土石壩
4.1 特點
（1） 可就地、就近取材，經濟節省。
（2） 能适應各種地形、地質和氣候條件。
（3） 施工機械的發展，提高了土石壩的施工質量，加快了進度，降低了造價，促進了高土石壩的發展。
（4）
4.2 土石壩類型
（1） 按壩高分：30m以下為低壩；30～70m為中壩；超過70m為高壩。
（2） 按施工方法分：碾壓式土石壩；沖填式土石壩；水中填土壩；定向爆破堆石壩等。應用最廣泛的是碾壓式土石壩。
（3） 按土料在壩身内的配置和防滲體用的材料種類，碾壓式土石壩可分為：
①均質壩；②土質心牆壩；③土質斜牆壩；④多種土質壩；
⑤人工材料心牆壩（中央防滲體為瀝青混凝土或混凝土、鋼筋混凝土，壩殼由透水土石料組成）；
⑥人工材料面闆壩（壩體由透水土石料組成，防滲面闆由鋼筋混凝土、瀝青混凝土或塑料薄膜等組成）。

4.3 土石壩設計的基本要求
（1）具有足夠的斷面維持壩坡的穩定。
土石壩的邊坡和壩基穩定是大壩安全的基本保證。
（2）設置良好的防滲和排水設施以控制滲流。
（3）根據現場條件選擇好築壩土石料的種類、壩的結構形式以及各種土石料在壩體内的配置。
（5） 洩水建築物具有足夠的洩洪能力，壩頂在洪水位以上有足夠的安全超高，以防漫溢。
（6） 采取适當的構造措施，使壩運用可靠和耐久。
上遊面護坡防浪，下遊壩坡防雨水沖刷。

4.4 土石壩設計步驟
1．基本剖面
（1）壩頂高程
式中：H――靜水位（正常運行和非正常運行）；ha――波浪在壩坡上的爬高；e――風浪壅高；A――安全加高。
（2）壩頂寬度
土石壩設計規範要求，高壩最小頂寬為10～15m，中低壩為5～10m。
壩頂寬度必須考慮心牆或者斜牆頂部及反濾層布置的需要。
（3）壩坡
土石壩的壩坡一般根據經驗初選。上遊緩于下遊；斜牆壩的上遊坡緩于心牆壩，下遊坡相反；粘性土壩坡為上陡下緩的曲面。
均質壩的平均坡度為1：3；
心牆壩：下遊坡――堆石常用壩坡為1：1.5~1：2.5；土料為1：2~1：3
上遊坡――堆石常用壩坡為1：1.7~1：2.7；土料為1：2.5~1：3.5
斜牆壩：下遊坡參照心牆壩，上遊坡――石坡放緩0.2，土坡放緩0.5。
面闆壩：上遊坡為1：1.4~1：1.7；下遊坡1：1.3~1：1.4；卵礫石時放緩至1：1.5~1：1.6。
2．滲流分析
滲流分析内容：（1）确定浸潤線位置；（2）确定滲流流速和坡降；（3）确定滲流量。
土壩的滲流變形：
（1）管湧：土體中部分顆粒被滲流水帶走的現象。隻發生于無粘性土中。
（2）流土：滲流作用下，粘性土及均勻無粘性土體被浮動的現象，常見于滲流從壩下遊溢出處。
（3）接觸沖刷：細粒土（砂土或粘土）與粗粒土交界面上，細粒土被滲流水沖動發生破壞的情況。此時滲流方向與交界面平行。
（4）剝離：粘性土與粗粒土接觸面上，由于滲流作用使土顆粒與整體結構分離的現象。剝離可發生于粘性土與反濾層交界面上。
（5）化學管湧：土體中的鹽類被滲流水溶解帶走的現象。
3．穩定分析
剛體極限平衡法（瑞典圓弧）壩坡穩定安全系數：

分析工況：施工期；穩定滲流期；庫水位降落期。
4．固結、沉降與應力分析
5. 築壩土石料及填築标準（見後）
6. 土石壩的構造（見後）
7．土石壩的地基處理（見後）

4.5築壩土石料及填築标準
1. 防滲土料
（1）選擇原則
①防滲性。滲透系數小于1×10-5cm/s，均質壩或低壩可放寬到1×10-4cm/s。
②抗剪強度；③壓縮性；④抗滲穩定性；⑤含水量；⑥膨脹量及體縮值；⑦可溶鹽、有機質含量；
⑧ 顆粒級配：小于0.005mm的粘粒含量不宜大于40％，一般30％以下為宜。最大粒徑不應超過鋪土厚度的2/3。
（2）礫石土防滲料：含有粗礫土和細粒土的混合料，粗粒含量在50％以内。

（3）填築标準
粘性土料以幹容重為設計指标，按壓實試驗的最大幹容重乘以壓實系數确定。I、II級壩和高壩，壓實系數不低于0.97~0.99，對III級及以下的壩不低于0.95~0.97。
含礫粘性土料的壓實性由細料的壓實性控制。I、II級壩和高壩，細粒的壓實系數不低于0.97~0.99，對III級及以下的壩不低于0.96。當含礫量大于30％時，壓實度下限值可适當降低。
2．壩殼料
填築标準：
（1）無粘性土：壓實标準按相對密度确定，不低于0.70~0.75。地震區浸潤線以上不低于0.70，浸潤線以下按設計烈度大小，不低于0.75~0.85。
（2）堆石料：碾壓參數（碾壓設備型号、重量，鋪土厚度，加水量，碾壓遍數等）和幹容重同時控制。
3．反濾料、過渡料及排水材料（見後）

4.6 土石壩的構造
1．防滲體
作用：控制壩内浸潤線的位置，保持滲流穩定。
材料：土質，瀝青混凝土。
結構形式：心牆，斜牆。
厚度/寬度以平均允許坡降作為控制标準。
2．壩體排水
作用：控制和引導滲流，降低浸潤線，加速孔隙水壓力消散，以增強壩的穩定，并保護下遊壩坡免遭凍脹破壞。
（1）棱體排水
又稱濾水壩趾，在下遊壩腳處用塊石堆成的棱體。可降低浸潤線，防止壩坡凍脹，保護下遊壩腳不受尾水淘刷且支持壩體增加穩定性。
（2）貼坡排水
又稱表面排水。用1、2層堆石或砌石加反濾層直接鋪設在下遊壩坡表面，不伸入壩體的排水設施。
（3）壩内排水
包括褥墊排水層、網狀排水帶、排水管、豎式排水體等。
3．反濾層
（1）作用
濾土排水，防止土工建築物在滲流逸出處發生滲透破壞以及不同土層界面處的接觸沖刷。對下遊側又承壓水的土層，還可起壓重的作用。
（2）部位
在土質防滲體與壩殼或壩基透水層之間，以及滲流逸出處或進入排水體，都必須設置反濾層。
（3）要求
① 被保護土層不發生管湧等有害的滲透變形，在防滲體發生裂縫的情況下，土顆粒不會被帶出反濾層，能促使裂縫自愈。要求孔隙足夠小。
② 透水性大于被保護土，能順利排除滲透水流，同時不緻被細粒土淤塞而失效。
反濾層一般由1～3層級配均勻、耐風化的砂、礫、卵石或碎石構成，每層粒徑随滲流方向而增大。規範規定：
；
式中：D15為相鄰的粒徑較大一層土的特征粒徑；d85、d15為相鄰的粒徑較小一層土的控制粒徑和特征粒徑。
4．土石壩的裂縫控制
（1）縱縫
走向與壩軸線大體平行，多發生在心牆壩、斜牆壩的壩頂和壩坡中部。
成因：心牆壩的壩殼土料比心牆土料固結沉降快；斜牆壩的壩殼料如壓實不足，上部和下部沉降不均，都可使斜牆斷裂，形成縱縫。
（2）橫縫
走向與壩軸線垂直，多發生在兩岸壩肩附近。岸坡較陡或岸坡地形突然變化時，都易發生橫縫。
（3）内部裂縫
主要由壩體和壩基的不均勻沉降引起。
（4）防治措施
① 改善壩體結構或平面布置：
壩軸線改成略凸向上遊的拱形；放緩壩坡；加厚心牆或斜牆；布設反濾層；不同土料間設過渡層。
② 重視地基處理
③ 适當選用土料
④ 采用合宜的施工措施和運行方式
（5）裂縫處理
表面裂縫：先用砂土填塞，再以低塑性粘土封填、夯實；
深部裂縫：灌漿處理；
嚴重裂縫：壩内做混凝土防滲牆。
5．土石壩與混凝土建築物的連接
（1）插入式
混凝土壩斷面逐漸縮小，最後成為剛性心牆插入土石壩心牆内。
（2）翼牆式
在組合部位作出混凝土擋土牆并向上下遊延伸形成翼牆。
4.7 土石壩的地基處理
主要要求：① 控制滲流，避免滲透破壞；② 保持壩體和壩基的靜力和動力穩定，③在保證安全運行的條件下節省投資。
要求較混凝土壩低。
1．岩基處理
當岩基上的覆蓋層較薄時，隻需防滲體座落在岩基上形成截水槽隔斷滲流即可。對高壩要求更嚴格。
防滲體與基岩的接觸面要求結合緊密。基岩内部防滲處理主要時帷幕灌漿。
2．砂礫石壩基處理
主要問題是滲流控制。
垂直防滲措施：粘性土截水槽、混凝土防滲牆、帷幕灌漿等
上遊水平防滲鋪蓋：
下遊排水設施：水平排水層、排水溝、減壓井、透水蓋重
3．細砂、軟粘土和濕陷性黃土地基處理
（1）細砂等易液化地基
挖除或人工加密。表面振動加密、振沖法、強夯。
（2）軟粘土地基
排水固結：砂井加速排水固結。
（3）濕陷性黃土地基
挖除、翻壓或強夯，預先浸水處理。

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