【正文】 第三章 土 石 壩 什么是土石壩？ 利用壩址附近的土石料填筑（ 碾壓或夯實(shí)）而成的擋水建筑物。亦稱當(dāng)?shù)夭牧蠅巍? 歷史久遠(yuǎn)： 公元前 600多年，我國開始填筑土堤，防御洪水，蓄水興利。如：安徽芍陂、浙江海塘等。 解放后至今，我國內(nèi)已建成的八萬多座水壩，土石壩約占 90%左右。 國際上：古印度、古埃及等，也很早開始修建土壩。 第一節(jié) 概 述 安徽壽縣芍陂，淮河流域著名古陂塘灌溉工程 ? 芍陂陂塘灌溉工程，位于安徽省壽縣南。春秋時(shí)期楚莊王十六年至二十三年（公元前 598年～公元前 591年）由孫叔敖創(chuàng)建（一說為戰(zhàn)國時(shí)楚子思所建），迄今2500多年一直發(fā)揮不同程度的灌溉效益。 ? 1959年，安徽省文化局文物工作隊(duì)曾在安豐塘越水壩地方，發(fā)掘出一座漢代（公元前 206年～公元 220年）水利工程（草土堰）遺址，伴隨出土的有漢代時(shí)期鐵錘等文物。芍陂主要水源是淠河，芍陂灌區(qū)面積，在公元 4世紀(jì)～公元 13世紀(jì)常見記載，有灌田萬頃、灌田五千余頃等說法。自古來芍陂工程的人為破壞嚴(yán)重，多次受到戰(zhàn)爭波及，以致到民國年間，芍陂灌溉效益越來越低， 1949年實(shí)灌面積僅 8萬多畝，現(xiàn)為淠史杭灌區(qū)的一個(gè)反調(diào)節(jié)水庫。 第一節(jié) 概 述 浙江省鄞縣它山堰 它山堰 是甬江支流鄞江上修建的 御咸蓄淡引水灌溉樞紐 工程。位于浙江省寧波市西南，唐代大和七年（公元833年）由縣令王元瑋創(chuàng)建。 ? 筑堰前，海潮可沿江上溯章溪，因海水倒灌使耕田鹵化，城市用水困難。在鄞江上游出山處的四明山與它山之間，用條石砌筑一座上下各 36級的攔河溢流壩。壩頂長 42丈，用 80塊條石板砌筑而成，壩體中空，用大木梁為支架。這座壩平時(shí)可以下?lián)跸坛?，上蓄溪水，供鄞西平原七鄉(xiāng)數(shù)千頃農(nóng)田灌溉，并通過南塘河供寧波城使用。為防止洪水涌入城市。宋代（公元 960年～公元 1279年）至清代（公元 1644年～公元 1911年）時(shí)都對工程進(jìn)行維修。 ? 明代嘉靖十五年（公元 1536年）加高堰（壩）頂 1尺，清代咸豐七年（公元 1857年）曾進(jìn)行較大修治。公元1914年清理堰上淤積，使水道通暢。目前所見它山堰頂長 ，堰頂寬 ，堰身大部分埋在沙土下，已無引灌作用。 1987年定為全國重點(diǎn) 保護(hù)文物。 第一節(jié) 概 述 它 山 堰 蘇州海塘 錢塘江海塘 第一節(jié) 概 述 土石壩優(yōu)點(diǎn)： ? 就地取材 ， 節(jié)省三材； ? 筑壩經(jīng)驗(yàn)豐富； ? 對地形 、 地質(zhì)條件適應(yīng)性強(qiáng)； ? 施工技術(shù)簡單；便于維修 、 加高 、 培厚和擴(kuò)建 。 ? 因此 ， 在國內(nèi)外應(yīng)用十分廣泛 。 據(jù)統(tǒng)計(jì) ， 國內(nèi)已建成的八萬多座水壩 ， 土石壩約占 90%左右 。 第 3 章 土 石 壩 ? 特別是最近十幾年以來 ， 隨著大型高效的土石方 施工機(jī)械 的采用 ， 巖土力學(xué)理論和 電子計(jì)算機(jī)技術(shù) 在土石壩設(shè)計(jì)中的廣泛使用 ， 為建筑高土石壩提供了有利條件 ，土石壩得到了飛躍發(fā)展 ， 成為當(dāng)今世界上壩體高度最高 、 應(yīng)用最廣泛的壩型 。 ? 目前世界上最高的水壩為塔吉克斯坦的羅貢土石壩 ， 壩高 335m。 ?我國已建的最高土石壩為 小浪底土 石壩 ，壩高 154m， 在建的 水布埡 面板堆石壩高達(dá)233m。 在本世紀(jì) ， 我國將發(fā)展更高的土石壩 。 第一節(jié) 概 述 第 3 章 土 石 壩 世界最高壩 —— 羅貢壩 ?世界最高的土石壩，也是世界最高壩，工程于 1975年開工， 1989年完工，位于塔吉克國和國阿姆河支流瓦赫什河上。工程主要任務(wù)是灌溉與發(fā)電。 ? 最大壩高 335米，壩頂長 660米，壩頂寬 20米，底寬 1500米。壩體體積 7550萬立方米。水庫庫容 133億立方米。水電裝機(jī) 360萬千瓦。 ?埃及尼羅河上的大型水利工程 —— 阿斯旺高壩 阿斯旺高壩位于開羅以南約 700公里。工程于 1961年開工， 1970年竣工。大壩采用粘土心墻堆石壩，高 111米，頂寬 40米，底寬 980米，壩頂長 3830米。阿斯旺大壩在粘土心墻內(nèi)布置灌漿和廊道是大膽創(chuàng)新，廊道凈寬 3． 5米，高 5米，為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。水庫總庫容為 1689億立方米。樞紐建筑物包括大壩、引水工程和電站。電站裝機(jī)容量為 210萬千瓦。阿斯旺水庫具有灌溉、水力發(fā)電和防洪等作用。 密云水庫（土壩） 岳城水庫 水布埡水庫（湖北清江） 小浪底 參數(shù) 水布埡 施工中的水布埡水庫 一、土石壩的工作特點(diǎn) 1． 壩體 、 壩基的透水性 擋水時(shí)：由于上、下游水位差的作用，水將經(jīng)壩體和壩基的顆粒孔隙向下游滲透。 1）使水庫的水量大量流失； 2）而且還會引起壩體或壩基產(chǎn)生管涌、流 土等滲透變形，導(dǎo)致潰壩事故。 以壩體 浸潤線 為界，線上的土為非飽和狀態(tài)，線下土體則呈飽和狀態(tài)。 飽和土體 ，其抗剪強(qiáng)度指標(biāo)也將相應(yīng)降低， 對壩坡穩(wěn)定不利。 為此，應(yīng)設(shè)置防滲和排水措施，以減少水庫的滲漏損失和保證壩坡的穩(wěn)定性。 第一節(jié) 概 述 2． 土石壩的局部失穩(wěn)定破壞形式 土石壩是松散的土石料填筑 ， 壩體剖面需 要做成上 、 下游邊坡較平緩的梯形斷面 。 由于由松散顆粒組成 ， 其失穩(wěn)是以局部壩坡坍塌的形式出現(xiàn) 。 當(dāng)壩坡太陡或土體的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)較小時(shí) ，在滲透壓力和土體上部重力的作用下 ， 局部壩坡土體 （ 包括壩基土體 ） 將向坡外滑移 ， 簡稱滑坡 。 為了保持壩坡穩(wěn)定 ， 需設(shè)置較平緩的上 、 下游壩坡 。 因此 ， 應(yīng)根據(jù)地形 、 地質(zhì)條件和筑壩材料等因素選擇適宜的坡 。 使壩體： 保證安全穩(wěn)定 、 經(jīng)濟(jì)合理 。 第一節(jié) 概 述 一、土石壩的工作特點(diǎn) 3． 抗沖性能差 壩體材料是松散的顆粒： ? 當(dāng)洪水漫過壩頂時(shí)，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。 例如， 1975年 8月，我國淮河上游兩座土壩，因溢洪道泄洪能力不足發(fā)生洪水漫頂而潰壩。 ? 由于波浪的作用，必然導(dǎo)致坡面土料的流失和 坍塌，削弱壩體剖面尺寸，對壩體穩(wěn)定不利。 設(shè)計(jì)中，要求： 1）壩體應(yīng)有足夠的 超高 2）壩坡應(yīng)有相應(yīng)的 防沖措施 。 3）保證泄洪措施有足夠的 泄洪能力 。 第一節(jié) 概 述 4．壩體沉陷量大 壩體材料是松散的顆粒： 由于壩體土料、石料之間的孔隙存在，壩體是可壓縮的。 盡管在筑壩時(shí)要求分層填筑、逐層壓實(shí)，但壩體的沉陷仍然是不可避免的。當(dāng)壩基為土基時(shí)，沉陷值將更大。 過大的沉陷將會降低壩頂?shù)脑O(shè)計(jì)高程；而不均勻的沉陷將使壩體產(chǎn)生縱向、橫向和各種走向的裂縫，危及壩身安全。觀測資料表明，竣工后的壩體沉陷仍可達(dá)到 壩高的%～ %左右。 因此，在設(shè)計(jì)壩頂高程時(shí)應(yīng)適當(dāng) 考慮預(yù) 留沉陷值 — (%)H。 第一節(jié) 概 述 二、土石壩的類型 土石壩的類型，從不同的角度有不同的分類方法。下面主要按施工方法、筑壩材料和壩體防滲型式進(jìn)行分類。 ? 1．按筑壩材料分類 按筑壩材料分類 : 分為 : 1)土壩 2)土石混合壩 3)堆石壩。 ( 壩體絕大部分由土料筑成時(shí)稱為土壩；絕大部分由石料筑成時(shí)稱為堆石壩；由土石混合堆筑時(shí)稱為土石混合壩。 ) 2．按施工方法分類 1）碾壓式土石壩 碾壓式土石壩是由適宜的土石料分層填筑，并用壓實(shí)機(jī)械逐層碾壓而成的壩型。近二十多年來，隨著大型碾壓機(jī)械的采用，使得這種壩型得到最廣泛的應(yīng)用。 本章將重點(diǎn)介紹這種壩型 的設(shè)計(jì)。 2）水力沖填壩 水力沖填壩是利用水力和簡易的水力機(jī)械完成土料開采、運(yùn)輸和填筑等主要工序而筑成的壩型。具體地說，是用高壓水槍驅(qū)動(dòng)高壓水流向料場的土料噴射沖擊， 第一節(jié) 概 述 二、土石壩的類型 使之成為泥漿，然后通過泥漿泵和輸漿管把漿液輸送到壩體預(yù)定位置分層淤積、沉淀、排水和固結(jié)后形成的壩型。 我國西北地區(qū)創(chuàng)造的水墜壩與這種壩型的施工原理相似，其料場位于壩頂高程以上的山體，泥漿輸送是利用漿液的重量經(jīng)溝渠自流到壩面，因而有學(xué)者也把水墜壩歸類為水力沖填壩。這種壩型因 施工質(zhì)量難以保證 . 3） 水中填土壩 水中填土壩是將易于崩解的土料分層倒入靜水中 ， 依靠土體自身重量和運(yùn)輸工具壓實(shí)而成 。 施工時(shí) ， 一般在施工倉面上用堤埝圍埂分格 ， 并在格中灌水倒土逐層填筑 。 第一節(jié) 概 述 二、土石壩的類型 4）定向爆破土石壩 這種壩型是在壩肩山體的預(yù)定位置開挖洞室，埋放炸藥，引爆后使土石料按照物體平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡拋到預(yù)定的設(shè)計(jì)位置，完成大部分壩體填筑，再經(jīng)過加高修復(fù)而形成的壩型。 這種筑壩方法由于爆破力很大，可能造成壩址附近地質(zhì)構(gòu)造破壞等方面問題，因而，一般采用較少。我國已建成這種土壩或堆石壩約有 40余座，最高的有陜西石砭峪水庫大壩，壩高 ，廣東乳源南水電站的主壩，壩高 。 第一節(jié) 概 述 二、土石壩的類型 1） 均質(zhì)壩： 均質(zhì)壩絕大部分由均一的土料分層填筑而成 。 筑壩料多用透水性較小的粘性壤土或砂質(zhì)粘土 ， 壩體具有防滲作用 。因此 ， 無需設(shè)置專門的防滲措施 ， 如圖 51(a)所示 。 2） 土質(zhì)防滲體分區(qū)壩： 由透水性很小的土質(zhì)防滲體和若干種透水土石料分區(qū)分層填筑而成 。 粘性土質(zhì)防滲體設(shè)在壩體中部或上游 ， 稱為粘土心墻壩或粘土斜心墻壩 ， 如圖51(b)、 (c)、 (d)；設(shè)在壩體上游面的稱為粘土斜墻壩 ， 如圖 51(e)、 (f)、 (g)。 第一節(jié) 概 述 3．按防滲體的型式分類 按防滲設(shè)施可分為均質(zhì)壩、土質(zhì)防滲體分區(qū)壩和非土質(zhì)材料防滲體壩 (碾壓式 )： 3）非土質(zhì)材料防滲體壩 這種壩型的防滲體一般由 鋼筋混凝土、瀝青混凝土 或其他非土質(zhì)材料做成。其中防滲體布置在壩體中央附近的稱為心墻壩； 防滲體布置在上游面的稱為面板土石壩。在堆石壩中，一般將防滲體設(shè)在上游壩面，又稱面板堆石壩。 第一節(jié) 概 述 此外，還有其他型式的分區(qū)壩，如壩體上游部分為防滲土料，下游部分為透水土料的分區(qū)壩等等。 二、土石壩的類型 碾壓式土石壩的類型 第一節(jié) 概 述 第二節(jié) 土石壩剖面的基本尺寸與構(gòu)造 ⅰ 剖面基本尺寸 影響因素： 1） 壩址附近的土石料分布狀況 （ 包括土石料的種類 、 性能 、 儲量 、 運(yùn)距等 ） ； 2） 壩址的地形地質(zhì)條件； 3） 運(yùn)行要求和施工條件等； 參照已建工程 ， 初擬剖面的尺寸 ， 然后計(jì)算和修正 ， 使之成為安全 、 經(jīng)濟(jì) 、 合理的剖面 。 土石壩剖面包括 壩頂高程 、 壩頂寬度 、 壩坡 。 一、 壩頂高程 壩頂高程應(yīng)為水庫靜水位加壩頂超高，壩頂超高可按下式計(jì)算： （ 31） 式中 —— 壩頂超高， m； —— 最大波浪在壩 . 坡上的爬高， m； —— 安全加高， m， 按表 31采用； —— 最大風(fēng)雍水面高度， m，按式 （ 32） 計(jì)算。 yRche第二節(jié) 土石壩剖面的基本尺寸與構(gòu)造 hcReα靜水位壩頂2Yh m2h m圖 壩頂超高計(jì)算圖 第二節(jié) 土石壩剖面的基本尺寸與構(gòu)造 表 31 土石壩