土石坝的构造专业教育

1、 土石坝的构造主要包括坝顶、护坡、土石坝的构造主要包括坝顶、护坡、 防渗体和排水体等四个部分。防渗体和排水体等四个部分。 一、坝顶一、坝顶 坝顶可采用碎石、单层砌石、沥青或混凝土坝顶可采用碎石、单层砌石、沥青或混凝土护面，护面，ivivv v级的土石坝也可用草皮护面。当坝级的土石坝也可用草皮护面。当坝顶有交通要求时，坝顶护面应顶有交通要求时，坝顶护面应满足公路路面满足公路路面的有的有关规定。关规定。为排除降雨积水，坝顶护面可向下游侧放坡，为排除降雨积水，坝顶护面可向下游侧放坡，坡度在坡度在2%2%3%3%之间，并做好向下游的排水系统。之间，并做好向下游的排水系统。 坝顶上游侧宜布置坝顶上游侧宜

2、布置防浪墙防浪墙，墙顶应高于坝顶，墙顶应高于坝顶1.001.001.20m1.20m，墙底必须与防渗体紧密结合。，墙底必须与防渗体紧密结合。 防浪墙应做成坚固不透水的结构。防浪墙应做成坚固不透水的结构。尺寸应根据稳定和强度条件确定，并设置变形尺寸应根据稳定和强度条件确定，并设置变形伸缩缝和做好止水措施，如图伸缩缝和做好止水措施，如图5-245-24所示。所示。图5-24 坝顶及防浪墙构造图7.08.00.5(b)0.251.20(a)干砌石路面厚0.2m黄泥灌浆碎石1:2.61:2.83%128.2129.40.4沙壳心墙 对于高坝或兼顾旅游功能的土石坝，下游对于高坝或兼顾旅游功能的土石坝，下

3、游侧应设置侧应设置栏杆栏杆等等安全防护措施安全防护措施，应按运用要求，应按运用要求设置设置照明设施照明设施，建筑艺术处理应美观大方，并，建筑艺术处理应美观大方，并与周围环境相互协调。与周围环境相互协调。二、护坡二、护坡 设置护坡的目的：设置护坡的目的： 是为了保护上游坝坡免受波浪淘刷；是为了保护上游坝坡免受波浪淘刷； 顺坡雨水水流冲刷、冻胀干裂；顺坡雨水水流冲刷、冻胀干裂； 冰层和漂浮物等的危害作用；冰层和漂浮物等的危害作用； 还有防止无粘性土料被大风吹散，蛇、鼠和还有防止无粘性土料被大风吹散，蛇、鼠和土栖白蚁等动物在坝坡中营洞造穴等危害。土栖白蚁等动物在坝坡中营洞造穴等危害。 因此，因此，坝

4、坡表面为土、砂砾石等土石料填筑坝坡表面为土、砂砾石等土石料填筑时应设置专门的护坡。时应设置专门的护坡。1 1上游护坡上游护坡 上游坝面要有足够抗冲能力。已建造的土上游坝面要有足够抗冲能力。已建造的土石坝，多采用堆石、干砌石和浆砌石护坡和石坝，多采用堆石、干砌石和浆砌石护坡和混凝土护坡。混凝土护坡。干砌石护坡：干砌石护坡： 根据波浪大小可做成单层或双层，单层厚根据波浪大小可做成单层或双层，单层厚度约为度约为0.30.30.5m0.5m，如图，如图5-255-25（a a）所示；双）所示；双层干砌石护坡厚度约层干砌石护坡厚度约0.40.40.6m0.6m，图（，图（b b）。）。 当护坡与坝体土料

5、之间不满足反滤要求时，当护坡与坝体土料之间不满足反滤要求时，护坡底面需设碎石或砾石垫层，防止库水位护坡底面需设碎石或砾石垫层，防止库水位降落和波浪对坝坡的淘刷。垫层厚度一般为降落和波浪对坝坡的淘刷。垫层厚度一般为0.150.150.25m0.25m，并满足反滤要求和不冻要求，并满足反滤要求和不冻要求。 图5-25 干砌石护坡（单位：m） 1-干砌石；2-垫层；3-坝体0.30.20.2123(a)(b)1.00.50.51.50.5123浆砌石护坡：浆砌石护坡：q 浆砌石是在块石之间充填砂浆或细石混凝土。浆砌石是在块石之间充填砂浆或细石混凝土。q 适用于波浪高、压力大、容易被冲坏的情况。适用于

6、波浪高、压力大、容易被冲坏的情况。q浆砌石护坡稳定性较好，其厚度可比干砌石浆砌石护坡稳定性较好，其厚度可比干砌石护护 坡酌情减小。坡酌情减小。混凝土护坡：混凝土护坡：q混凝土护坡有现浇和预制两种形式，如图混凝土护坡有现浇和预制两种形式，如图5-5-2626所示。采用方形所示。采用方形5m5m5m5m20m20m20m20m厚度为厚度为151520cm20cm的现浇板块、六角形预制块；的现浇板块、六角形预制块；q 其他如其他如沥青混凝土沥青混凝土护坡和护坡和水泥土水泥土护坡，可参护坡，可参考有关文献论述。考有关文献论述。 如碧口、刘家峡黄山副坝、陆浑等工程，使如碧口、刘家峡黄山副坝、陆浑等工程，

7、使用效果都较好，在石料缺乏的地区可考虑采用。用效果都较好，在石料缺乏的地区可考虑采用。图5-26 混凝土板护坡矩形板；(b)六角形板矩形混凝土板；2-六角形混凝土板；3-碎石或砾石；4-木板柱；5-结合缝152020151520150250201532315442 2下游坝坡下游坝坡 下游坝坡工作条件相对上游坝坡好些，一般下游坝坡工作条件相对上游坝坡好些，一般宜简化设置。下游护坡型式一般有草皮护坡、宜简化设置。下游护坡型式一般有草皮护坡、单层干砌石护坡、卵石或碎石护坡和混凝土框单层干砌石护坡、卵石或碎石护坡和混凝土框格填石护坡等。格填石护坡等。 草皮护坡：草皮护坡：是均质坝常见的护坡形式，国内

8、是均质坝常见的护坡形式，国内应用较普遍，如果坝面排水布置合理，护坡效应用较普遍，如果坝面排水布置合理，护坡效果良好，而且可以美化环境。草皮护坡的草苗果良好，而且可以美化环境。草皮护坡的草苗宜采用爬地草或矮草，以减少日常维护工作。宜采用爬地草或矮草，以减少日常维护工作。若坝坡为无粘性土时，则可在草皮下铺一层若坝坡为无粘性土时，则可在草皮下铺一层202030 cm30 cm厚的腐植土，以利于草的生长。厚的腐植土，以利于草的生长。 干砌石护坡：干砌石护坡：国内使用较多，一般采用单层国内使用较多，一般采用单层干砌形式、厚度干砌形式、厚度0.20.20.3m0.3m，通常在石料丰富且，通常在石料丰富且砌

9、石费用便宜的地区可以考虑采用。砌石费用便宜的地区可以考虑采用。 卵石或碎石护坡：卵石或碎石护坡： 适用于由砂或砾石填筑的下游坝坡，卵石或适用于由砂或砾石填筑的下游坝坡，卵石或碎石的粒径应为碎石的粒径应为5 510cm10cm，厚度，厚度40cm40cm。钢筋混凝土框格填石护坡：钢筋混凝土框格填石护坡： 适用坝坡较陡、仅仅采用卵石或碎石护坡不适用坝坡较陡、仅仅采用卵石或碎石护坡不稳定且不适宜采用草皮护坡的情况。框格尺寸稳定且不适宜采用草皮护坡的情况。框格尺寸一般为一般为4 45m5m4 45m5m，框条宽，框条宽0.2m0.2m，厚，厚0.3m0.3m，在框格中填卵石或碎石。在框格中填卵石或碎石

10、。 对干砌石、浆砌石、卵石或碎石、沥青混凝对干砌石、浆砌石、卵石或碎石、沥青混凝土以及钢筋混凝土护坡，护坡的下部土以及钢筋混凝土护坡，护坡的下部都应设置都应设置碎石或砂、砂砾石垫层。碎石或砂、砂砾石垫层。 垫层厚度约为垫层厚度约为151530cm30cm。冰冻地区，垫层厚。冰冻地区，垫层厚度还应满足坝坡不冻要求。度还应满足坝坡不冻要求。 干砌石护坡与被保护的土料之间不满足反滤干砌石护坡与被保护的土料之间不满足反滤要求时，垫层应按反滤要求设置。要求时，垫层应按反滤要求设置。 为消除护坡底面积水、降低浸润线和护坡底为消除护坡底面积水、降低浸润线和护坡底面扬压力，现浇混凝土、钢筋混凝土和浆砌石面扬压

11、力，现浇混凝土、钢筋混凝土和浆砌石护坡均应预留护坡均应预留排水孔排水孔，排水孔的间距应根据渗，排水孔的间距应根据渗水多少而定。水多少而定。 护坡的范围：护坡的范围：上游护坡，上部自坝顶开始上游护坡，上部自坝顶开始（如设防浪墙墙时应与防浪墙连接），下部伸（如设防浪墙墙时应与防浪墙连接），下部伸至死水位以下不小于至死水位以下不小于2.50m2.50m（iviv、v v级坝可减至级坝可减至1.5m1.5m），最低水位不确定时应护至坝脚。下游），最低水位不确定时应护至坝脚。下游坝坡应由坝顶护至排水体顶部，无排水体时也坝坡应由坝顶护至排水体顶部，无排水体时也应护至坝脚。应护至坝脚。3 3坝面排水坝面排水

12、 除了干砌石或堆石护坡之外，下游坝坡均除了干砌石或堆石护坡之外，下游坝坡均须设置坝面排水，排水应包括坝顶、坝坡、坝须设置坝面排水，排水应包括坝顶、坝坡、坝头及坝下游等部位的集水、截水和排水措施。头及坝下游等部位的集水、截水和排水措施。同时，坝坡与岸坡连接处也应设排水沟，其集同时，坝坡与岸坡连接处也应设排水沟，其集水面积应包括岸坡积水面积在内。水面积应包括岸坡积水面积在内。 坝面排水系统的布置（图坝面排水系统的布置（图5-275-27）、排水沟）、排水沟的尺寸和底坡应由计算确定。排水系统应纵横的尺寸和底坡应由计算确定。排水系统应纵横贯通，有马道时，纵向排水沟宜设在马道内侧，贯通，有马道时，纵向排

13、水沟宜设在马道内侧，竖向排水沟可每隔竖向排水沟可每隔5050100m100m设一条。排水沟的设一条。排水沟的横断面可用混凝土浇筑或浆砌石砌筑，一般断横断面可用混凝土浇筑或浆砌石砌筑，一般断面尺寸应不小于深面尺寸应不小于深0.2m0.2m，宽，宽0.3m0.3m。图5-27 （单位：m ）1-坝顶；2-马道；3-纵向排水沟；4-横向排水沟；5-岸坡排水沟；6-草皮护坡；7-浆砌石排水沟 i-i412325aia 详图1.10.370.30.362i三、防渗体三、防渗体 按防渗体材料可分为：按防渗体材料可分为：土质防渗体：土质防渗体：粘性土心墙和斜墙等；粘性土心墙和斜墙等；非土质材料防渗体：非土质

14、材料防渗体：沥青混凝土、钢筋混凝土心沥青混凝土、钢筋混凝土心墙、斜墙、面板和复合土工膜等。墙、斜墙、面板和复合土工膜等。1 1土质防渗体土质防渗体 土质防渗体用粘土、含砂砾粘性土或粘壤土。土质防渗体用粘土、含砂砾粘性土或粘壤土。 土质防渗体的断面尺寸应根据下列因素确定：土质防渗体的断面尺寸应根据下列因素确定： 防渗体土料的数量和质量（包括允许比降、防渗体土料的数量和质量（包括允许比降、塑性和抗裂性能等）；塑性和抗裂性能等）； 坝基的性质和处理措施；坝基的性质和处理措施； 土料施工难度及土料与坝壳土料的比价关系土料施工难度及土料与坝壳土料的比价关系 库区设计地震烈度。库区设计地震烈度。 实践证明

15、实践证明：土质防渗体的断面（图：土质防渗体的断面（图5-285-28）及厚度取决）及厚度取决于防渗体土料的于防渗体土料的允许比降允许比降，在设计中通常采用渗流平均，在设计中通常采用渗流平均允许比降允许比降jj作为控制条件；作为控制条件； 最大作用水头最大作用水头h h与允许比降的比值：与允许比降的比值：b=h/jb=h/j。 工程中：理论计算的防渗体断面可能太薄，其对抗工程中：理论计算的防渗体断面可能太薄，其对抗震抗裂不利。震抗裂不利。 为此，根据实际工程经验提出的允许比降：为此，根据实际工程经验提出的允许比降：心墙不宜大于心墙不宜大于4.04.0，斜墙不宜大于，斜墙不宜大于5.05.0据此求

16、出土质防渗体底部的厚度。据此求出土质防渗体底部的厚度。 由于反滤层设计理论的不断完善，允许比降有逐步由于反滤层设计理论的不断完善，允许比降有逐步加大的趋势。如挪威的斯伐提文心墙坝，坝高加大的趋势。如挪威的斯伐提文心墙坝，坝高125m125m，取取j=5.0j=5.0；加拿大的肯尼斜墙坝，坝高；加拿大的肯尼斜墙坝，坝高85m85m，取，取j=5.3j=5.3；国内的窄口心墙坝，坝高；国内的窄口心墙坝，坝高77m77m，取，取j=6.4mj=6.4m；陆浑斜墙坝，坝高陆浑斜墙坝，坝高55m55m，取，取j=6.9j=6.9。图 5-28 土质防渗体坝（a）粘土心墙坝； （b）粘土斜墙坝1:3.5反

17、滤层不透水层截水墙混凝土齿墙砂砾石冲积层（b）粘土斜墙截水墙保护层砂壳（a）8过渡层690.58139.2q 土质防渗体顶部最小厚度宜取土质防渗体顶部最小厚度宜取3.0m3.0m。q 心心( (斜斜) )墙顶部、上游墙面应设保护层，其厚度不墙顶部、上游墙面应设保护层，其厚度不得小于得小于1.0m1.0m。q 土质防渗体与坝壳的上、下游接触面，如不能满土质防渗体与坝壳的上、下游接触面，如不能满足反滤要求，均须设置反滤层。足反滤要求，均须设置反滤层。 2 2非土质材料防渗体非土质材料防渗体（1 1）沥青混凝土防渗体）沥青混凝土防渗体沥青混凝土具有沥青混凝土具有: : 塑性和柔性好；塑性和柔性好；防

18、渗性能较好。渗透系数约防渗性能较好。渗透系数约10-710-710-10cm/s10-10cm/s； 如陕西的石砭峪堆石坝、甘肃的党河水库大坝和如陕西的石砭峪堆石坝、甘肃的党河水库大坝和北京的半城子坝均采用沥青混凝土作为防渗体。北京的半城子坝均采用沥青混凝土作为防渗体。 沥青混凝土防渗体尺寸：沥青混凝土防渗体尺寸：厚度通常取厚度通常取4040125cm125cm。对于中低坝，其底部厚。对于中低坝，其底部厚度可采用坝高的度可采用坝高的1/401/401/601/60，顶部但不应小于，顶部但不应小于30cm30cm。 如党河水库沥青混凝土心墙坝，坝高如党河水库沥青混凝土心墙坝，坝高58m58m，心

19、，心墙底部厚度为墙底部厚度为1.5m1.5m，顶部为，顶部为0.5m0.5m。沥青混凝土斜墙坝：沥青混凝土斜墙坝： 沥青混凝土斜墙做成双层式，即在两层沥青混沥青混凝土斜墙做成双层式，即在两层沥青混凝土防渗层之间夹一层由贫沥青混凝土铺成的凝土防渗层之间夹一层由贫沥青混凝土铺成的排水层，如图排水层，如图5-295-29（ a a），其作用是排除渗过），其作用是排除渗过首层防渗层的渗水，但效果并不明显。首层防渗层的渗水，但效果并不明显。 近年来许多工程都倾向于采用简单的单层式沥近年来许多工程都倾向于采用简单的单层式沥青混凝土斜墙，如图青混凝土斜墙，如图5-295-29（b b）所示。）所示。图5-2

20、9 沥青混凝土面板构造（单位：m）1-沥青砂胶；2-沥青砂浆；3-沥青混凝土（分3层浇筑）；4-排水层；5-沥青混凝土（分2层浇筑）；6-整平层；7-沥青砂浆；8-碎石垫层；9-混凝土截水墙；10-沥青砂浆；11-滑动层6926122（a）74651232（b）38（c）910611151063钢筋混凝土防渗体：钢筋混凝土防渗体：在堆石坝中应用，少量土坝有采用。防渗体的在堆石坝中应用，少量土坝有采用。防渗体的型式，以面板或心墙防渗体的。型式，以面板或心墙防渗体的。如广东飞来峡水库的副坝就是用钢筋混凝土做如广东飞来峡水库的副坝就是用钢筋混凝土做成心墙防渗体的土坝。成心墙防渗体的土坝。3 3、复合

21、土工膜、复合土工膜 利用土工膜作坝体防渗体材料：利用土工膜作坝体防渗体材料：可以降低工程造价，而且施工方便快速，不受可以降低工程造价，而且施工方便快速，不受气候影响。气候影响。多或少对多或少对2 2级以下的低坝，可采用土工膜代替级以下的低坝，可采用土工膜代替粘土、混凝土等，作为坝体的防渗体材料。粘土、混凝土等，作为坝体的防渗体材料。1322.0m41:1.55四、排水设施四、排水设施对渗入坝体内的水量。应设置排水设施，将渗对渗入坝体内的水量。应设置排水设施，将渗水快速，有计划地排出坝外，以达到降低坝体水快速，有计划地排出坝外，以达到降低坝体浸润线和孔隙压力，防止渗流逸出区域产生渗浸润线和孔隙压

22、力，防止渗流逸出区域产生渗透变形，保证坝坡稳定。透变形，保证坝坡稳定。 坝体排水应满足如下三点要求：坝体排水应满足如下三点要求：排水体能自动地向坝外排出全部渗水；排水体能自动地向坝外排出全部渗水；排水体应便于观测和检修；排水体应便于观测和检修；排水体应按反滤要求设计。排水体应按反滤要求设计。常用的排水设施有如下几种形式：常用的排水设施有如下几种形式：1 1贴坡排水贴坡排水贴坡排水又称表面排水，它是在下游坝坡底部贴坡排水又称表面排水，它是在下游坝坡底部区域用石块或卵石加反滤层铺砌在坝坡表面。区域用石块或卵石加反滤层铺砌在坝坡表面。的排水设施（的排水设施（图图5-305-30）。）。 排水顶部超出

23、坝体浸润线逸出点排水顶部超出坝体浸润线逸出点2.0m2.0m1.5m1.5m。当下游有水时，排水顶面高程应高于波浪沿坡当下游有水时，排水顶面高程应高于波浪沿坡面的爬高；排水下游处应设置排水沟，并应具面的爬高；排水下游处应设置排水沟，并应具有足够的尺寸和深度，以便在沟内水面结冰后，有足够的尺寸和深度，以便在沟内水面结冰后，下部仍有足够的排水断面。下部仍有足够的排水断面。 特点：特点：这种形式的排水构造简单，省工节料，这种形式的排水构造简单，省工节料，施工和检修都很方便。但不能降低坝体浸润线，施工和检修都很方便。但不能降低坝体浸润线，且易因冰冻而失效；且易因冰冻而失效；常用于中小型工程下游无水的均

24、质坝或浸润线常用于中小型工程下游无水的均质坝或浸润线较低的中低坝。较低的中低坝。第第五五章章 土土石石坝坝图5-30 贴坡排水1 - 浸润线；2 - 护坡；3 - 反滤层；4 - 排水；5 - 排水沟 2 2棱体排水棱体排水 棱体排水又称滤水坝趾，它是在下游坡脚棱体排水又称滤水坝趾，它是在下游坡脚处用块石堆筑而成的排水设施（图处用块石堆筑而成的排水设施（图5-35-3（a a）。）。尺寸：尺寸：顶部高程：顶部高程：应大于该地区的冰结深度，并应满应大于该地区的冰结深度，并应满足波浪爬高的要求。高出下游水位足波浪爬高的要求。高出下游水位1.0m1.0m0.5m0.5m。顶部宽度：顶部宽度： 应根据

25、施工和观测的要求确定，应根据施工和观测的要求确定，一般为一般为1.01.02.0m2.0m。排水的内坡：排水的内坡：一般为一般为1 1：1.01.01 1：1.51.5；外坡：外坡：一般为一般为1 1：1.51.51 1：2.02.0。为使逸出段的。为使逸出段的渗透比降分布均匀，在非岩性坝基上的棱体排渗透比降分布均匀，在非岩性坝基上的棱体排水，应避免在棱体上游坝脚处出现锐角，宜做水，应避免在棱体上游坝脚处出现锐角，宜做成图成图5-315-31（a a）所示的形式。）所示的形式。 棱体排水棱体排水 棱体排水体特点：棱体排水体特点： 安全可靠；安全可靠； 可以降低坝体浸润线；可以降低坝体浸润线；

26、可以增加坝坡的稳定性。可以增加坝坡的稳定性。缺点：缺点：需石料较多，造价也相对较高，且与坝需石料较多，造价也相对较高，且与坝体施工有干扰，检修有一定的困难。体施工有干扰，检修有一定的困难。3 3坝内排水坝内排水 坝内排水包括水平排水、竖式排水、网状排水坝内排水包括水平排水、竖式排水、网状排水带、排水管等。带、排水管等。（1 1）、水平排水）、水平排水 水平排水有褥垫式排水和水平排水层，如水平排水有褥垫式排水和水平排水层，如图图5-315-31（b b）、（）、（c c）所示。）所示。褥垫式排水是沿坝褥垫式排水是沿坝基表面由块石铺成的水平排水层。其伸入坝体基表面由块石铺成的水平排水层。其伸入坝体

27、内的深度一般不宜超过坝底宽的内的深度一般不宜超过坝底宽的1/41/41/31/3；特点：特点：能有效地降低坝体浸润线；能有效地降低坝体浸润线；增加坝基的渗透稳定，造价也较低；增加坝基的渗透稳定，造价也较低；缺点：缺点：是不易检修，施工时容易堵塞。是不易检修，施工时容易堵塞。水平排水层：水平排水层：其目的是在库水位降落时，改变其目的是在库水位降落时，改变上游坝壳渗流方向，降低孔隙压力，以增加上上游坝壳渗流方向，降低孔隙压力，以增加上游坝坡在库水位降落时的稳定性。下游坝壳的游坝坡在库水位降落时的稳定性。下游坝壳的水平排水层有助于孔隙压力的消散和降低浸润水平排水层有助于孔隙压力的消散和降低浸润线，对均质坝或坝壳采用透水性弱土料填筑的线，对均质坝或坝壳采用透水性弱土料填筑的下游坝坡的稳定性有利。其设置位置、层数、下游坝坡的稳定性有利。其设置位置、层数、厚度和伸入坝体内长度应根据渗水量大小确定，厚度和伸入坝体内长度应根据渗水量大小确定，排水层厚度不宜小于排水层厚度不宜小于0.30m0.30m，并满足反滤层最小，并满足反滤层最小厚度要求。厚度要求。图5-31 排水体的型式(a)-棱体排水； (b)-褥垫式排水； (c)-坝内水平排水； (d)-坝内竖向排水1-坝坡； 2-浸润线 3-排水； 4-反滤层； 5-砂壤土坝体6-粘土心墙； 7-粘性土坝体； 8-砾卵石水