土石坝概述和基本剖面

柘林水库建在
江西永修，所
在河流为修水，
多年平均流量
256秒立米，
设计洪水流量
18250秒立米，
Байду номын сангаас
总库容71.7亿
立米，设计灌 主坝坝型粘土心墙土石坝，最大坝高62
溉面积45万亩， 米，坝顶长度591米(主坝)，坝基岩石
装机容量18.0 为砂砾岩，坝体工程量为386万立米。
万千瓦。
主要泄洪方式岸边溢洪道。
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•密云水库
密云水库建北 京密云潮白河。 多年平均流量 50秒立米,设计 洪水流量16500 秒立米,总库容 43.75亿立米, 设计灌溉面积 400万亩,装机 主坝坝型为粘土斜墙土坝,最大坝高66米 容量8.8万千瓦。(白河主坝),坝顶长度960米(白河主坝)。
主要泄洪方式为岸边溢洪道,大坝特点是 坝基混凝土精品墙课件和灌浆防渗。
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3、护坡：占总体造价的10% （1）上游 坝坡受波浪淘刷、渗流、冰冻等破坏作用；上游护坡： 砌石护坡、堆石护坡、沥青砼护坡等；
上游护坡 上部自坝顶起，如设防浪墙时应与防浪墙连接，下 部至死水位以下不宜小于2.5m，4级、5级坝可减至 1.5m。最低水位不确定时应护至坝脚。
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（2）下游 有雨水、风、动物、根部发达的植物以及干裂等破坏。 下游护坡：碎石或砾石护坡，还可采用草皮护坡。
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•南水水电站
南水水电站 建在广东乳 源的南水， 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。
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，主要泄洪方式 为隧洞，大坝特点是定向爆破筑坝。
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•柘林水库
岳 城 水 库
岳城水库建设地点在河北磁县，所在河流为漳河，多年平 均流量62.2秒立米，设计洪水流量19300秒立米，总库容 10.9亿立米，设计灌溉面积200万亩，装机容量1.7万千瓦。 主坝坝型为均质土坝，最大坝高53米，坝顶长度3570米， 主要泄洪方式岸边溢洪道。精品课件
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水 布 垭
图6-12 精反品滤课层件
坝的反滤层必须符合下列要求： 1、使被保护土不发生渗透变形 2、渗透性大于被保护土能通畅地排出渗透水流 3、不致被细粒土淤塞失效
反滤层每层的厚度应根据材料的级配、料源、用 途、施工方法等综合确定。人工施工时，水平反 滤层的最小厚度可采用0.3m；垂直或倾斜反滤层 的最小厚度可采用0.5m。采用机械施工时最小厚 度应根据施工方法确定。
图6-3 粘土心墙坝(突出心墙)
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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。 型式：贴坡排水、棱体排水、褥垫排水、混合排水
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（1）贴坡排水（图6-8）：又称表层排水。设置在下游坝 坡底 部，由1~3层堆石或砌石构成，在石块与坝坡之间应 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。但不能降低浸润线，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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三、土石坝的工作特点
（1）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；
（2）渗流方面：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；
（3）冲刷方面：颗粒间粘结力小，因此土石坝抗冲 能力较低；
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（4）混合式排水（图6-11）：将上述几种排水混合使用。
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*反滤层（图6-12）: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:滤土、排水。
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）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。
土石坝
第一节 概述
一、概念：利用当地土石材料填筑而成的挡水坝， 又称当地材料坝。 历史悠久，发展很快，国内、外广泛采用。
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•碧口水电站
碧口水电站建在甘肃文县 白龙江。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。
主坝坝型为壤土心墙土石 坝。最大坝高 101 米，坝 顶长度297米。主要泄洪方 式溢洪道和隧洞。
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•官厅水库
官厅水库建在河 北怀来永定河， 多年平均流量 44.6秒立米，设 计洪水流量 11450秒立米， 总库容21.9亿立 米，设计灌溉面 积150万亩，装 机容量3.0万千 瓦。
主坝坝型为粘土心墙土坝，最大坝 高5米，坝顶长度299米，坝基岩石 为灰岩，坝体工程量228万立米， 主要泄洪方式为岸边溢洪道。
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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。 其种类有：粘性土心墙（图6-3）、粘性土斜墙（图 6-4，6-5）、粘性土斜心墙（图6-6）、沥青混凝土 防渗墙(图6-7)
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图6-1 碾压式土石坝类型
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图6-1 碾压式土石坝类型
第二节 土石坝的剖面和构造
一、坝顶高程
坝顶高程＝水库静水位加相应的超高，取下列中的最
大值
设计洪水位+正常运用条件的坝顶超高
正常蓄水位+正常运用条件的坝顶超高
校核洪水位+非常运用条件的坝顶超高
正常蓄水位+非常运用条件的坝顶超高，再加地震安
下游护坡 应由坝顶护至排水棱体，无排水棱体时应护至坝脚。
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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。 (1)均质坝的上下游坡度比心墙坝的坝坡缓； (2)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； (3)土料相同时上游坡缓于下游坡； (4)粘土均质坝的坝坡与坝高有关，坝高越大坝坡越缓； (5)碾压式堆石坝的坝坡比土坝陡。
（4）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；
（5）其他方面：冰冻、地震、动物筑窝等. 精品课件
四、土石坝的设计要求
（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象 的破坏作用； （5）安全使用前提下，力求经济美观。
全加高
坝顶高程是指沉陷稳定后的，竣工时的坝顶高程预
留足够的沉陷超高。
坝顶设防浪墙时，d为静水位到墙顶的高差。正常
情况坝顶应高出静水位0.5m以上，非常情况不低于静
水位。
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1、坝顶超高 其中，hB—爬高， a—安全加高， e—坝前水位因风
浪引起的壅高。
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当坝顶上游侧设有防浪墙时，坝顶超高可改为对 防浪墙顶的要求。但此时在正常运用条件下，坝 顶应高出静水位0.5m，在非常运用条件下坝顶应 不低于静水位。
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二、土石坝广泛应用的原因：
优点：
（1）可以就地取材，可节省大量钢材和水泥，免修公路； （2）较能适应地基变形，对地基的要求比砼坝要低； （3）结构简单，工作可靠，便于维修和加高、扩建； （4）施工技术简单，工序少，便于组织机械化快速施工。
不足之处：
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。
（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；
坝顶应预留竣工后沉降超高。
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2、坝顶
取决于交通需要、构造要求和施工条件。 无特殊要求时，坝顶最小宽度： 对于高坝（>70m）可选用10～15m； 对中低坝可选用5～10m。
坝顶盖面材料应根据当地材料情况及坝顶用途 确定。宜采用密实的砂砾石、碎石、单层砌石 或沥青混凝土等柔性材料。
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坝顶面可向上下游侧或下游侧放坡。坡度宜根据降 雨强度在2％～3％之间选择，并应做好向下游的排 水系统。 坝顶上游侧宜设防浪墙，墙顶应高于坝顶1.0～ 1.2m。防浪墙必须与防渗体紧密结合， 防浪墙应坚固不透水，其结构尺寸应根据稳定强度 计算确定，并应设置伸缩缝做好止水。
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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。
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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
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土质防渗体断面应满足渗透比降、下游浸润线和 渗透流量的要求。应自上而下逐渐加厚，顶部的 水平宽度不宜小于3.0m。 底部厚度斜墙不宜小于水头的1/5，心墙不宜小 于水头的1/4。
土质防渗体顶部在正常蓄水位或设计洪水位以上 的超高。非常运用条件下防渗体顶部不应低于非 常运用条件的静水位。
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图6-8 贴坡排水
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（2）棱体排水（图6-9）：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。
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（3）褥垫排水（图6-10）：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，当下游水位高于排水设备 时，降低浸润线的效果明显降低，我国应用较少。 适用: 下游无水或水位较低的情况.