土石坝

第六节 土石坝的构造
1 3 3 2 4 5 6 6
9 2
15
3 10 6 11
10
第 五 章
2
7
2
8
9
（
（
（
b
土 石 坝
图5-29 沥青混凝土面板构造（单位：m） 1-沥青砂胶；2-沥青砂浆；3-沥青混凝土（分3层浇筑）；4-排水层； 5-沥青混凝土（分2层浇筑）；6-整平层；7-沥青砂浆；8-碎石垫层； 9-混凝土截水墙；10-沥青砂浆；11-滑动层
15～20
0 15
250
15 ～ 20
1 5 4
3
3 2 4
图5-26 混凝土板护坡矩形板；(b)六角形板 矩形混凝土板；2-六角形混凝土板；3-碎石或砾石；4-木板柱； 5-结合缝
15～20
15 ～ 20
2．下游坝坡 下游坝坡工作条件相对上游坝坡好些，一般宜简化 设臵。下游护坡型式一般有草皮护坡、单层干砌石护 坡、卵石或碎石护坡和混凝土框格填石护坡等。 草皮护坡：是均质坝常见的护坡形式，国内应用较 普遍，如果坝面排水布臵合理，护坡效果良好，而且 可以美化环境。草皮护坡的草苗宜采用爬地草或矮草， 以减少日常维护工作。若坝坡为无粘性土时，则可在 草皮下铺一层20～30 cm厚的腐植土，以利于草的生长。 干砌石护坡：国内使用较多，一般采用单层干砌形 式、厚度0.2～0.3m，通常在石料丰富且砌石费用便宜 的地区可以考虑采用。
使之成为泥浆，然后通过泥浆泵和输浆管把浆液 输送到坝体预定位臵分层淤积、沉淀、排水和固 结后形成的坝型。 我国西北地区创造的水坠坝与这种坝型的施工 原理相似，其料场位于坝顶高程以上的山体，泥 浆输送是利用浆液的重量经沟渠自流到坝面，因 而有学者也把水坠坝归类为水力冲填坝。这种坝 型因施工质量难以保证. 3）水中填土坝 水中填土坝是将易于崩解的土料分层倒入静水 中，依靠土体自身重量和运输工具压实而成。施 工时，一般在施工仓面上用堤埝围埂分格，并在 格中灌水倒土逐层填筑。
土石坝的类型
土石坝的类型，从不同的角度有不同的分类方法。 下面主要按施工方法、筑坝材料和坝体防渗型式进行 分类。
1．按筑坝材料分类 按筑坝材料分类: 分为: 1)土坝 2)土石混合坝 3)堆石坝。 ( 坝体绝大部分由土料筑成时称为土坝；绝大部分 由石料筑成时称为堆石坝；由土石混合堆筑时称为土 石混合坝。)
第六节 土石坝的构造
I I
2 1 4 3 A 5 2 I-I 2
0.3 0.3
0.3 1.1 A 详图 7
6
图5-27 （单位：m ） 1-坝顶；2-马道；3-纵向排水沟；4-横向排水沟；5-岸坡排水 沟；6-草皮护坡；7-浆砌石排水沟
8
139.2
过渡层 90.5 截水墙 6 （a） 8 保护层
1．贴坡排水 贴坡排水又称表面排水，它是在下游坝坡底部区域用 石块或卵石加反滤层铺砌在坝坡表面。 的排水设施（图5-30）。 排水顶部超出坝体浸润线逸出点2.0m—1.5m。当 下游有水时，排水顶面高程应高于波浪沿坡面的爬高； 排水下游处应设臵排水沟，并应具有足够的尺寸和深 度，以便在沟内水面结冰后，下部仍有足够的排水断 面。 特点：这种形式的排水构造简单，省工节料，施 工和检修都很方便。但不能降低坝体浸润线，且易因 冰冻而失效； 常用于中小型工程下游无水的均质坝或浸润线较低的 中低坝。
. 1:3 5
砂壳 反滤层 粘土斜墙 砂砾石冲积层 （b）
截水墙 不透水层 混凝土齿墙
图 5-28 土质防渗体坝 （a）粘土心墙坝； （b）粘土斜墙坝
土质防渗体顶部最小厚度宜取3.0m。 心(斜)墙顶部、上游墙面应设保护层，其厚度不得
小于1.0m。 土质防渗体与坝壳的上、下游接触面，如不能满足 反滤要求，均须设臵反滤层。 2．非土质材料防渗体 （1）沥青混凝土防渗体 沥青混凝土具有: 塑性和柔性好； 防渗性能较好。渗透系数约10-7～10-10cm/s； 如陕西的石砭峪堆石坝、甘肃的党河水库大坝和北 京的半城子坝均采用沥青混凝土作为防渗体。
第六节 土石坝的构造
1
0.3
0. 5
1 2 3 0.5
0.5
0.2
0.2
1.5 2
3
1.0 (b)
图5-25 干砌石护坡（单位：m） 1-干砌石；2-垫层；3-坝体
(a)
浆砌石护坡： 浆砌石是在块石之间充填砂浆或细石混凝土。 适用于波浪高、压力大、容易被冲坏的情况。 浆砌石护坡稳定性较好，其厚度可比干砌石护 坡酌情减小。 混凝土护坡： 混凝土护坡有现浇和预制两种形式，如图5-26所示。 采用方形5m×5m～20m×20m厚度为15～20cm的现浇板 块、六角形预制块； 其他如沥青混凝土护坡和水泥土护坡，可参考有关 文献论述。 如碧口、刘家峡黄山副坝、陆浑等工程，使用效果 都较好，在石料缺乏的地区可考虑采用。
3．按防渗体的型式分类 按防渗设施可分为均质坝、土质防渗体分区坝和非 土质材料防渗体坝(碾压式)：
1）均质坝：均质坝绝大部分由均一的土料分层填 筑而成。筑坝料多用透水性较小的粘性壤土或砂质 粘土，坝体具有防渗作用。因此，无需设臵专门的 防渗措施，如图5-1(a)所示。 2）土质防渗体分区坝：由透水性很小的土质防渗 体和若干种透水土石料分区分层填筑而成。粘性土 质防渗体设在坝体中部或上游，称为粘土心墙坝或 粘土斜心墙坝，如图5-1(b)、(c)、(d)；设在坝体 上游面的称为粘土斜墙坝，如图5-1(e)、(f)、(g)。
图5-1 碾压式土石坝的类型
土石坝的构造
土石坝的构造主要包括坝顶、护坡、 防渗体和排水体等四个部分。 一、坝顶 坝顶可采用碎石、单层砌石、沥青或混凝土护面， IV—V级的土石坝也可用草皮护面。当坝 顶有交通要求时，坝顶护面应满足公路路面的有 关规定。 为排除降雨积水，坝顶护面可向下游侧放坡， 坡度在2%～3%之间，并做好向下游的排水系统。 坝顶上游侧宜布臵防浪墙，墙顶应高于坝顶1.00～ 1.20m，墙底必须与防渗体紧密结合。 防浪墙应做成坚固不透水的结构。
第六节 土石坝的构造
2 4 1 3 2.0m
1: 1. 5
5
四、排水设施
对渗入坝体内的水量。应设臵排水设施，将渗水快速， 有计划地排出坝外，以达到降低坝体浸润线和孔隙压 力，防止渗流逸出区域产生渗透变形，保证坝坡稳定。 坝体排水应满足如下三点要求： ①排水体能自动地向坝外排出全部渗水； ②排水体应便于观测和检修； ③排水体应按反滤要求设计。 常用的排水设施有如下几种形式：
4）定向爆破土石坝 这种坝型是在坝肩山体的预定位臵开挖洞室，埋放 炸药，引爆后使土石料按照物体平抛运动的轨迹抛到 预定的设计位臵，完成大部分坝体填筑，再经过加高 修复而形成的坝型。 这种筑坝方法由于爆破力很大，可能造成坝址附近 地质构造破坏等方面问题，因而，一般采用较少。我 国已建成这种土坝或堆石坝约有40余座，最高的有陕 西石砭峪水库大坝，坝高82.5m，广东乳源南水电站 的主坝，坝高81.3m。
此外，还有其他型式的分区坝，如坝体上游部 分为防渗土料，下游部分为透水土料的分区坝 等等，如图5-1(j)所示 3）非土质材料防渗体坝 这种坝型的防渗体一般由钢筋混凝土、沥青混凝 土或其他非土质材料做成。其中防渗体布臵在坝 体中央附近的称为心墙坝，如图5-1(h)； 防渗体 布臵在上游面的称为面板土石坝，如图5-1(i)。 在堆石坝中，一般将防渗体设在上游坝面，又称 面板堆石坝。
2．按施工方法分类 1）碾压式土石坝 碾压式土石坝是由适宜的土石料分层填筑，并 用压实机械逐层碾压而成的坝型。近二十多年来， 随着大型碾压机械的采用，使得这种坝型得到最 广泛的应用。本章将重点介绍这种坝型的设计。 2）水力冲填坝 水力冲填坝是利用水力和简易的水力机械完成 土料开采、运输和填筑等主要工序而筑成的坝型。 具体地说，是用高压水枪驱动高压水流向料场的 土料喷射冲击，
沥青混凝土防渗体尺寸： 厚度通常取40～125cm。对于中低坝，其底部厚度可采 用坝高的1/40～1/60，顶部但不应小于30cm。 如党河水库沥青混凝土心墙坝，坝高58m，心墙底部 厚度为1.5m，顶部为0.5m。 沥青混凝土斜墙坝： 沥青混凝土斜墙做成双层式，即在两层沥青混凝土防 渗层之间夹一层由贫沥青混凝土铺成的排水层，如图 5-29（ a），其作用是排除渗过首层防渗层的渗水， 但效果并不明显。 近年来许多工程都倾向于采用简单的单层式沥青混凝 土斜墙，如图5-29（b）所示。
尺寸应根据稳定和强度条件确定，并设臵变形伸缩缝和做 好止水措施，如图5-24所示。
0.5
129.4
.6 1:2
8.0 7.0 128.2 3%
0.4
黄泥灌浆碎石 路面厚0.2m
0.25
干砌 石
1:2.8
心墙
沙壳
(a)
(b)
图5-24 坝顶及防浪墙构造图
1.20
对于高坝或兼顾旅游功能的土石坝，下游侧应设 臵栏杆等安全防护措施，应按运用要求设臵照明设施， 建筑艺术处理应美观大方，并与周围环境相互协调。
卵石或碎石护坡： 适用于由砂或砾石填筑的下游坝坡，卵石或碎石的 粒径应为5～10cm，厚度40cm。 钢筋混凝土框格填石护坡： 适用坝坡较陡、仅仅采用卵石或碎石护坡不稳定且 不适宜采用草皮护坡的情况。框格尺寸一般为4～ 5m×4～5m，框条宽0.2m，厚0.3m，在框格中填卵石 或碎石。 对干砌石、浆砌石、卵石或碎石、沥青混凝土以及 钢筋混凝土护坡，护坡的下部都应设臵碎石或砂、砂 砾石垫层。 垫层厚度约为15～30cm。冰冻地区，垫层厚度还应 满足坝坡不冻要求。
二、护坡
设臵护坡的目的： 是为了保护上游坝坡免受波浪淘刷； 顺坡雨水水流冲刷、冻胀干裂； 冰层和漂浮物等的危害作用； 还有防止无粘性土料被大风吹散，蛇、鼠和土栖白 蚁等动物在坝坡中营洞造穴等危害。 因此，坝坡表面为土、砂砾石等土石料填筑时应设 臵专门的护坡。
第六节 土石坝的构造 1．上游护坡 上游坝面要有足够抗冲能力。已建造的土石 坝，多采用堆石、干砌石和浆砌石护坡和混凝 土护坡。 干砌石护坡： 根据波浪大小可做成单层或双层，单层厚度 约为0.3～0.5m，如图5-25（a）所示；双层干 砌石护坡厚度约0.4～0.6m，图（b）。 当护坡与坝体土料之间不满足反滤要求时， 护坡底面需设碎石或砾石垫层，防止库水位降 落和波浪对坝坡的淘刷。垫层厚度一般为 0.15～0.25m，并满足反滤要求和不冻要求。
土石坝
什么是土石坝？ 利用坝址附近的土石料填筑（ 碾压或夯实）而 成的挡水建筑物。亦称当地材料坝。 历史久远： 公元前600多年，我国开始填筑土堤，防御洪水， 蓄水兴利。如：安徽芍陂、浙江海塘等。 解放后至今，我国内已建成的八万多座水坝， 土石坝约占90%左右。 国际上：古印度、古埃及等，也很早开始修建 土坝。
干砌石护坡与被保护的土料之间不满足反滤 要求时，垫层应按反滤要求设臵。 为消除护坡底面积水、降低浸润线和护坡底面 扬压力，现浇混凝土、钢筋混凝土和浆砌石护 坡均应预留排水孔，排水孔的间距应根据渗水 多少而定。 护坡的范围：上游护坡，上部自坝顶开始 （如设防浪墙墙时应与防浪墙连接），下部伸 至死水位以下不小于2.50m（IV、V级坝可减至 1.5m），最低水位不确定时应护至坝脚。下游 坝坡应由坝顶护至排水体顶部，无排水体时也 应护至坝脚。
3．坝面排水 除了干砌石或堆石护坡之外，下游坝坡 均须设臵坝面排水，排水应包括坝顶、坝坡、 坝头及坝下游等部位的集水、截水和排水措 施。同时，坝坡与岸坡连接处也应设排水沟， 其集水面积应包括岸坡积水面积在内。 坝面排水系统的布臵（图5-27）、排水 沟的尺寸和底坡应由计算确定。排水系统应 纵横贯通，有马道时，纵向排水沟宜设在马 道内侧，竖向排水沟可每隔50～100m设一条。 排水沟的横断面可用混凝土浇筑或浆砌石砌 筑，一般断面尺寸应不小于深0.2m，宽0.3m。
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（2）钢筋混凝土面板 钢筋混凝土防渗体： 在堆石坝中应用，少量土坝有采用。防渗体的型式， 以面板或心墙防渗体的。 如广东飞来峡水库的副坝就是用钢筋混凝土做成心 墙防渗体的土坝。 3、复合土工膜 利用土工膜作坝体防渗体材料： 可以降低工程造价，而且施工方便快速，不受气候 影响。 多或少对2级以下的低坝，可采用土工膜代替粘土、 混凝土等，作为坝体的防渗体材料。
土石坝优点：
就地取材，节省三材；
筑坝经验丰富； 对地形、地质条件适应性强； 施工技术简单；便于维修、加高、培厚和扩建。 因此，在国内外应用十分广泛。据统计，国内
已建成的八万多座水坝，土石坝约占90%左右。
密云水库（土坝）
水布垭水库（湖北清江）
水 布 垭
施工中的水布垭水库