土石坝
4.1 特点
（1） 可就地、就近取材，经济节省。
（2） 能适应各种地形、地质和气候条件。
（3） 施工机械的发展，提高了土石坝的施工质量，加快了进度，降低了造价，促进了高土石坝的发展。
（4）
4.2 土石坝类型
（1） 按坝高分：30m以下为低坝；30～70m为中坝；超过70m为高坝。
（2） 按施工方法分：碾压式土石坝；冲填式土石坝；水中填土坝；定向爆破堆石坝等。应用最广泛的是碾压式土石坝。
（3） 按土料在坝身内的配置和防渗体用的材料种类，碾压式土石坝可分为：
①均质坝；②土质心墙坝；③土质斜墙坝；④多种土质坝；
⑤人工材料心墙坝（中央防渗体为沥青混凝土或混凝土、钢筋混凝土，坝壳由透水土石料组成）；
⑥人工材料面板坝（坝体由透水土石料组成，防渗面板由钢筋混凝土、沥青混凝土或塑料薄膜等组成）。
4.3 土石坝设计的基本要求
（1）具有足够的断面维持坝坡的稳定。
土石坝的边坡和坝基稳定是大坝安全的基本保证。
（2）设置良好的防渗和排水设施以控制渗流。
（3）根据现场条件选择好筑坝土石料的种类、坝的结构形式以及各种土石料在坝体内的配置。
（5） 泄水建筑物具有足够的泄洪能力，坝顶在洪水位以上有足够的安全超高，以防漫溢。
（6） 采取适当的构造措施，使坝运用可靠和耐久。
上游面护坡防浪，下游坝坡防雨水冲刷。
4.4 土石坝设计步骤
1．基本剖面
（1）坝顶高程
式中：H――静水位（正常运行和非正常运行）；ha――波浪在坝坡上的爬高；e――风浪壅高；A――安全加高。
（2）坝顶宽度
土石坝设计规范要求，高坝最小顶宽为10～15m，中低坝为5～10m。
坝顶宽度必须考虑心墙或者斜墙顶部及反滤层布置的需要。
（3）坝坡
土石坝的坝坡一般根据经验初选。上游缓于下游；斜墙坝的上游坡缓于心墙坝，下游坡相反；粘性土坝坡为上陡下缓的曲面。
均质坝的平均坡度为1：3；
心墙坝：下游坡――堆石常用坝坡为1：1.5~1：2.5；土料为1：2~1：3
上游坡――堆石常用坝坡为1：1.7~1：2.7；土料为1：2.5~1：3.5
斜墙坝：下游坡参照心墙坝，上游坡――石坡放缓0.2，土坡放缓0.5。
面板坝：上游坡为1：1.4~1：1.7；下游坡1：1.3~1：1.4；卵砾石时放缓至1：1.5~1：1.6。
2．渗流分析
渗流分析内容：（1）确定浸润线位置；（2）确定渗流流速和坡降；（3）确定渗流量。
土坝的渗流变形：
（1）管涌：土体中部分颗粒被渗流水带走的现象。只发生于无粘性土中。
（2）流土：渗流作用下，粘性土及均匀无粘性土体被浮动的现象，常见于渗流从坝下游溢出处。
（3）接触冲刷：细粒土（砂土或粘土）与粗粒土交界面上，细粒土被渗流水冲动发生破坏的情况。此时渗流方向与交界面平行。
（4）剥离：粘性土与粗粒土接触面上，由于渗流作用使土颗粒与整体结构分离的现象。剥离可发生于粘性土与反滤层交界面上。
（5）化学管涌：土体中的盐类被渗流水溶解带走的现象。
3．稳定分析
刚体极限平衡法（瑞典圆弧）坝坡稳定安全系数：
分析工况：施工期；稳定渗流期；库水位降落期。
4．固结、沉降与应力分析
5. 筑坝土石料及填筑标准（见后）
6. 土石坝的构造（见后）
7．土石坝的地基处理（见后）
4.5筑坝土石料及填筑标准
1. 防渗土料
（1）选择原则
①防渗性。渗透系数小于1×10-5cm/s，均质坝或低坝可放宽到1×10-4cm/s。
②抗剪强度；③压缩性；④抗渗稳定性；⑤含水量；⑥膨胀量及体缩值；⑦可溶盐、有机质含量；
⑧ 颗粒级配：小于0.005mm的粘粒含量不宜大于40％，一般30％以下为宜。最大粒径不应超过铺土厚度的2/3。
（2）砾石土防渗料：含有粗砾土和细粒土的混合料，粗粒含量在50％以内。
（3）填筑标准
粘性土料以干容重为设计指标，按压实试验的最大干容重乘以压实系数确定。I、II级坝和高坝，压实系数不低于0.97~0.99，对III级及以下的坝不低于0.95~0.97。
含砾粘性土料的压实性由细料的压实性控制。I、II级坝和高坝，细粒的压实系数不低于0.97~0.99，对III级及以下的坝不低于0.96。当含砾量大于30％时，压实度下限值可适当降低。
2．坝壳料
填筑标准：
（1）无粘性土：压实标准按相对密度确定，不低于0.70~0.75。地震区浸润线以上不低于0.70，浸润线以下按设计烈度大小，不低于0.75~0.85。
（2）堆石料：碾压参数（碾压设备型号、重量，铺土厚度，加水量，碾压遍数等）和干容重同时控制。
3．反滤料、过渡料及排水材料（见后）
4.6 土石坝的构造
1．防渗体
作用：控制坝内浸润线的位置，保持渗流稳定。
材料：土质，沥青混凝土。
结构形式：心墙，斜墙。
厚度/宽度以平均允许坡降作为控制标准。
2．坝体排水
作用：控制和引导渗流，降低浸润线，加速孔隙水压力消散，以增强坝的稳定，并保护下游坝坡免遭冻胀破坏。
（1）棱体排水
又称滤水坝趾，在下游坝脚处用块石堆成的棱体。可降低浸润线，防止坝坡冻胀，保护下游坝脚不受尾水淘刷且支持坝体增加稳定性。
（2）贴坡排水
又称表面排水。用1、2层堆石或砌石加反滤层直接铺设在下游坝坡表面，不伸入坝体的排水设施。
（3）坝内排水
包括褥垫排水层、网状排水带、排水管、竖式排水体等。
3．反滤层
（1）作用
滤土排水，防止土工建筑物在渗流逸出处发生渗透破坏以及不同土层界面处的接触冲刷。对下游侧又承压水的土层，还可起压重的作用。
（2）部位
在土质防渗体与坝壳或坝基透水层之间，以及渗流逸出处或进入排水体，都必须设置反滤层。
（3）要求
① 被保护土层不发生管涌等有害的渗透变形，在防渗体发生裂缝的情况下，土颗粒不会被带出反滤层，能促使裂缝自愈。要求孔隙足够小。
② 透水性大于被保护土，能顺利排除渗透水流，同时不致被细粒土淤塞而失效。
反滤层一般由1～3层级配均匀、耐风化的砂、砾、卵石或碎石构成，每层粒径随渗流方向而增大。规范规定：
；
式中：D15为相邻的粒径较大一层土的特征粒径；d85、d15为相邻的粒径较小一层土的控制粒径和特征粒径。
4．土石坝的裂缝控制
（1）纵缝
走向与坝轴线大体平行，多发生在心墙坝、斜墙坝的坝顶和坝坡中部。
成因：心墙坝的坝壳土料比心墙土料固结沉降快；斜墙坝的坝壳料如压实不足，上部和下部沉降不均，都可使斜墙断裂，形成纵缝。
（2）横缝
走向与坝轴线垂直，多发生在两岸坝肩附近。岸坡较陡或岸坡地形突然变化时，都易发生横缝。
（3）内部裂缝
主要由坝体和坝基的不均匀沉降引起。
（4）防治措施
① 改善坝体结构或平面布置：
坝轴线改成略凸向上游的拱形；放缓坝坡；加厚心墙或斜墙；布设反滤层；不同土料间设过渡层。
② 重视地基处理
③ 适当选用土料
④ 采用合宜的施工措施和运行方式
（5）裂缝处理
表面裂缝：先用砂土填塞，再以低塑性粘土封填、夯实；
深部裂缝：灌浆处理；
严重裂缝：坝内做混凝土防渗墙。
5．土石坝与混凝土建筑物的连接
（1）插入式
混凝土坝断面逐渐缩小，最后成为刚性心墙插入土石坝心墙内。
（2）翼墙式
在组合部位作出混凝土挡土墙并向上下游延伸形成翼墙。
4.7 土石坝的地基处理
主要要求：① 控制渗流，避免渗透破坏；② 保持坝体和坝基的静力和动力稳定，③在保证安全运行的条件下节省投资。
要求较混凝土坝低。
1．岩基处理
当岩基上的覆盖层较薄时，只需防渗体座落在岩基上形成截水槽隔断渗流即可。对高坝要求更严格。
防渗体与基岩的接触面要求结合紧密。基岩内部防渗处理主要时帷幕灌浆。
2．砂砾石坝基处理
主要问题是渗流控制。
垂直防渗措施：粘性土截水槽、混凝土防渗墙、帷幕灌浆等
上游水平防渗铺盖：
下游排水设施：水平排水层、排水沟、减压井、透水盖重
3．细砂、软粘土和湿陷性黄土地基处理
（1）细砂等易液化地基
挖除或人工加密。表面振动加密、振冲法、强夯。
（2）软粘土地基
排水固结：砂井加速排水固结。
（3）湿陷性黄土地基
挖除、翻压或强夯，预先浸水处理。
