第三章_土石坝及碾压

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水平有限 万请包涵
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亦师亦友 娱乐为先
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宏图大展 诸君共勉
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悄悄的，我走了 正如我悄悄的来
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我挥一挥短袖 带走诸位的笑脸 还有课堂上的早餐
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纵有万般无奈 只能抬手说再见
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如有缘 再相见 谢谢各位的陪伴
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坝体是由透水性不同的多种土料分区填筑而成。
（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。
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三、筑坝土料的性质
1、粘性土：颗粒小，结构紧密，颗粒间有凝聚
力，水流渗过这种土壤时，遇到的阻力大，因 此其防渗性能好。 2、非粘性土：砂粒、卵石等 颗粒大，颗粒间基本无凝聚力，但颗粒间摩 擦力大，因而其自然稳定坡度比粘性土陡。粒 间空隙大，容易透水，防渗性能差。
(三) 组成：堆石体、面板、底座（趾板）
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西北口（95m，湖北）
44 天生桥一级（ 178m，广西）
东津面板堆石坝 （88.5m，江西）
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古洞口 （118m，湖北）
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坝面碾压
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• 前四周的课程到此告一段落
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时间太瘦 指缝太宽
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四周时间 转眼不见
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满心挂牵 流连忘返
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水工概论 有点扯淡
施工导流不如 砼坝便利； 剖面大，所以填筑量大；粘性土施工容易受气 候条件影响较大。
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一、土石坝的工作条件和设计的一般要求
渗流方面：坝体为散粒体结构，库水在上下游水 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。
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稳定方面： 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。 冲刷方面： 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、动物巢穴等。
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二、混凝土面板堆石坝
砼面板堆石坝以堆石体为支承结构，采用砼面 板作为坝的防渗体，并将其设置在堆石体上游面。
(一)混凝土面板堆石坝的发展
第一阶段(1850年~1940年)， 为抛填堆石阶段； 第二阶段(1940年~1965年)，是由抛填堆石向碾压
堆石发展的过渡阶段；
第三阶段（1965年以后至今），主要是以碾压堆
确定坝体内浸润线的位置； 确定坝体及坝基的渗流量，以估算水
库的渗漏损失； 确定坝体和坝基渗流逸出区的渗流坡 降，检查产生渗透变形的可能性； 为坝体稳定分析和布置观测设备提供 依据。
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渗透变形
管涌
坝体或地基中的土壤细颗粒被渗透水流 带走，并逐步形成渗流通道的现象。 多发生在坝的下游坡或闸坝下游地基面渗流 逸出处。粘性土因颗粒之间存在凝聚力且渗透系 数较小，一般不易发生管涌破坏，而在缺乏中间 粒径的非粘性土中极易发生。
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(三)土坝的沉陷
在自重或外力的作用下，土体孔逐渐隙 中的水、气被逐渐排出，孔隙缩小，土体被
压实，这个过程称为 固结。 粘性土常需要一个较长的时间才能完成 固结，而砂性土固结速度则较快。
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六、土石坝的地基处理
一、地基处理 1、目的： 渗流控制、稳定控制、变形控制 2、砂砾石地基的处理 砂砾石地基的特点：具有较高的抗剪能力和 承载能力，压缩变形小，抗渗性能差，因此对这 类地基的处理以渗流控制为主。 垂直防渗：粘土截水槽、砼防渗墙和灌浆帷幕； 水平防渗：铺盖；
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为使土石坝能安全有效工作，在 设计时一般要求：
（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，还必须能抵抗其他自 然现象的破坏作用； （5）安全使用前提下，力求经济美观。
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二、土石坝的类型
1、按施工方法分类：
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当地基深度在10~15米以内时，采用粘土截水墙。
如果深度更大但不超过30米时，可采用混凝土 截水墙。
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当砂砾石透水层深度大于30米, 采用混凝土 防渗墙。
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第四节 碾压砼坝与砼面板堆石坝
一、碾压混凝土坝 采用水泥含量比较低的超干硬性混凝 土，经碾压而成的混凝土坝。 从根本上改革了常规混凝土的浇捣方法， 是将土石坝碾压设备和技术应用混凝土坝施工 的一种新坝型。
（1）碾压式土石坝 （2）抛填式堆石坝 （2）水力冲填坝 （3）水坠坝 （4）定向爆破堆石坝 √
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2、碾压式土石坝按筑坝材料和防渗体的位 置可细分为以下五种：
（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。 7
石为特征，同时在坝体结构、施工技术上有很达的 进步，所筑坝也越来越高 。
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早在19世纪中叶，美国就开始修建面板堆 石坝。最初这些坝是以木面板防渗，后来为承 受更高的水压力，木面板逐渐被混凝土面板代 替。当时堆石均采用抛填施工，并辅以高压水 枪冲实，所获得的堆石体不太密实，沉陷和水 平位移均较大。
下游面有雨水、风、动物以及干裂等破坏。 上游护坡： 砌石护坡、堆石护坡、砼板护坡等；
下游护坡：
碎石或砾石护坡，还可采用草皮护坡。
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五、土坝的渗流、稳定和沉陷
(一)渗流分析 1、渗流的概念：水库蓄水后，由于上下游 水位差的关系，水流会通过坝体土粒之 间的空隙从上游向下游流动。
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2、渗流分析的目的：
进入60年代以后，将大型振动碾运用于坝体 堆石碾压，使堆石体的密实度更高，从而大幅度 降低了堆石体变形，再配合接缝止水设施和改进 的钢筋混凝土面板防渗，成为现代的新型面板堆 42 石坝。
(二) 混凝土面板堆石坝迅速发展的原因
1、面板设计于堆石体上游面，水压力在上游坝 面的铅直分力有助于坝的稳定，坝体工程量是 土石坝中最小的； 2、振动碾压使得高密实度堆石体变形小； 3、面板兼有护坡防浪作用，经济合理； 振动碾 4、面板在上游面，便于检查维修； 5、坝体填筑没有粘性土填方，施工干扰小，气 候影响也小，基本可全年施工。 弱点：面板对基础沉陷敏感，不抗漂浮物冲击。
流土
在渗流作用下，产生的土体浮动或流失现 象；它主要发生在粘性土及均匀非粘性土体的渗 流出口处。
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(二) 稳定分析
重力坝 — 沿坝基面的整体抗滑稳定分析 拱坝 — 坝肩(拱座)的稳定分析 土坝 — 主要指上下游坝坡的抗滑稳定分析 土石坝坝坡的滑动面型式： 圆弧滑动面：滑动面通过粘性土部位时， 折线滑动面：滑动面通过非粘性土部位时； 复式滑动面：滑动面通过粘性土和非粘性土构 成的多种土质坝时。
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（2）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：下游无水时，能有效降低浸润线，有助于 坝基排水，但对不均匀沉降的适应性较差。 适用: 下游无水或水位较低的情况.
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（3）贴坡排水：
也称表层排水。设置在下游坝坡底部，由1~2层 堆石或砌石构成，在石块与坝坡之间设反滤层； 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。
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（4）混合式排水
将上述几种排水混合使用。
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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， 小粒径 — 大粒径。
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3、护坡
上游坝坡受波浪淘刷、渗流、冰冻等破坏作用；
碾压混凝土坝的特点： 运输、浇筑均可实现机械化；因此，施工速 度快，工期短。
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单位水泥用量和用水量少，每m3砼水泥用 量一般不超过100kg，较常态砼节约30%~50%， 用水量也少30%~40%，相应地可大大简化混凝 土的温控措施；


砂率大，且要求有一定的粉粒含量；
采用通仓薄层浇筑，一般不设纵缝，可节 省模板及接缝灌浆等费用； 工程造价省。
鲁布革大坝典型剖面图
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（3）斜墙土坝
防渗体置于坝的上游面，称为斜墙。
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。
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小浪底斜心墙坝典型断面图
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（4）多种土质坝：
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四、土石坝的剖面和构造
(一) 土石坝的组成 坝身、防渗体、排水设备和护坡 (二) 土石坝的剖面 土石坝基本剖面尺寸主要包括： 坝顶高程、坝顶宽度、上下游边坡、防渗 和排水设备的轮廓尺寸 1、坝顶高程： 静水位 + 波浪爬高+坝顶超高d
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★ 坝顶高程应分别按正常情况和非常情况进行
计算，并选用其中的较大值。对于地震区还 需考虑地震涌浪高度。 ★ 坝顶上游设防浪墙时，计算得到的坝顶高程 应为防浪墙顶高程。
棱体排水、褥垫排水、贴坡排水、综合式排水
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（1）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。 适用：较高的土坝及石料较多的地区。
ห้องสมุดไป่ตู้16
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,B min = 0.1H ，不小于5m; 当坝高大于100m时， B min = H 0.5 .
3、坝坡 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。 土料相同时上游坡缓于下游坡；水下缓于水上； 粘土均质坝的坝坡与坝高有关，坝高越大坝坡越缓； 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； 变坡处设 马道，宽1.5~2.0m。 17
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第三节 土石坝
( the Rock-fill Dam ）
土石坝是利用坝址附近土料、石料及砂砾料填筑 而成的一种挡水坝；
是土坝、堆石坝和土石混合坝的总称； 筑坝材料基本来源于当地，故又将其称为“当地 材料坝”。 是人类最早建造的坝型，具有悠久的发展历史， 在各国使用都极为普遍。
（2）心墙土坝：
用透水性较好的砂或砂砾石做坝壳，以防渗性 较好的材料作为防渗体设在坝的剖面中心位置。
防渗体：粘土、沥青砼或钢筋砼，土工膜等
优点：坡陡，剖面较均质坝小，工程量少，心墙 占总方量比重不大，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； 8
堆石坝以心墙作为防渗体
进入上世纪40年代以来，筑坝高度呈现增 加趋势。对采用抛填法施工的堆石体，当坝高 大于70m时，混凝土防渗面板已不能承受堆石 体的较大变形而发生裂缝漏水，从而导致在较 长时期内，这种坝型的发展处于停滞状态。
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与此相反，带有反滤层的粘土心墙却能 适应抛填堆石的较大变形，满足坝体防渗需要， 加上50年代土力学理论、土工试验技术、土壤碾 压设备的发展，使得以粘性土料作防渗心墙或斜 墙的堆石坝在这期间得到迅速发展，并建成不少 高坝。
(三) 土石坝的主要构造
1、防渗体 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
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2、排水设备和反滤层
降低坝体浸润线及孔隙压力，改变渗流方向， 增加坝体稳定； 防止渗流逸出处的渗透变形，保护坝坡和坝基； 防止下游波浪对坝坡的冲刷及冻胀破坏，起到 保护下游坝坡的作用。 常见的型式有:
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同混凝土坝相比，土石坝的优点主要体现 在以下几方面 ：
就地取材，可节省大量木材、钢材和水泥等； 较能适应地基变形，对地基要求比砼坝要低； 结构简单,工作可靠,便于维修和加高、扩建； 施工技术简单，工序少，便于机械化施工。
当然，土石坝也存在一些缺点： 坝顶不能过流，需在坝外单独设置泄水建筑物；