1、土石壩土石壩土土 石石 壩壩 (earth and rockfill dam) (earth and rockfill dam)土石壩土石壩一一 概述概述一、一、 土石壩及其優缺土石壩及其優缺土石壩是土壩與堆石壩的總稱。土石壩是土壩與堆石壩的總稱。利用壩址附近的土石料填筑而成的擋水建筑物。又稱利用壩址附近的土石料填筑而成的擋水建筑物。又稱 “ “當地材料壩當地材料壩”。10010036235 36235 總總 計計1.41.4489 489 支墩壩支墩壩4.44.41592 1592 拱拱 壩壩11.511.54180 4180 重力壩重力壩82.782.729974 29974 土石壩土石壩

2、% % 已建壩數量已建壩數量 壩壩 型型 土石壩土石壩世界土石壩按國家或地區分類統計圖世界土石壩按國家或地區分類統計圖 中 國17475歐洲（含俄羅斯）1918日 本1484美 國4694印 度998南 美629其 他2778土石壩土石壩世界最高的土石壩：羅貢壩世界最高的土石壩：羅貢壩(335m(335m，塔吉克斯坦，塔吉克斯坦) )中國最高的土石壩：小浪底中國最高的土石壩：小浪底(154m)(154m)（中國建成的最高面板堆石壩，清江水布埡，（中國建成的最高面板堆石壩，清江水布埡， 233m 233m）小浪底土石壩土石壩土石壩-5-結構特點：結構特點：散粒體結構，穩定靠土體的抗剪強度來控制；

3、散粒體結構，穩定靠土體的抗剪強度來控制；只會出現局部滑動而失穩，不會出現整體滑動失穩或傾只會出現局部滑動而失穩，不會出現整體滑動失穩或傾覆失穩問題；覆失穩問題；坡度大，斷面大，體積大。坡度大，斷面大，體積大。土石壩土石壩優點：優點：1 1 筑壩材料就地取材，造價低；筑壩材料就地取材，造價低；2 2 適應地基變形能力強；適應地基變形能力強；3 3 施工方法靈活，技術簡單；施工方法靈活，技術簡單；4 4 結構簡單，工作可靠，維護方便。結構簡單，工作可靠，維護方便。土石壩土石壩缺點：缺點：1 1 壩頂不能溢流；壩頂不能溢流；2 2 施工導流不如混凝施工導流不如混凝土壩方便；土壩方便；3 3 粘土防滲

4、體施工受粘土防滲體施工受氣候影響。氣候影響。土石壩土石壩二、二、 土石壩的類型土石壩的類型按施工方法分：按施工方法分：（1 1碾壓式土石壩應用最多碾壓式土石壩應用最多（2 2拋填式堆石壩拋填式堆石壩（3 3定向爆破堆石壩定向爆破堆石壩（4 4水中填土壩水中填土壩廣東南水定向爆破堆石壩廣東南水定向爆破堆石壩(81.3m)土石壩土石壩按土石料在壩體中的配置及防滲設施位置和材料分：按土石料在壩體中的配置及防滲設施位置和材料分：（1 1均質壩均質壩 絕大部分由一種土料組成絕大部分由一種土料組成（2 2分區壩分區壩 由不同滲透特性的料區組成由不同滲透特性的料區組成土石壩土石壩分區壩：分區壩：心墻壩心墻壩

5、 把防滲體放在壩體中部，斷面比均質壩小。把防滲體放在壩體中部，斷面比均質壩小。斜墻壩斜墻壩 把防滲體放在靠近上游壩面處，有效降低壩體浸潤把防滲體放在靠近上游壩面處，有效降低壩體浸潤線，但適應地基變形的能力比心墻壩差。易產生縱向裂線，但適應地基變形的能力比心墻壩差。易產生縱向裂縫，抗震性能不如心墻壩。縫，抗震性能不如心墻壩。土石混合壩土石混合壩 土石各占相當比例；越靠近防滲體，土料性能越接土石各占相當比例；越靠近防滲體，土料性能越接近防滲體。近防滲體。土石壩土石壩土質材料心墻壩土質材料心墻壩 人工材料心墻壩人工材料心墻壩土石壩土石壩土質材料斜墻壩土質材料斜墻壩 人工材料斜墻壩人工材料斜墻壩土石壩

6、土石壩斜斜 心心 墻墻 壩壩土石壩土石壩-14-岳城土壩以禮河毛家村水電站云南會澤，以禮河主壩壩型為粘土心墻土石壩，最大壩高80.5m，壩頂長度467m，主要泄洪方式為隧洞。以禮河土石壩岳城水庫河北磁縣，漳河主壩壩型為均質土壩，最大壩高53m，壩頂長度3570m。主要泄洪方式岸邊溢洪道，大壩特點是壩下泄洪洞涵管）。土石壩土石壩小浪底土石壩土石壩土石壩小浪底土石壩土石壩土石壩各種壩型的優缺點各種壩型的優缺點（1 1均質壩與分區壩比較均質壩與分區壩比較 均質壩：施工簡單，適合于低壩均質壩：施工簡單，適合于低壩; ; 分區壩：兼用粘性土與無粘性土的優點，用于高壩能分區壩：兼用粘性土與無粘性土的優點，

7、用于高壩能節省工程量，縮短工期，但構造和施工比均質壩復雜。節省工程量，縮短工期，但構造和施工比均質壩復雜。土石壩土石壩（2 2心墻壩、斜墻壩、斜心墻壩比較心墻壩、斜墻壩、斜心墻壩比較 心墻壩心墻壩 優點：由壩身沉降導致的防滲體裂縫可能性較小，心優點：由壩身沉降導致的防滲體裂縫可能性較小，心墻與壩基及兩岸防滲結合好。墻與壩基及兩岸防滲結合好。 缺點：心墻與壩體需同步施工，相互干擾。缺點：心墻與壩體需同步施工，相互干擾。 斜墻壩斜墻壩 優缺點與心墻壩相反。優缺點與心墻壩相反。 斜心墻壩斜心墻壩 綜合心墻壩和斜墻壩的優點，克服心墻壩可能產生的綜合心墻壩和斜墻壩的優點，克服心墻壩可能產生的拱效應和斜墻

8、壩對變形敏感，對改善壩體應力狀態、拱效應和斜墻壩對變形敏感，對改善壩體應力狀態、避免裂縫有利。避免裂縫有利。土石壩土石壩代表性的工程：代表性的工程：淮河上游河南省境內的石漫灘、板橋、白沙、薄山、南淮河上游河南省境內的石漫灘、板橋、白沙、薄山、南灣等水庫大壩；灣等水庫大壩；北方有永定河上的官廳水庫，遼寧渾河上的大伙房水庫北方有永定河上的官廳水庫，遼寧渾河上的大伙房水庫大壩等。大壩等。唯一的一座堆石壩是獅子灘工程鋼筋混凝土斜墻壩）唯一的一座堆石壩是獅子灘工程鋼筋混凝土斜墻壩）。 土石壩土石壩代表性工程：代表性工程：均質土壩：松濤水庫大壩海南，均質土壩：松濤水庫大壩海南，80.1m80.1m）、岳城

9、水庫）、岳城水庫大壩河北，大壩河北，53m53m等；等；心墻壩：碧口水電站大壩甘肅，心墻壩：碧口水電站大壩甘肅，101.8m101.8m），毛家村水），毛家村水電站大壩云南，電站大壩云南，82.5m82.5m等；等；斜墻壩：密云水庫白河主壩北京，斜墻壩：密云水庫白河主壩北京，66.4m66.4m等；等；定向爆破壩：南水水電站大壩廣東，定向爆破壩：南水水電站大壩廣東，80.2m80.2m），石砭），石砭峪水庫大壩陜西，峪水庫大壩陜西，82.5m82.5m等。等。 土石壩土石壩最具代表性的工程：天生橋一級水電站的混凝土面板堆石壩(178m)黃河小浪底水利樞紐的土質斜心墻堆石壩(154m)天生橋一級

10、小浪底土石壩土石壩大型土石壩大型土石壩樞紐名稱樞紐名稱省份省份河流河流壩型壩型最大壩高（最大壩高（m m）糯扎渡糯扎渡 云南云南瀾滄江瀾滄江 心墻堆石壩心墻堆石壩258 258 瀑布溝瀑布溝 四川四川大渡河大渡河心墻堆石壩心墻堆石壩186186（20092009）苗家壩苗家壩 甘肅甘肅白龍江白龍江面板堆石壩面板堆石壩111111三板溪三板溪 貴州貴州清水江清水江面板堆石壩面板堆石壩 185.5 185.5 （20192019）洪家渡洪家渡 貴州貴州六沖河六沖河面板堆石壩面板堆石壩 179.5 179.5 （20192019）水布埡水布埡面板堆石壩面板堆石壩（20212021，233m 233m

11、 ）土石壩土石壩-23-四、四、 土石壩的工作特點和設計要求土石壩的工作特點和設計要求散粒體結構，導致以下問題：散粒體結構，導致以下問題：（1 1穩定問題穩定問題（2 2滲流問題滲流問題（3 3沉降問題沉降問題（4 4沖刷問題沖刷問題（5 5凍害、冰害、地震等凍害、冰害、地震等土石壩土石壩（1 1穩定問題穩定問題壩體為散粒結構，抗剪強度低，易滑動。壩體為散粒結構，抗剪強度低，易滑動。土石壩的失穩一般是壩坡滑動或壩坡連同地基一起滑土石壩的失穩一般是壩坡滑動或壩坡連同地基一起滑動的剪切破壞特有）。動的剪切破壞特有）。設計要求：應保證在施工期和各種可能的工作條件下都設計要求：應保證在施工期和各種可能

12、的工作條件下都是穩定的。是穩定的。土石壩土石壩（2 2滲流問題滲流問題散粒體結構，在上下游水位差作用下經壩體和地基向下散粒體結構，在上下游水位差作用下經壩體和地基向下游滲透，產生滲透壓力和滲透變形，嚴重時會導致壩體游滲透，產生滲透壓力和滲透變形，嚴重時會導致壩體失事。失事。土石壩土石壩-26-1 1浸潤面浸潤面滲透水流穿過壩體，在土體中形成的自由面稱浸潤面。滲透水流穿過壩體，在土體中形成的自由面稱浸潤面。2 2浸潤線浸潤線土石壩橫斷面和浸潤面的交線稱浸潤線。土石壩橫斷面和浸潤面的交線稱浸潤線。土石壩土石壩-27-3 3飽和區、濕區、干區飽和區、濕區、干區飽和區：土體受上浮力和滲透水壓力，在荷載

13、作用下可飽和區：土體受上浮力和滲透水壓力，在荷載作用下可能滑動倒塌。能滑動倒塌。濕區：毛細水，處于變化中。濕區：毛細水，處于變化中。干區：枯燥，可能出現裂縫。干區：枯燥，可能出現裂縫。土石壩土石壩-28-4 4滲流的主要危害滲流的主要危害 滲漏；滲漏； 減輕土體有效重力，降低摩擦角及凝聚力，減輕土體有效重力，降低摩擦角及凝聚力，滲透動水壓力，增加滑坡的可能；滲透動水壓力，增加滑坡的可能； 滲透變形：土石壩及地基中的滲流，由于物滲透變形：土石壩及地基中的滲流，由于物理和化學作用，土體顆粒流失，導致土壤發生局部破理和化學作用，土體顆粒流失，導致土壤發生局部破壞，稱為滲透變形。壞，稱為滲透變形。5

14、5常見滲透變形的型式常見滲透變形的型式 管涌、流土；管涌、流土； 接觸流失、接觸沖刷等。接觸流失、接觸沖刷等。 土石壩土石壩-29-管涌：壩體或地基中的土壤細顆粒被滲透水流帶走，并管涌：壩體或地基中的土壤細顆粒被滲透水流帶走，并逐步形成滲流通道的現象。在缺乏中間粒徑的非粘性土逐步形成滲流通道的現象。在缺乏中間粒徑的非粘性土中極易發生。中極易發生。流土：滲透坡降足夠大時，滲流出逸處的土體被掀動浮流土：滲透坡降足夠大時，滲流出逸處的土體被掀動浮起的現象。它主要發生在粘性土及均勻非粘性土體的滲起的現象。它主要發生在粘性土及均勻非粘性土體的滲流出口處。流出口處。土石壩土石壩-30-接觸流失：滲流垂直于

15、滲透系數相差較大的接觸面流動接觸流失：滲流垂直于滲透系數相差較大的接觸面流動時，將滲透系數較小土層中的細顆粒帶入滲透系數較大時，將滲透系數較小土層中的細顆粒帶入滲透系數較大的另一土層。的另一土層。接觸沖刷：當滲流沿粗細兩種土層的接觸面或建筑物與接觸沖刷：當滲流沿粗細兩種土層的接觸面或建筑物與地基的接觸面流動時，沿層面帶走細顆粒的現象。地基的接觸面流動時，沿層面帶走細顆粒的現象。土石壩土石壩設計要求：按設計要求：按“上堵下排的的原則采取有效防滲、排水上堵下排的的原則采取有效防滲、排水措施。措施。土石壩土石壩-32-（3 3沉降問題沉降問題土粒間存在孔隙，土體顆粒之間易產生相對位移，在壩土粒間存在

16、孔隙，土體顆粒之間易產生相對位移，在壩體自重和水壓力作用下，土石壩會有明顯的沉降變形。體自重和水壓力作用下，土石壩會有明顯的沉降變形。危害：危害： 引起擋水高度不足；引起擋水高度不足； 不均勻沉降使壩體開裂，威脅壩安全。不均勻沉降使壩體開裂，威脅壩安全。設計要求：設計要求： 確定壩頂高程時考慮所有可能的沉降；確定壩頂高程時考慮所有可能的沉降； 可能產生不均勻沉降的結構部位提出措施。可能產生不均勻沉降的結構部位提出措施。土石壩土石壩-33-（4 4沖刷問題沖刷問題土顆粒間的凝聚力很小，其抗沖能力很低。當洪水土顆粒間的凝聚力很小，其抗沖能力很低。當洪水漫過壩頂時，水流必然會攜帶土粒流失，從而引起漫

17、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。壩體局部破壞或整體潰決。例如，例如，19751975年年8 8月，我國淮河上游兩座土壩，因溢洪月，我國淮河上游兩座土壩，因溢洪道泄洪能力不足發生洪水漫頂而潰壩。道泄洪能力不足發生洪水漫頂而潰壩。 由于波浪的作用，必然導致坡面土料的流失和坍由于波浪的作用，必然導致坡面土料的流失和坍塌，削弱壩體剖面尺寸，對壩體穩定不利。塌，削弱壩體剖面尺寸，對壩體穩定不利。設計要求：設計要求： 壩頂應有足夠的超高，不允許漫頂；壩頂應有足夠的超高，不允許漫頂； 上下游壩面和壩頂需采取保護措施，保證壩上下游壩面和壩頂需采取保護措施，保證壩體安全。體安全

18、。土石壩土石壩-34-（5 5其他問題其他問題 冰壓力冰壓力 冬天凍融，夏天干裂冬天凍融，夏天干裂 動物破壞動物破壞 地震，粉砂地基的振動液化地震，粉砂地基的振動液化設計要求：對上下游壩坡和壩頂采取有效防護措施，設計設計要求：對上下游壩坡和壩頂采取有效防護措施，設計出良好的護坡及壩頂結構；控制粉砂密實度，防止液化。出良好的護坡及壩頂結構；控制粉砂密實度，防止液化。土石壩土石壩206206座土石壩事故原因分析座土石壩事故原因分析破壞原因破壞原因占總潰壩的比例占總潰壩的比例洪水漫頂洪水漫頂30 %30 %滲透破壞滲透破壞38 %38 %滑滑 坡坡15 %15 %護護 坡坡5 %5 %其其 它它7

19、%7 %原因不明原因不明5 %5 %土石壩土石壩二二 土石壩的剖面設計和構造土石壩的剖面設計和構造一、土石壩剖面的基本尺寸一、土石壩剖面的基本尺寸二、壩體防滲設施二、壩體防滲設施三、壩體排水設備三、壩體排水設備四、護坡和壩頂構造四、護坡和壩頂構造土石壩土石壩一、土石壩剖面的基本尺寸一、土石壩剖面的基本尺寸基本剖面：基本剖面： 是梯形，應滿足擋水、邊坡穩定和防滲要求。是梯形，應滿足擋水、邊坡穩定和防滲要求。主要構造：主要構造： 包括：包括： 壩身、防滲體、排水設施、護坡。壩身、防滲體、排水設施、護坡。基本尺寸：基本尺寸： 壩頂高程、壩頂寬度、上下游壩面坡度、防滲和排壩頂高程、壩頂寬度、上下游壩面

20、坡度、防滲和排水設施的輪廓尺寸。水設施的輪廓尺寸。土石壩土石壩壩頂高程在靜水位以上應有足夠的超高，超高值按下式計算 ：AeRh R波浪爬高；e風雍高度；A安全加高ARe靜水位壩頂2Yhm2hm土石壩土石壩土石壩土石壩 壩型心墻壩上游坡一般比同等條件下的斜墻壩陡，下游坡則相反。 壩高壩高超過10-30m時，可從上到下分級放緩，變坡處設馬道。每隔15-20m變坡一次。 地質條件地質條件較差時，坡度應緩些。 當上、下游坡為同一種土料時，上游坡應比下游坡緩。土石壩土石壩41 土石壩壩體防滲設施根據材料可分為：1、人工材料防滲體：瀝青砼，鋼筋砼2、土質防滲體土質心墻土質斜墻斜心墻粘土鋪蓋 二、壩體防滲設

21、施二、壩體防滲設施土石壩土石壩42土石壩土石壩土質心墻：位置：位于壩體中央或稍偏上游；資料：透水性很小的粘土或壤土；厚度：自上而下逐漸加厚，底部厚度不宜小于水頭的1/4，頂部的水平寬度不宜小于3m；高程：頂部在靜水位以上的超高，在正常運用情況下不小于0.3-0.6m，非常運用情況下不得低于非常運用的靜水位；預留竣工后沉降超高。坡度：1：0.15-1:0.3土石壩土石壩土質心墻施工時應注意：頂部應設砂性土保護層，防冰凍；施工時心墻的上升高度一般略高于壩殼，在鋪筑時，心墻上下游應留有余量，待兩側削坡后再填筑過渡層及壩體；心墻與上下游壩體之間應設過渡層起過渡、反濾及排水作用。土石壩土石壩土石壩土石壩

22、(2)土質斜墻：位置：位于壩體上游面；資料：厚度：指垂直于斜墻上游面的厚度；高程：頂部在靜水位以上的超高，在正常運用情況下不小于0.6-0.8m，非常運用情況下不得低于非常運用的靜水位；預留竣工后沉降超高。坡度：外坡根據穩定計算決定，內坡視壩體材料及施工情況決定，若壩體為砂礫石，內坡一般不陡于1：2土石壩土石壩土質斜墻施工時應注意：上游應設保護層，防冰凍，應分層碾壓；施工時壩體施工不受斜墻限制，可先行施工；斜墻與下游壩體之間應按反濾要求設置墊層。土石壩土石壩(3)斜心墻：位置：心墻略向上游傾斜；資料：（同上）厚度：（同上）坡度：斜心墻向上游傾斜的坡度為0.25-0.75時較好。土石壩土石壩(4

23、)粘土鋪蓋：位置：與斜墻相連；資料：透水性很小的粘土或壤土；厚度：由構造及施工要求決定；長度：一般為水頭的4-6倍。土石壩土石壩1、主要作用：降低浸潤線和孔隙壓力，改變滲流方向，有利于下游壩坡穩定并防止滲透變形，保護壩坡。2、影響因素：壩型、地基條件、下游水位、氣候、材料及施工條件。3、組成：由礫石、塊石或排水管做成的排水體和由數層粒徑沿滲流方向逐漸增大的砂礫料做成的反濾層兩部分組成。三、壩體排水設備三、壩體排水設備土石壩土石壩常見形式： 貼坡排水 棱體排水 褥墊排水 混合排水 土石壩土石壩貼坡排水 又稱表層排水。設置在下游壩坡底 部，由13層堆石或砌石構成，在石塊與壩坡之間應設反濾層。 特點：形式簡單，省料且易檢修，可防止滲透破壞。因未伸入壩體，不能降低浸潤線，且防凍性較差。適用：中小型且下游無水的均質壩及防滲體浸潤線較低的中等高度的土壩。 土石壩土石壩棱體排水 在下游壩腳處用塊石堆成棱體