第十一章 土 石 坝课件

1、第十一章 土 石 坝 土石坝是土坝与堆石坝的总称。土坝与堆石坝在设计理论和构造等方面有许多相似之处，它们的主要区别就在于石料与土料在坝身中所占的比例，土料为主的称为土坝，石料为主的称为堆石坝。11-1 概 述 土石坝是国内外广泛采用、发展较快的一种坝型。我国已有的最土石坝是小浪底土石坝，其坝高173m。陕北石头河土石坝（心墙坝）坝高105m。世界上现有的最高土石坝是前苏联的罗贡坝，坝高325m。土石坝具有以下优点：（1）筑坝材料可以就地采取；（2）结构简单，工作可靠，便于维修和加高、扩建；（3）较能适应地基变形，对地基的要求比混凝土坝为低；（4）施工技术较简单，工序少，便于组织机械化快速施工。

2、土石坝缺点有：（1）坝身一般不能溢流，须另设溢洪道；（2）施工导流不如混凝土坝方便；（3）粘性土料的填筑受气侯条件的影响大。一、对土石坝的一般要求 土石坝坝体主要由散粒体材料构成，而土料有易变形、易透水、强度低的特点。要保证土石坝安全有效地工作，应满足以下各项要求：（一）保证坝体及坝基的稳定可靠 因土石坝坝体的整体性不如重力坝，坝体发生局部性的坍滑便是土石坝的主要破坏形式之一。土石坝的坝坡就是人工边坡，其稳定性与坡度或坡角关系密切。所以，土石坝在断面设计时，要满足坝坡稳定性的要求。（二）限制坝体及坝基中的渗流量及渗流速度 土石坝总有一定的渗流，但渗流量过大，会影响水库的蓄水功能；渗流速度过大，

3、则会使坝体或坝基发生渗透变形，甚至引起溃坝。渗流逸出处可能将土料中的细颗粒带走或局部土体被冲切。 为此，在设计与施工上应处理好坝的防渗结构，加强坝与坝基、岸坡或其它建筑物的连接，合理布置排水及反滤装置，防止潜蚀，以避免事故的发生。（三）防止水流漫顶 因为土石坝抗冲刷能力低，一旦出现洪水漫顶，就可能冲坏下游面的坝坡，导致大坝溃决。在规划设计中，必须慎重确定洪水标准，并要充分估计水库风浪及坝的沉陷值，预留足够的超高。（四）避免产生有害的裂缝由于受坝址地形、筑坝材料性质、坝基不均匀沉降、施工质量以及地震荷载等因素的影响，土石坝往往会出现裂缝，可能会影响到坝的稳定性。为此，在施工期间，对坝基的处理和坝

4、体的施工一定要保证质量。在运行期间，要加强管理维护。（五）预留坝体沉陷量（超高） 对成坝后的压缩量进行估算和预留，以保证坝在长期运行时的有效高度。（六）能抵抗其它自然现象的破坏作用库内风浪在水位变化范围内可能淘刷上游坝坡；雨水沿坡流动也可能冲毁坝坡；库内冰冻可能破坏坝坡；坝体粘性土料如不加保护，冬季可会因冻胀影响产生裂缝，夏季日晒又会龟裂等等。对这些不利因素都应采取一定的防护措施。二、土石坝的类型 （一）按施工方法分类 1、碾压式土石坝 应用最广的一种坝型2、水力冲填坝3、水中填土坝4、定向爆破堆石坝（二）按坝体材料组合和防渗体的位置分类1、单种土质坝2、心墙坝3、斜墙坝4、多种土质坝5、土石

5、混合坝11-2 土石坝的剖面和构造 土石坝的设计，首先是根据坝址附近土石料的种类、数量和运距及地形、地质条件等选择适宜的坝型。在此基础上初步拟定剖面尺寸，然后进行计算校核。一、土石坝剖面尺寸的拟定剖面基本尺寸包括：坝顶高程、坝顶宽度、上下游坡度。（一）坝顶高程 坝顶高程由水库静水位加波浪爬高及安全加高定出。坝顶在静水位（正常和非常）以上的超高按下式确定： （荷兰劳利兹委员会的公式）式中 d水库静水位以上的超高（m）； ha波浪在坝顶上的爬高（m）； e静水位到波浪中心的距离（m）； hb安全加高（m）；6 . 0245. 0mnhhabahehdcos036. 02HDe 2h波高（m）； m

6、坝坡坡率 n坝坡粗糙系数。沥青和混凝土护坡取 0.0155；勾缝和浆砌石护坡取0.025；干砌石护 坡取0.275；抛石护坡取0.035； 风速（m/s）； D吹程（km）； 风向与坝轴线法线方向的夹角。 当坝顶设防浪墙时，d是指静水位到墙顶的高差，并规定在正常情况下坝顶应高出静水位至少0.5m；非正常情况下坝顶不低于静水位。 以上要求的坝顶高程是指沉降稳定后的数值。因此，竣工时的坝顶高程还应有足够的预留沉降值。一般施工质量好的土石坝，坝体沉降值约为坝高的0.20.4%。（二）坝顶宽度坝顶宽度取决于构造、交通要求和施工条件，同时还应考虑防汛抢险的需要（如堆放材料和人车来往等）。坝高H在100m

7、以下时，坝顶最小宽度可取H/10，但不得小于3m；坝高在100m以上时，坝顶宽度b=H1/2 。（三）坝坡坝坡与坝型、坝高、筑坝材料及施工方法等有关。一般是用类比法初步拟定，再经过核算、修改确定。二、土石坝的构造 坝体构造主要包括：坝顶、防渗体、排水设备、护坡等几个方面。（一）坝顶 坝顶无公路要求时，可采用单层砌石或只铺设碎石、砾石层。级以下的坝可采用草皮护面；有公路要求时，则按道路要求设置。坝顶排水系统：横坡（23%），并设置纵向排水沟（二）防渗体防渗体的尺寸应能满足防渗、构造、施工和防裂等方面的要求。1、塑性心墙2、塑性斜墙3、斜心墙4、钢筋混凝土斜墙5、沥青防渗墙（三）排水设备按其所在的

8、位置分为：坝身排水、坝基排水及坝坡排水。1、坝身排水 坝身排水的主要作用是降低坝体浸润线,有利于下游坝坡稳定,并防止土壤可能产生的渗透破坏。排水设备应有充分的排水能力，不致被渗水中挟带的细颗粒所堵塞；不得因设置排水而引起其附近的坝体和地基土壤发生渗透变形。为此，要求在排水与坝体和坝基的接合处设置反滤层。常见的坝身排水有一下几种：（1）贴坡排水（表层排水）（2）棱体排水（3）褥垫排水（4）管带式排水（5）综合排水2、坝基排水 减压井3、坝坡排水为防止雨水冲刷下游坡面而在坝坡坡面上设置纵横小水沟。（四）反滤层 在渗流出口或进入排水处，通常是坡降较大，流速较高，土壤易于产生渗透变形。为了防止土体在渗流作用下发生管涌，要求在排水与坝体和坝基之间设置反滤层。反滤层一般采用比较均匀的、抗风化的砂、卵石或碎石做成。（五）护坡土石坝的上、下游坡面均设有护坡，以防止波浪淘蚀、雨水冲刷、冻胀和干裂破坏坝坡的稳定。11-3 土石坝的筑坝材料就地取材是土石坝的一个突出优点，也是土石坝设计的一