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水工建筑物基础(第2版)
1.9.1.2 二、土石坝的类型
二、土石坝的类型

(一)按坝高分类

土石坝按坝高可分为低坝、中坝和高坝。我国SL 274—2001《碾压式土石坝设计规范》规定:高度低于30m的为低坝,高度在30~70m之间的为中坝,高度超过70m的为高坝。土石坝的坝高均从清基后的地面算起。

(二)按施工方法分类

(1)碾压式土石坝。它是用适当的土料分层堆筑,并逐层加以压实而成的坝。这种方法在土坝中应用广泛。近年来用振动碾压修建堆石坝得到了迅速的发展。

(2)水力冲填坝。又称水坠坝,亦叫“泥浆坝”、“流泥坝”。它是以水力为动力完成土料的开采、运输和填筑全部工序而建成的坝。其施工方法是用机械抽水到高出坝顶的土场,以水冲击土料形成泥浆,然后通过泥浆泵将泥浆送到坝址,再经过沉淀和排水固结而筑成坝体。

(3)定向爆破堆石坝。它是按预定要求埋设炸药,使爆出的大部分岩石抛向预期地点而形成的坝。这种坝填筑防渗部分比较困难。

(三)按坝体材料的组合和防渗体的相对位置分类

根据土料的分布情况,碾压式土石坝又可分为以下几种类型(图6-1)。

1.均质坝

均质坝的坝体断面不分防渗体和坝壳,基本上是由一种土料组成,整个坝体用以防渗并保持自身的稳定。均质坝宜分为坝体、排水体、反滤层和护坡等区。由于筑坝土料抗剪强度较低,故均质坝多用于低坝。

均质坝要求土料应具有一定的抗渗性能,其渗透系数不宜大于10-4 cm/s;黏粒含量一般为10%~30%;有机质含量(按质量计)不大于5%,有较好的渗透稳定性,浸水和失水时体积变化小。最常用于均质坝的土料是砂质黏土和壤土。

2.土质防渗体分区坝

土质防渗体分区坝坝体断面由土质防渗体及若干透水性不同的土石料分区构成,可分为黏土心墙坝、黏土斜心墙坝、黏土斜墙坝以及其他不同形式的土质防渗体分区坝。防渗体设在坝体中央的或稍向上游的称为黏土心墙坝或黏土斜心墙坝,防渗体设在上游面的称为黏土斜墙坝。土质防渗体分区坝可分为防渗体、反滤层、过渡层、坝壳、排水体和护坡等区。防渗体在上游面时,坝体渗透性宜从上游至下游逐步增大;防渗体在中间时,坝体渗透性可向上、下游逐步增大。

土质防渗体要求土料首先应具有足够的防渗性。一般要求渗透系数不大于10-5cm/s,它与坝壳材料的渗透系数之比应不大于1/1000,以便有效地降低坝体浸润线,提高防渗效果。防渗土料还应具有足够的塑性(塑性是一种在某种给定载荷下,材料产生永久变形的特性),能适应坝体及坝基的变形而不致产生裂缝。浸水后膨胀软化较大的黏土以及开挖压实困难的干硬性黏土、冻土应尽量不用。含有石膏和含有交换钠离子数量太多的土料也不宜用来防渗。防渗体对杂质含量的要求也比对坝体材料的要求更加严格,一般要求有机质含量不超过2%,水溶盐含量不超过3%(均按质量计)。

图6-1 土石坝的类型

因为心墙坝和斜墙坝的坝壳土料没有防渗要求,只要求有足够的稳定性和透水性,所以很少全部用黏性土或壤土、砂壤土等建造。为优化利用当地资源,多用粒径级配较好的中砂、粗砂、砂石、卵石及其他透水性较高、抗剪强度参数较大的混合料。均匀的中、细砂料及粉料,特别是颗粒较细的砂料,不均匀系数η=1.5~2.6时,极易产生液化,可以用于中、低坝的干燥区,但高坝中应尽量不用,在地震区更应忌用。砾石土和风化料也可用作坝壳的材料,但要进行适当的布置和必要的处理。

3.非土质材料防渗体坝

防渗体由混凝土、沥青混凝土或土工膜组成,其余部分由土料构成的坝,按防渗体的位置也可分为心墙坝和面板坝两种,防渗体在上游面的称为面板坝,防渗体在坝体中间的坝称为心墙坝。

有防渗体的土石坝,为避免因渗透系数和材料级配的突变而引起渗透变形,都要向上、下游方向分别设置2~3层逐层加粗的材料作为过渡层或反滤层。

在以上这些坝型中,用得最多的是斜墙坝或斜心墙土石坝,特别是斜心墙的土石混合坝,在改善坝体应力状态和避免裂缝方面具有良好的效能,高土石坝中应用得更多。