四、土石坝的护坡与坝坡排水

土石坝的上游面，为防止波浪淘刷、冰层和漂浮物的损害、顺坝水流的冲刷等对坝坡的危害，必须设置护坡。土石坝下游面，为防止雨水、大风、风浪、冰层和水流作用、动物穴居、冻胀干裂等因素对坝坡的破坏，也需设置护坡。在严寒和平原地区，护坡工程量很大，维修费用可达相当大的数字，因此合理选择护坡型式，使其能抵抗各种因素对护坡的破坏作用，且施工维修方便，节省投资，具有重要意义。

（一）上游护坡

上游护坡的形式有堆石、干砌石、浆砌石、混凝土或钢筋混凝土、沥青混凝土或水泥土等。

护坡覆盖的范围，应由坝顶起护至水库最低水位以下一定距离，一般最低水位以下2.5m，Ⅳ级、Ⅴ级坝可减至1.5m，对最低水位不确定的坝，应要求护至坝底。

1.堆石护坡

堆石护坡是将适当级配的石块倾倒在坝面垫层上的一种护坡。优点是施工进度快、节省人力，但工程量比砌石护坡大。堆石护坡的厚度一般认为至少要包括2～3层块石，这样便于在波浪作用下自动调整，不致因垫层暴露而遭到破坏。当坝壳为黏性小的细粒土时，往往需要两层垫层，靠近坝壳的一层垫层最小厚度为15cm。

2.砌石护坡

砌石护坡是用人工将块石铺砌在碎石或砾石垫层上，在马道、坝脚和护坡末端应设置基座。砌石护坡有干砌石和浆砌石护坡。

干砌石应错缝并力求密实，通常厚度为20～60cm。有时根据需要用2～3层垫层，它也起反滤作用。砌石护坡构造如图6-15所示。

浆砌石护坡能承受较大的风浪，也有较好的抗冰层推力的性能。但水泥用量大，造价较高。若坝体为黏性土，则要有足够厚度的非黏性土防冻垫层，同时要留有一定缝隙以便排水通畅。

砌石护坡所用的石料，应有较高的抗压强度，良好的抗水性、抗冻性和抗风化性，能满足工程运用条件要求的硬岩石料。块石料的重度应大于22kN/m3；岩石孔隙率不应大于3%，吸水率（按孔隙体积比例计）不应大于0.8；块石料的饱和抗压强度不应小于30MPa，软化系数不应小于0.75～0.85。块石的形状要尽可能做成正方形，最大边长与最小边长之比不应大于1.5～2.0，以避免挠曲折断，保证工程质量。所有的岩石还必须是新鲜的，不宜用风化和含黄铁矿的岩石。

图6-15　干砌石护坡（单位：m）

（a）无马道时的护坡；（b）有马道时的护坡
1—干砌石；2—垫层；3—坝体

3.混凝土和钢筋混凝土板护坡

当筑坝地区缺乏石料时可考虑采用此种形式。预制板的尺寸一般采用：方形板为1.5m×2.5m、2m×2m或3m×3m，厚为0.15～0.20m。预制板底部设砾石或碎石垫层。现场浇筑的尺寸可大一些，可采用5m×5m、10m×10m甚至20m×20m。严寒地区冰推力对护坡危害很大，因此也有用钢筋混凝土板做护坡的，其垫层厚度要超过冻深，如图6-16所示。

图6-16　混凝土板护坡（单位：cm）

（a）矩形板；（b）六角形板
1—矩形混凝土板；2—六角形混凝土板；3—碎石或砾石；4—木档柱；5—结合缝

4.渣油混凝土护坡

在坝面上先铺一层3cm的渣油混凝土（夯实后的厚度），上铺10cm的砾石做排水层，第三层铺8～10cm的渣油混凝土，夯实后在第三层表面倾倒温度为130～140℃的渣油砂浆，并立即将0.5m×1.0m×0.15m的混凝土板平铺其上，板缝间用渣油砂浆灌满。这种护坡在冰冻区试用成功，如图6-17所示。

5.水泥土护坡

将粗砂、中砂、细砂掺上7%～12%的水泥（重量比），分层填筑于坝面作为护坡，叫水泥土护坡。它是随着土石坝的填筑逐层填筑压实的，每层压实的厚度不超过15cm。这种护坡厚度一般为0.6～0.8m。

这种护坡经过实际运用，在最大浪高1.8m并经数十年的冻融情况下，只有少量裂缝，护坡没有破坏。寒冷地区护坡在水库冰冻范围内，水泥含量应增加，常用8%～14%。

图6-17　渣油混凝土护坡（单位：cm）

以上各种护坡的垫层按反滤层要求确定。垫层厚度一般对砂土可用15～30cm以上，卵砾石或碎石可用30～60cm以上。

（二）下游护坡

下游护坡主要是为防止被水冲蚀和人为破坏，一般宜采用简化形式。适用于下游护坡的形式有堆石、卵石和碎石、草皮、钢筋混凝土框格填石等。其护坡范围为由坝顶护至排水棱体，无排水棱体时护至坝脚。

气候温和地区的黏性土均质坝，草皮护坡是常用的形式。若坝坡为无黏性土时，则应在草皮下铺一层厚0.2～0.3m的腐殖土，护坡效果良好。碎石或卵砾石护坡，一般直接铺在坝坡上，厚10～15cm。下游坝面需要全部护砌。

堆石、干砌石护坡与被保护料之间不满足反滤要求时，护坡下面按反滤要求设置垫层。

（三）坝面排水

为了防止雨水的冲刷，除干砌石和堆石护坡外，均必须设置坝面排水。包括坝顶、坝坡、坝头、坝下游等部位的集水、截水和排水措施。

在下游坝坡上常设置纵横向连通的排水沟（图6-18）。沿土石坝与岸坡的结合处，也应设置排水沟以拦截山坡上的雨水。坝面上的纵向排水沟沿马道内侧布置，用浆砌石或混凝土板铺设成矩形或梯形。若坝较短，纵向排水沟拦截的雨水可引至两岸的排水沟排至下游。若坝较长，则应沿坝轴线方向每隔50～100m左右设一横向排水沟，以便排除雨水。排水沟的横断面，一般深0.2m，宽0.3m，必要时可按1h暴雨强度和积水面积计算确定。

图6-18　坝坡排水（单位：m）

1—坝坡；2—马道；3—纵向排水沟；4—横向排水沟；5—岸坡排水沟；6—草皮护坡；7—浆砌石排水沟