土石坝概述和基本剖面

主坝坝型粘土心墙土石坝，最大坝高62 米，坝顶长度591米(主坝)，坝基岩石为 砂砾岩，坝体工程量为386万立米。主 要泄洪方式岸边溢洪道。
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。
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。
（2）下游 有雨水、风、动物、根部发达的植物以及干裂等破坏。
•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, 装机容量8.8万 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)。 千瓦。 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。
图6-8 贴坡排水
（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。
（3）褥垫排水（图6-10）：用块石、砾石平铺在靠下游 侧的坝基上，并在其周围布臵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.
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。
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)
（4）定向爆破。
2、按材料在坝体内的配臵和防渗体的位臵分类 （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
（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臵， 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；
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Fra bibliotek抗冲 能力较低；
（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.
（4）混合式排水（图6-11）：将上述几种排水混合使用。
*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。
图6-12 反滤层
下游护坡：碎石或砾石护坡，还可采用草皮护坡。
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。
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。
水 布 垭
•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。
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
（1）贴坡排水（图6-8）：又称表层排水。设臵在下游坝 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。
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。
•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。
（3）塑性斜墙坝：防渗体臵于坝剖面的一侧。 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。
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。
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；
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。
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，并应设臵伸缩缝做好止水。
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。
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。 坝顶应预留竣工后沉降超高。
2、坝顶
取决于交通需要、构造要求和施工条件。
图6-1 碾压式土石坝类型
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。
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。
•柘林水库
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， 总库容71.7亿 立米，设计灌 溉面积45万 亩，装机容量 18.0万千瓦。
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。
图6-3 粘土心墙坝(突出心墙)
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。
•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。
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。