水工建筑物（土石壩）

土石壩第一節(jié)概述一、土石壩的發(fā)展?fàn)顩r二、土石壩的優(yōu)缺點(diǎn)三、土石壩的類型四、碾壓土石壩的類型五、壩型選擇一、土石壩的發(fā)展?fàn)顩r1、古代土石壩：

5000年前的古埃及就曾建造土壩，我國記載公元前600年就開始修筑土堤，并建造了不同形式的土石壩

特點(diǎn)：（1）憑經(jīng)驗(yàn)建造，建造方法原始（2）斷面形狀、筑壩材料以及壩體構(gòu)造具有較大的任意性；（3）壩坡很緩，1：6——1：7左右；（4）壩頂較寬（5）靠人力及畜力2、近代土石壩：

設(shè)計(jì)理論一直落后于其他壩型，斷面尺寸有所減小，但仍主要憑經(jīng)驗(yàn)而定，基于土料強(qiáng)度的壩坡穩(wěn)定分析方法出現(xiàn)萌芽形成了均質(zhì)壩、心墻壩和斜墻壩三大基本壩型3、現(xiàn)代土石壩：

隨著太沙基的《土力學(xué)》專著的問世，以及巖土力學(xué)、動力分析、施工技術(shù)和計(jì)算機(jī)的發(fā)展，特別是“有限單元法”的發(fā)展，土石壩發(fā)展迅速。

4、現(xiàn)代土石壩特點(diǎn)：（1）在高壩中所占比例不斷增大

100米以上高壩中：

50年代占31％，70年代占56％，80年代占65％

原因：土石壩便宜；壩工技術(shù)使土石壩比以往更安全；土石壩對地質(zhì)條件要求較低，而好的地質(zhì)條件逐漸減少。

（2）對筑壩材料的要求有所放寬現(xiàn)在幾乎所有的土料（包括礫石料、風(fēng)化料等）只要不含大量的有機(jī)物和水溶性鹽類，都可用來筑壩。礫石土——防滲體人工參合礫石料——防滲體（3）設(shè)計(jì)、施工技術(shù)發(fā)展非碾壓技術(shù)大型、重型碾壓機(jī)械的發(fā)展土工薄膜性能提高壩頂溢流問題研究

目前：土石壩是世界壩工界應(yīng)用最為廣泛和發(fā)展最快的一種壩型一、土石壩的發(fā)展?fàn)顩r一、優(yōu)點(diǎn)

1、可以就地取材，減少運(yùn)輸量；

2、能適應(yīng)各種不同的地基，任何不良地基，經(jīng)處理均可筑壩。特別是在氣候惡劣、地質(zhì)條件復(fù)雜、高烈度地震情況下，土石壩基本上是唯一可取壩型。

3、結(jié)構(gòu)簡單，施工工序少，便于機(jī)械化作業(yè)4、運(yùn)行管理方便，壽命長、加固擴(kuò)建維修容易；二、土石壩的優(yōu)缺點(diǎn)二、缺點(diǎn)

1、體積大、工程量大

2、一般不允許壩頂溢流，需另開溢洪道3、在河谷狹窄、洪水量大的情況下，施工導(dǎo)流困難

4、黏性材料施工受天氣影響較大二、土石壩的優(yōu)缺點(diǎn)三、土石壩的類型一、按壩高分70米以上——高壩

30米－70米之間——中壩

30米以下——低壩三、土石壩的類型二、按施工方法分

1、碾壓土石壩

2、水力充填壩——采用自流和泥漿泵上壩，分層淤填而成。

3、水中填土壩——土埂圍起來，在其中灌水填土、排水固結(jié)而成。

4、定向爆破壩三、土石壩的類型三、按壩體材料分

1、土壩——土和沙礫石占50％以上

2、堆石壩——防滲體是土料、混凝土等，其他為石料

3、混合壩——土和沙礫石占50％以下，其他為各種石料四、碾壓土石壩的類型1、均質(zhì)壩2、心墻壩3、斜墻壩4、多種土質(zhì)壩均質(zhì)壩土質(zhì)心墻壩土質(zhì)斜墻壩土質(zhì)斜心墻壩多種土質(zhì)壩人工材料心墻壩人工材料斜墻壩四、碾壓土石壩的類型除均質(zhì)壩外，都將弱透水材料放置在上游或者中央，達(dá)到防滲目的將強(qiáng)透水材料放置在下游或者兩側(cè)，維持壩體穩(wěn)定，并有利于降低壩體的浸潤線。四、碾壓土石壩的類型一、相對數(shù)量

均質(zhì)壩最多、心墻壩次之、斜墻壩較少

二、一般原則低壩多采用均質(zhì)壩高壩多采用分區(qū)壩三、考慮因素壩高、地形地質(zhì)、料場（種類、數(shù)量、性質(zhì)、條件）、氣象、施工條件（機(jī)械、進(jìn)度、施工水平）等

五、土石壩的類型選擇四、均質(zhì)壩：優(yōu)點(diǎn)：材料單一、施工方便缺點(diǎn)：土料量大；施工期排水速度慢，產(chǎn)生孔隙水壓，影響壩坡穩(wěn)定。五、土石壩的類型選擇五、心墻壩：優(yōu)點(diǎn)：節(jié)省土料，較斜墻適應(yīng)變形缺點(diǎn)：施工麻煩，兩側(cè)同時施工，物料運(yùn)輸困難；應(yīng)力拱效應(yīng)。心墻土料的壓縮性較壩殼料高！五、土石壩的類型選擇六、斜墻壩：優(yōu)點(diǎn)：節(jié)省土料、較心墻施工簡單缺點(diǎn)：防滲體對壩體變形敏感，與陡峭河岸的連接困難，土料較心墻多，土料抗剪強(qiáng)度低，需緩坡維持穩(wěn)定。五、土石壩的類型選擇一、穩(wěn)定方面

二、滲流方面

三、沖刷方面

四、沉陷方面

五、其他方面第二節(jié)土石壩的工作條件一、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：壩坡緩、體積巨大，不會發(fā)生沿壩基面的整體滑動。

二、失穩(wěn)形式：邊坡失穩(wěn)、振動液化失穩(wěn)、軟弱材料流動。

三、設(shè)計(jì)要求：有效的防滲排水措施；合理選擇填筑材料和填筑標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計(jì)壩坡；認(rèn)真做好壩基處理。一、穩(wěn)定方面一、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：壩體和壩基都是透水的，水在壩體和壩基內(nèi)流動，形成滲流。

二、破壞形式：蓄水量減少；降低壩的穩(wěn)定性；滲透破壞。

三、設(shè)計(jì)要求：有效的防滲排水措施；防滲體與壩基和岸坡等的連接可靠。二、滲流方面一、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：雨水沖刷、庫水波浪沖刷、下游水位沖刷。

二、破壞形式：沖刷破壞。

三、設(shè)計(jì)要求：護(hù)坡。三、沖刷方面一、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：土顆粒之間相對移動，壩體壓縮產(chǎn)生沉降。

二、破壞形式：壩高不足，不均勻沉降開烈滲漏

三、設(shè)計(jì)要求：預(yù)留超高，合理設(shè)計(jì)斷面，施工質(zhì)量均一。四、沉陷方面一、冰凍影響——脹壓力、凍溶裂縫。

二、高溫干旱——失水干裂。

三、地震破壞——增加下滑力、產(chǎn)生液化。

四、生物破壞——白蟻。五、其他方面土石壩第四節(jié)筑壩材料一、壩體不同部位的要求二、土石料填筑標(biāo)準(zhǔn)土石壩一、不同部位的要求

1、均質(zhì)壩：既是防滲體又是支撐體，粘粒含量10%-30%，塑性指數(shù)8-10（不超過17），滲透系數(shù)不大于10-4，有機(jī)物按重量計(jì)不超過5%，水溶性鹽類不超過3%

粘粒含量或塑性指數(shù)太大，難以壓實(shí)2、防滲體：粘粒含量15%-30%，塑性指數(shù)10-17，滲透系數(shù)不大于10-5，有機(jī)物按重量計(jì)不超過2%，水溶性鹽類不超過3%

滲透系數(shù)小于壩殼的1000倍3、壩殼：主要起支撐作用，需要具有良好的排水性和抗剪強(qiáng)度，易于壓實(shí)、抗?jié)B性好，抗風(fēng)化。有機(jī)物按重量計(jì)不超過5%，水溶性鹽類不超過9%，級配良好，4、排水設(shè)施、護(hù)坡：足夠的抗水性（軟化、溶蝕）、抗凍性和抗風(fēng)化能力。

土石壩二、土料填筑標(biāo)準(zhǔn)

1、粘性土料（1）最大干密度、最優(yōu)含水量

（2）壓實(shí)系數(shù)：2、非粘性土料（1）相對密度：

土石壩第三節(jié)土石壩的剖面尺寸與構(gòu)造一、壩頂高程二、壩頂構(gòu)造三、壩坡構(gòu)造四、壩體防滲設(shè)施五、壩基防滲設(shè)施六、壩體與壩基、岸坡等的連接七、壩體、壩基排水八、反濾層、過渡層九、土工合成材料的應(yīng)用土石壩第三節(jié)土石壩的剖面尺寸與構(gòu)造土石壩的設(shè)計(jì)，首先是根據(jù)壩址附近土石料的分布情況及壩大致高度和壩的等級、地形地質(zhì)條件，選擇合適的壩型和壩體材料分區(qū)。其次根據(jù)施工、運(yùn)行條件，參照現(xiàn)有工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)初步擬定壩的基本尺寸，包括壩頂高程、壩坡、壩頂寬度以及防滲體及排水設(shè)施、護(hù)坡等，使之滿足土石壩的工作條件。然后進(jìn)行滲流和穩(wěn)定計(jì)算，修改設(shè)計(jì)尺寸。土石壩一、壩頂高程

（1）設(shè)計(jì)洪水位+正常運(yùn)用條件下的壩頂超高（2）正常蓄水位+正常運(yùn)用條件下的壩頂超高（3）校核洪水位+非常運(yùn)用條件下的壩頂超高（4）正常蓄水位+非常運(yùn)用條件下的壩頂超高+地震超高

取最大！土石壩一、壩頂高程

壩頂超高=波浪在壩坡上的爬高＋壩前靜水位因風(fēng)浪引起的涌高＋安全超高。

當(dāng)壩頂上游側(cè)設(shè)有防浪墻時，壩頂超高可改為對防浪墻頂?shù)囊蟆５藭r在正常運(yùn)用條件下，壩頂應(yīng)高出靜水位0．5m；在非常運(yùn)用條件下，壩頂應(yīng)不低于靜水位。

土石壩一、壩頂高程

1、風(fēng)壅高度——風(fēng)區(qū)長度、平均水深、計(jì)算風(fēng)速，風(fēng)向夾角正常運(yùn)用條件下的1級、2級壩，采用多年平均年最大風(fēng)速的1．5～2．0倍；3級、4級和5級壩，采用多年平均年最大風(fēng)速的1．5倍；非常運(yùn)用條件下，采用多年平均年最大風(fēng)速。

土石壩一、壩頂高程1、風(fēng)壅高度風(fēng)區(qū)風(fēng)向——按8個方位角確定風(fēng)區(qū)長度——一般是計(jì)算點(diǎn)到對岸的最大距離平均水深——沿風(fēng)向畫地形圖計(jì)算土石壩一、壩頂高程

2、波浪爬高——波浪高度、波浪長度、計(jì)算風(fēng)速、壩前水深、上游面坡角、壩坡護(hù)面粗糙系數(shù)、風(fēng)向夾角平均波高、平均波長——平均波浪爬高——設(shè)計(jì)波浪爬高——馬道、風(fēng)向夾角等土石壩二、壩頂構(gòu)造

1、壩頂寬度——根據(jù)運(yùn)行、施工、構(gòu)造、交通和人防等方面的要求綜合確定。高壩——10-15米（土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范）中低壩——5-10米

30米以下的4、5級壩3-6米（小型土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范）土石壩二、壩頂構(gòu)造

1、壩頂寬度——根據(jù)運(yùn)行、施工、構(gòu)造、交通和人防等方面的要求綜合確定。一般情況下，壩高小于100米時，最小寬度取1/10*H壩高大于100米時，最小寬度取H1/2

土石壩二、壩頂構(gòu)造

2、壩頂構(gòu)造（1）壩頂蓋面材料（路）、泥結(jié)石、瀝青、混凝土等。（2）壩頂應(yīng)向下游傾斜，2%-3%之間，向下游排水設(shè)施。（3）上游設(shè)防浪墻1-1.2m，與防滲體緊密連接，分縫止水，穩(wěn)定、強(qiáng)度滿足要求，下游設(shè)欄桿、路肩石等。（4）壩頂照明設(shè)施土石壩三、壩坡構(gòu)造

1、壩坡坡度

壩坡坡度影響工程量以及穩(wěn)定性。

（1）均質(zhì)壩上游側(cè)長期飽和，上游坡比下游坡緩，斜墻壩上游側(cè)緩于心墻壩，下游陡于心墻壩。砂壤土、壤土的均質(zhì)壩坡比砂或砂礫料的壩坡緩些。（2）粘性土均質(zhì)壩的壩坡與壩高有一定關(guān)系，其高度越大，壩坡越緩。砂或砂料壩體的壩坡與壩高的關(guān)系則很小。（2）可采用同一坡度，也可以變坡，一般上部陡下部緩，馬道1.5-2米，馬道上設(shè)排水溝。馬道有攔截雨水及交通、檢修、觀測等用途。

土石壩三、壩坡構(gòu)造2、護(hù)坡構(gòu)造

壩坡經(jīng)受：大風(fēng)、波浪、雨水、冰層、漂浮物以及水位驟降時的滲流、動物活動、凍脹、干裂等危害。（1）砌石護(hù)坡（2）混凝土或鋼筋混凝土塊護(hù)坡（3）草皮護(hù)坡上游護(hù)坡從壩頂護(hù)至死水位以下2米左右下游如采用草坡護(hù)坡應(yīng)與下游排水設(shè)施相連接，其余護(hù)至坡腳厚度根據(jù)波浪、凍脹深度等計(jì)算。

土石壩四、壩體防滲1、土質(zhì)防滲體（1）粘土心墻，心墻頂部高程正常運(yùn)行情況高于靜水位0.3~0.6米，非常運(yùn)用情況下不低于靜水位。當(dāng)有防浪墻時高于正常運(yùn)用靜水位。（2）頂寬一般3米，底部不小于1/4水頭（3）心墻坡度1：0.15~1：0.25

（3）心墻頂部設(shè)保護(hù)，與上下游壩殼連接設(shè)過度、反濾層。土石壩四、壩體防滲1、土質(zhì)防滲體（1）粘土斜墻，斜墻頂部高程正常運(yùn)行情況高于靜水位0.6~0.8米，非常運(yùn)用情況下不低于靜水位。當(dāng)有防浪墻時高于正常運(yùn)用靜水位。（2）頂寬一般3米，底部不小于1/5水頭（3）斜墻坡度1：0.25~1：0.75

（3）斜墻頂部設(shè)保護(hù)，與上下游壩殼連接設(shè)過度、反濾層。土石壩四、壩體防滲2、瀝青混凝土防滲體瀝青混凝土具有較好的塑性和柔性，滲透系數(shù)很小，且產(chǎn)生裂縫時，有一定的自愈合功能。瀝青混凝土可做斜墻和心墻。斜墻時，上游坡度不陡于1：1.6

心墻時，可做豎直或傾斜底部厚度壩高的1/60~1/40，但不小于40cm，頂部不小于30cm，兩側(cè)設(shè)過渡層。土石壩五、壩基防滲1、截水槽截水槽可以看做是防滲體向壩基的延伸。壩基透水層深度小于10-15米。截水槽邊坡不陡于1：1，底寬使?jié)B透坡降小于材料允許坡降底部巖基，做混凝土齒墻，入巖不小于0.2米，深入截水槽，使透坡降小于允許滲透坡降。底部土基，截水槽直接深入不透水層0.5~1米

土石壩五、壩基防滲2、鋪蓋鋪蓋是防滲體向上游的水平延伸，鋪蓋不能截?cái)酀B流，但是可以延長滲流長度。多用于中低壩做垂直防滲困難時。鋪蓋滲透系數(shù)至少小于壩基滲透系數(shù)100倍以上，長度不超過8被水頭，上游端0.5米厚，壩前滿足滲流穩(wěn)定要求。鋪蓋上面設(shè)保護(hù)層，下面設(shè)反濾層。土石壩五、壩基防滲3、混凝土防滲墻墻厚：0.6-0.8米，最大1.3米深度：超過100米，每個槽孔一般7~11米，底部深入巖石不小于0.5米，深入防滲體大于2米及1/10壩高允許滲透坡降80-100

施工時采用泥漿固壁4、壩基帷幕灌漿土石壩六、壩體與其它的連接1、壩體與壩基連接

（1）清基：雜草、樹根以及工程性質(zhì)不良土。（2）壩體與壩基結(jié)合與土基：結(jié)合槽，接觸滲流長度大于壩底寬1.05倍與巖基：混凝土齒墻土石壩六、壩體與其它的連接2、壩體與岸坡連接

（1）岸坡應(yīng)清理成斜坡或折線坡，但不允許出現(xiàn)臺階狀及反坡。土坡不陡于1：1.5，巖坡不陡于1：0.75。

（2）接合處，心墻增大斷面1/3-1/2，斜墻增大1倍以上。（3）岸坡強(qiáng)透水部分采用截水槽等與防滲體連接土石壩六、壩體與其它的連接3、壩體與非土質(zhì)建筑物的連接

（1）原則：加長接觸滲流長度，接合面緊密能適應(yīng)不均勻沉降，出口做好反濾排水。（2）插入式連接，混凝土部分先施工，以保證混凝土不建在土壩填土上，插入長度不小于此段水頭差的0.5倍；與粘土心墻連接時，在混凝土壩末端用齒墻插入心墻中；與剛性心墻連接時，直接連接，采用分縫止水。土石壩六、壩體與其它的連接3、壩體與非土質(zhì)建筑物的連接

（3）重力鍥連接：將混凝土壩末端做成帶有凹槽形式，以1：0.5坡度降低，當(dāng)作土壩的地基。

（4）翼墻式連接，土壩與水閘、溢洪道等連接（5）截流環(huán)：土壩與壩下埋管的連接土石壩七、土壩排水設(shè)施

（1）壩體排水：棱體排水；貼坡式排水；壩內(nèi)排水；綜合式排水。

棱體排水：能降低壩體浸潤線，頂寬不小于1米，高于下游最高水位（1、2級壩1米，3、4級壩0.5米），同時應(yīng)保證浸潤線在凍層以下，上游角盡量避免出現(xiàn)銳角，鋪設(shè)反濾層。

應(yīng)用廣泛、可靠，費(fèi)用較高土石壩七、土壩排水設(shè)施

（1）壩體排水：棱體排水；貼坡式排水；壩內(nèi)排水；綜合式排水。

貼坡排水：不能降低壩體浸潤線，高于下游最高水位（1、2級壩2米，3、4、5級壩1.5米），貼坡厚度大于冰凍深度，底部應(yīng)深入壩基。

結(jié)構(gòu)簡單、施工方便。易冰凍失效土石壩七、土壩排水設(shè)施

（1）壩體排水：棱體排水；貼坡式排水；壩內(nèi)排水；綜合式排水。壩內(nèi)排水：褥墊式排水、排水管等費(fèi)用不高、效果好、易變形破壞、難以維修土石壩七、土壩排水設(shè)施

（1）壩體排水：棱體排水；貼坡式排水；壩內(nèi)排水；綜合式排水。綜合式排水：壩內(nèi)排水和壩角排水的綜合應(yīng)用土石壩七、土壩排水設(shè)施

（2）壩基排水：反濾排水溝、減壓井

反濾排水溝：透水層較淺，常與貼坡排水結(jié)合減壓井：透水層較深土石壩八、反濾層、過渡層

反濾層：能有效防止管涌，起到排水、濾土的作用。I型反濾水從上向下流，II型反濾水從下往上流過渡層：避免剛度相差很大的兩種土料之間產(chǎn)生劇烈變化的變形和應(yīng)力反濾層可做過渡層用！

土石壩八、反濾層、過渡層

反濾層：（1）自身透水性大（2）自身不能發(fā)生滲透破壞（3）被保護(hù)土顆粒不能被帶走（4）特小顆粒可以通過，但不能堵塞土石壩九、土工合成材料

土工膜（塑料膜）：滲透系數(shù)10-8，多用于斜墻

土工布（織物）：滲透系數(shù)10-2，做反濾復(fù)合土工膜：

耐久性值得商榷，用在易修補(bǔ)位置土石壩第五節(jié)土石壩滲流分析一、土石壩滲流分析——水力學(xué)法二、土石壩滲流破壞形式三、防止?jié)B流破壞措施四、土石壩滲流穩(wěn)定計(jì)算工況土石壩第五節(jié)土石壩滲流分析二、土石壩滲流破壞形式

1、管涌

2、流土

3、接觸沖刷

4、接觸流失土石壩第五節(jié)土石壩滲流分析二、土石壩滲流破壞形式

1、管涌

定義：壩體或壩基中的土壤顆粒被滲流水帶走形成滲流通道的現(xiàn)象。管涌主要發(fā)生在非粘性土中——無凝聚力管涌管涌土石壩第五節(jié)土石壩滲流分析二、土石壩滲流破壞形式2、流土定義：在滲流水作用下，成塊土體在滲流逸出處被掀起而流失的現(xiàn)象。

發(fā)生在粘性土及較均勻的非粘性土中。粘性土發(fā)生流土破壞的外觀表現(xiàn)為：土體隆起、鼓脹、浮動、斷裂等。無粘性土發(fā)生流土破壞的外觀表現(xiàn)是：泉眼（群）、砂沸、土體翻滾最終被滲透托起等。

土石壩第五節(jié)土石壩滲流分析二、土石壩滲流破壞形式3、接觸沖刷定義：當(dāng)滲流沿兩種不同材料的接觸面，如土與建筑物、填土與地基等接觸面流動時，沿層面帶走細(xì)顆粒的現(xiàn)象。土石壩第五節(jié)土石壩滲流分析二、土石壩滲流破壞形式4、接觸流失定義：滲流垂直于滲透系數(shù)相差較大的兩相鄰?fù)翆恿鲃訒r，將滲透系數(shù)較小的土層中的細(xì)