关，坝高越大坝坡越缓； ❖ 碾压式堆石坝的坝坡比土坝陡。
适用:
下游无水或水位较低的情况.
❖ 混合式排水 将上述几种排水混合使用。
❖ 反滤层:
设在渗透坡降较大,流速较高,土壤易于变形的渗流出 口处或进入排水处.
作用:防止土体在渗流作用下发生渗透变形.
组成:二至三层粒径不同的砂、石料铺筑而成，层面与渗流 方向尽量垂直，
象的破坏作用； （5）安全使用前提下，力求经济美观。
（五）、土石坝的类型
1、按施工方法分类： （1）碾压式； （2）水力冲填式； （3）水中填土式； （4）定向爆破。
2、按材料在坝体内的配置和防渗体的位置分类
（1）均质土坝：坝体剖面的全部或绝大部分由一种土料填 筑。 优点：材料单一，施工简单； 缺点：当坝身材料粘性较大时，雨季或冬季施工较困难。
小浪底斜心墙坝典型断面图
二、土石坝的剖面尺寸与构造
（一）、基本尺寸
1、坝顶高程：坝顶超高 d h1 e a 其中，h1——爬高， a——安全加高， e——坝 前水位因风浪引起的壅高。
2、坝顶宽度
取决于交通需要、构造要求和施工条件。
当坝高在30m~100m时，Bmin = 0.1H ; 当坝高大于100m时， Bmin = H 0.5 .
❖ （二）、土石坝的发展：
❖ ⒈概况
❖ ⑴四千多年以前
❖ ⑵19世纪，50m
❖ ⑶20世纪50~60年代，大型振动碾出现， 高土石坝产生
❖ 世界上高度超过300m的大坝仅2座，都是 土石坝，一座是塔吉克斯坦的努列克坝， 高317m，另一座是该国尚未完建的罗贡 坝，高325m。
❖ ⒉我国土石坝的发展
洪方式为隧洞，大坝特点是定向爆破筑坝。
主坝坝型为粘土心墙土石坝,最大坝 高105米,坝顶长度590米,坝基岩石为 石英片岩,坝体工程量855万立米,主
要泄洪方式为岸边溢洪道.
水布垭混凝土面板堆石坝，坝高233米
小浪底大坝为斜心墙堆石坝,坝高154米
世界大坝按坝型分类统计
已建坝数量
%
坝型
土石坝 重力坝 拱坝 支墩坝 总计
（3）塑性斜墙坝：防渗体置于坝剖面的一侧。 优点：斜墙与坝壳之间的施工干扰相对较小，在 调配劳动力和缩短工期方面比心墙坝有利； 缺点：上游坡较缓，粘土量及总工程量较心墙坝 大，抗震性及对不均匀沉降的适应性不如 心墙坝。
（4）多种土质坝：坝址附近有多种土料用来填筑的坝。
（5）土石混合坝：如坝址附近砂、砂砾不足，而石料较 多，上述的多种土质坝的一些部位可 用石料代替砂料。
❖ ⑴我国历史上有文献记载的可追溯到公元 前598~591年。
❖ ⑵建国前用现代技术修建的土坝仅甘肃的 鸳鸯池水库大坝一座，50年代几次扩建后 坝高37.8m。
❖ ⑶建国后土石坝建设的三个阶段：
❖ l 1949~1957年
❖ l 1958~1980年
❖ l 1980~今
Hale Waihona Puke ❖ l 1949~1957年
密云水库
主坝坝型为粘土斜墙土坝,最大坝高66米(白河主坝), 坝顶长度960米(白河主坝),坝基岩石为砂砾石复盖层,坝 钵工程量1105万立米。主要泄洪方式为岸边溢洪道,大 坝特点是坝基混凝土墙和灌浆防渗。
以礼河毛家村水电站 建设地点在云南会泽，所
在河流为以礼河，控制流域面 积868平方公里，多年平均流 量15.9秒立米，设计洪水流量 1700秒立米，总库容5.53亿立 米，设计灌溉面积74万亩，装 机容量1.6万千瓦。
（二）、坝的内部构造
土石坝的内部构造包括： 防渗体、排水设备、反滤层和护坡。 1、防渗体：一般采用塑性心墙和斜墙，均由渗透系数较小的粘
性土料构成，其尺寸和结构需满足减小渗透量、降低浸润线 和控制渗透坡降的要求。 ❖ 粘性土心墙 ❖ 粘性土斜墙 ❖ 粘性土斜心墙 ❖ 沥青混凝土防渗墙 ❖ 水平铺盖 ❖ 人工材料防渗体：
❖ 以防洪治水为目的，从治理淮河开始，兴建了一批 土坝，坝高都在50m以下，坝型均为均质土坝或粘 性土心墙砂砾石坝。
❖ 地基的防渗措施主要是开挖回填粘土截水墙或上游 粘土铺盖；施工基本依靠人力，配合少量轻型机具。
❖ 代表性的工程有淮河上游河南省境内的石漫滩、板 桥、白沙、薄山、南湾等水库大坝；北方有永定河 上官厅水库河；辽宁浑河上的大伙房水库大坝等。
主坝坝型为壤土心墙土石坝。 最大坝高 101 米，坝顶长度297米， 坝基岩石为干枚岩和凝灰岩。坝体 工程量424.1万立米，主要泄洪方
式溢洪道和隧洞。
碧口水电站
石砭峪水库
石头河水库
主坝坝型为沥青混凝土斜墙堆石坝，最大坝 高82.5米，坝顶长度285米，坝基岩石为片 麻花岗岩，坝体工程量208万立米。主要泄
❖ 在勘测设计和试验研究方面也有很大发展， 土工试验已有规范，并在全国推广。
❖ l1958~1980年，这一时期的代表性工程：
❖ 均质土坝——
❖ 松涛水库大坝（海南，80.1m）、岳城水库大坝 （河北，53m）等；
❖ 心墙坝——
❖ 碧口水电站大坝（甘肃，101.8m），毛家村水电 站大坝（云南，82.5m）等；
适用：
较高的土坝及石料较多的地区。
❖ 褥垫排水
用块石、砾石平铺在靠下游侧的坝基上，并在其 周围布置反滤层而构成的水平排水体，伸入坝体长度 1/3~1/4坝底宽。 特点：