第一、二節(jié)概述、基本剖面

2023/12/181第五章土石壩Earth-RockDam2023/12/182第一節(jié)概述什么是土石壩？利用壩址附近的土石料填筑（碾壓或夯實）而成的擋水建筑物。亦稱當(dāng)?shù)夭牧蠅?。歷史久遠：公元前600多年，我國開始填筑土堤，防御洪水，蓄水興利。如：安徽芍陂、浙江海塘等。解放后至今，我國內(nèi)已建成的八萬多座水壩，土石壩約占90%左右。國際上：古印度、古埃及等，也很早開始修建土壩。

2023/12/183土石壩優(yōu)點就地取材，節(jié)省三材；筑壩經(jīng)驗豐富；對地形、地質(zhì)條件適應(yīng)性強；施工技術(shù)簡單；便于快速施工、便于維修、加高、培厚和擴建。因此，在國內(nèi)外應(yīng)用十分廣泛。據(jù)統(tǒng)計，國內(nèi)已建成的八萬多座水壩，土石壩約占90%左右。2023/12/184土石壩建設(shè)情況特別是最近十幾年以來，隨著大型高效的土石方施工機械的采用，巖土力學(xué)理論和電子計算機技術(shù)在土石壩設(shè)計中的廣泛使用，為建筑高土石壩提供了有利條件，土石壩得到了飛躍發(fā)展，成為當(dāng)今世界上壩體高度最高、應(yīng)用最廣泛的壩型。目前世界上最高的水壩為塔吉克斯坦的羅貢土石壩，壩高335m。我國已建的最高土石壩為小浪底土石壩，壩高154m，在建的水布埡面板堆石壩高達233m。在本世紀，我國將發(fā)展更高的土石壩。2023/12/1852023/12/1862023/12/187“黃龍”飛瀉小浪底黃河小浪底現(xiàn)“黃龍咆哮”奇觀2013年7月5日，含有大量泥沙的小浪底庫水直瀉黃河下游。當(dāng)日，按照黃河防總2013年汛前調(diào)水調(diào)沙的部署，小浪底水庫異重流排沙出庫。小浪底水庫按2600立方米/秒流量控泄，含有大量泥沙的黃河水，從小浪底大壩的出水口直瀉下游。黃河2013年汛前調(diào)水調(diào)沙從6月19開始，歷時約20天。期間，小浪底水庫總計下泄量約57億立方米，庫區(qū)水位將降至215米左右。黃河小浪底現(xiàn)“黃龍咆哮”奇觀小浪底再現(xiàn)調(diào)水調(diào)沙奇觀"萬馬奔騰"2023/12/1812小浪底參數(shù)

2023/12/1813水布埡水布埡水庫（湖北清江）2023/12/1821水布埡水庫2023/12/1822施工中的水布埡水庫

2023/12/1823一、土石壩的工作特點1．壩體、壩基的透水性擋水時：由于上、下游水位差的作用，水將經(jīng)壩體和壩基的顆?？紫断蛳掠螡B透。

1）使水庫的水量大量流失；

2）而且還會引起壩體或壩基產(chǎn)生管涌、流土等滲透變形，導(dǎo)致潰壩事故。以壩體浸潤線為界，線上的土為非飽和狀態(tài)，線下土體則呈飽和狀態(tài)。第一節(jié)概述2023/12/1824土石壩的工作特點飽和土體，其抗剪強度指標(biāo)也將相應(yīng)降低，對壩坡穩(wěn)定不利。為此，應(yīng)設(shè)置防滲和排水措施，以減少水庫的滲漏損失和保證壩坡的穩(wěn)定性。2、土石壩的局部失穩(wěn)破壞形式以局部壩坡坍塌的形式出現(xiàn)，剪切破壞—滑坡—選擇適宜的坡度。使壩體，保證安全穩(wěn)定，經(jīng)濟合理。2023/12/1825工作特點3．抗沖性能差壩體材料是松散的顆粒：當(dāng)洪水漫過壩頂時，水流必然會攜帶土粒流失，從而引起壩體局部破壞或整體潰決。例如，1975年8月，我國淮河上游兩座土壩，因溢洪道泄洪能力不足發(fā)生洪水漫頂而潰壩。由于波浪的作用，必然導(dǎo)致坡面土料的流失和坍塌，削弱壩體剖面尺寸，對壩體穩(wěn)定不利。2023/12/1826土石壩的工作特點設(shè)計中，要求：

1）壩體應(yīng)有足夠的超高

2）壩坡應(yīng)有相應(yīng)的防沖措施。

3）保證泄洪措施有足夠的泄洪能力。4、壩體沉陷量大(竣工時預(yù)留1.0%H)過大沉陷將會降低壩頂?shù)脑O(shè)計高程，而不均勻沉陷將會使壩體產(chǎn)生縱向、橫向和各種走向的裂縫，危及壩身安全。2023/12/1827二、土石壩的類型土石壩的類型，從不同的角度有不同的分類方法。下面主要按施工方法、筑壩材料和壩體防滲型式進行分類。1．按筑壩材料分類2．按施工方法分類3．按防滲體的型式分類2023/12/1828土石壩的類型

1．按筑壩材料分類按筑壩材料分類:

分為:1)土壩

2)土石混合壩

3)堆石壩。

(壩體絕大部分由土料筑成時稱為土壩；絕大部分由石料筑成時稱為堆石壩；由土石混合堆筑時稱為土石混合壩。)2023/12/18292．按施工方法分類1）碾壓式土石壩碾壓式土石壩是由適宜的土石料分層填筑，并用壓實機械逐層碾壓而成的壩型。近二十多年來，隨著大型碾壓機械的采用，使得這種壩型得到最廣泛的應(yīng)用。本章將重點介紹這種壩型的設(shè)計。第一節(jié)概述土石壩的類型2023/12/1830土石壩的類型

2）水力沖填壩

水力沖填壩是利用水力和簡易的水力機械完成土料開采、運輸和填筑等主要工序而筑成的壩型。具體地說，是用高壓水槍驅(qū)動高壓水流向料場的土料噴射沖擊，使之成為泥漿，然后通過泥漿泵和輸漿管把漿液輸送到壩體預(yù)定位置分層淤積、沉淀、排水和固結(jié)后形成的壩型。2023/12/1831我國西北地區(qū)創(chuàng)造的水墜壩與這種壩型的施工原理相似，其料場位于壩頂高程以上的山體，泥漿輸送是利用漿液的重量經(jīng)溝渠自流到壩面，因而有學(xué)者也把水墜壩歸類為水力沖填壩。這種壩型因施工質(zhì)量難以保證.

3）水中填土壩

水中填土壩是將易于崩解的土料分層倒入靜水中，依靠土體自身重量和運輸工具壓實而成。施工時，一般在施工倉面上用堤埝圍埂分格，并在格中灌水倒土逐層填筑。第一節(jié)概述二、土石壩的類型2023/12/1832

4）定向爆破土石壩

這種壩型是在壩肩山體的預(yù)定位置開挖洞室，埋放炸藥，引爆后使土石料按照物體平拋運動的軌跡拋到預(yù)定的設(shè)計位置，完成大部分壩體填筑，再經(jīng)過加高修復(fù)而形成的壩型。這種筑壩方法由于爆破力很大，可能造成壩址附近地質(zhì)構(gòu)造破壞等方面問題，因而，一般采用較少。我國已建成這種土壩或堆石壩約有40余座，最高的有陜西石砭峪水庫大壩，壩高82.5m，廣東乳源南水電站的主壩，壩高81.3m。第一節(jié)概述二、土石壩的類型2023/12/1833第一節(jié)概述3．按防滲體的型式分類按防滲設(shè)施可分為均質(zhì)壩、土質(zhì)防滲體分區(qū)壩和非土質(zhì)材料防滲體壩(碾壓式)：1）均質(zhì)壩：均質(zhì)壩絕大部分由均一的土料分層填筑而成。筑壩料多用透水性較小的粘性壤土或砂質(zhì)粘土，壩體具有防滲作用。因此，無需設(shè)置專門的防滲措施，如圖5-1(a)所示。2023/12/1834按防滲體的型式分類2）土質(zhì)防滲體分區(qū)壩：由透水性很小的土質(zhì)防滲體和若干種透水土石料分區(qū)分層填筑而成。粘性土質(zhì)防滲體設(shè)在壩體中部或上游，稱為粘土心墻壩或粘土斜心墻壩，如圖5-1(b)、(c)、(d)；設(shè)在壩體上游面的稱為粘土斜墻壩，如圖5-1(e)、(f)、(g)。此外，還有其他型式的分區(qū)壩，如壩體上游部分為防滲土料，下游部分為透水土料的分區(qū)壩等等，如圖5-1(j)所示2023/12/1835

3）非土質(zhì)材料防滲體壩這種壩型的防滲體一般由鋼筋混凝土、瀝青混凝土或其他非土質(zhì)材料做成。其中防滲體布置在壩體中央附近的稱為心墻壩，如圖5-1(h)；防滲體布置在上游面的稱為面板土石壩，如圖5-1(i)。在堆石壩中，一般將防滲體設(shè)在上游壩面，又稱面板堆石壩。

第一節(jié)概述按防滲體的型式分類2023/12/1836圖5-1碾壓式土石壩的類型2023/12/1837大壩典型剖面圖

小浪底大壩位于70余m的覆蓋層上，壩高160m，壩頂長度1667m，防滲線總長2900m，總填筑量5080萬m3。垂直混凝土防滲墻最大深度84m，是中國第一壤土心墻堆石大壩。

2023/12/18392023/12/1840第二節(jié)土石壩剖面的基本尺寸土石壩的剖面設(shè)計影響因素：

1）壩址附近的土石料分布狀況（包括土石料的種類、性能、儲量、運距等）；

2）壩址的地形地質(zhì)條件；3）運行要求和施工條件等；參照已建工程，初擬剖面的尺寸，然后計算和修正，使之成為安全、經(jīng)濟、合理的剖面。土石壩剖面包括壩頂高程、壩頂寬度、壩坡、防滲體。2023/12/1841

壩頂高程應(yīng)為水庫靜水位加壩頂超高，壩頂超高可按式（5-1）計算,圖5-2壩頂超高計算圖

（5-1）式中——壩頂超高，m；

——最大波浪在壩坡上的爬高，m；

A——安全加高，m，按表5-1采用；

e——最大風(fēng)雍水面高度，m，按式（5-2）計算。y=R+e+A一、

壩頂高程2023/12/1842圖5-2壩頂超高計算圖壩頂高程2023/12/1843

表5-1土石壩安全加高A

值(m)壩的級別IIIIIIIVV設(shè)計1.51.000.700.50校核山區(qū)、丘陵區(qū)0.700.500.400.30平原、濱海區(qū)1.000.700.500.30安全加高A值2023/12/1844

當(dāng)壩頂上游側(cè)設(shè)有穩(wěn)定、堅固和不透水且與防滲體緊密接合的防浪墻時，壩頂高程可用防浪墻墻頂?shù)母叱?；但此時在正常運用情況下，壩頂最少應(yīng)高出相應(yīng)的靜水位0.5m；在非常情況運用情況下，壩頂應(yīng)不低于相應(yīng)的靜水位。最后指出：確定壩頂高程應(yīng)分別按正常運用和非常運用情況計算，取其最大值作為設(shè)計壩頂高程。當(dāng)壩址地震烈度大于6度時，應(yīng)考慮地震影響。防浪墻2023/12/1845二、壩頂寬度壩頂寬度取決于：交通：當(dāng)壩頂有交通要求時，應(yīng)按交通部門的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。防汛搶險：車輛運輸、人員工作等。施工：碾壓機械寬度其他專門性要求；對于高壩，壩頂寬度可選用10～15m，對于中、低壩，可選用5～10m。一般情況下：頂寬Tm=0.1H2023/12/1846土石壩的壩坡主要取決于：壩型、壩高、壩基和壩體材料性質(zhì)以及工作條件等因素；一般可參照已建工程初步擬定，然后由壩坡穩(wěn)定計算確定合理的壩坡。規(guī)律：碾壓式土石壩陡于水力沖填、水中填土壩；非粘性土分區(qū)壩陡于粘土均質(zhì)壩壩坡。下游壩坡陡于上游壩坡。巖基壩坡陡于土基壩坡。壩的上部陡于下部。由上向下逐級變緩。每高差約15～20m，變化不宜大于0.25～0.50；常用壩坡一般取1:2.0～1:4.0。見表5-6。三、壩坡2023/12/1847第二節(jié)土石壩剖面的基本尺寸表5-6均質(zhì)壩參考壩坡比值塑性指數(shù)較高的亞粘土塑性指數(shù)較低的亞粘土壩高（m）平臺上游坡下游坡壩高（m）平臺上游坡下游坡頂寬（m）級數(shù)由上而下由上而下頂寬（m）級數(shù)由上而下由上而下＜151.511:2.501:2.751：2.251：2.50＜151.511:2.251:2.501:2.001:2.2515~25221:2.751:3.001：2.501：2.7515~25221:2.501:2.751:2.251:2.5025~35231:2.751:3.001:3.501：2.501：2.751：3.0025~35231:2.501:2.751:3.251:2.251:2.501:2.752023/12/1848注：表中壩殼部分邊坡變化范圍可根據(jù)不同土質(zhì)選用，土質(zhì)較好可用較陡值。心墻部分邊坡變化范圍根據(jù)塑性材料透水性的強弱選用，透水性弱者可用陡值。

表5-7心墻壩參考壩坡比值壩殼部分心墻部分壩高（m）平臺頂寬（m）平臺級數(shù)上游坡（由上而下）下游坡（由上而下）頂寬邊坡＜151.511:2~2.251:2.25~2.51:0.75~2.01:2.0~2.251.51:0.215~252.01~21:2.25~2.51:2.5~2.751:2.0~2.251:2.25~2