用土、砂、砾(卵)石及石碴等材料填筑的坝。它是最古老的挡水建筑物。中国修建土坝已有悠久的历史,早在公元前约600年,安徽寿县就修建了安丰塘灌溉水库。公元514年已在淮河中游建成高达50米的浮山堰大坝。土坝的主要优点是能就地取材,节省大量水泥、钢材、木材,且对地质条件要求较低。20世纪50年代,土坝在中国得到了迅速发展。据不完成统计,中国已建成各类土坝8万余座,其中石头河土坝高达105米。
用土、砂、砾(卵)石及石碴等材料填筑的坝。它是最古老的挡水建筑物。中国修建土坝已有悠久的历史,早在公元前约600年,安徽寿县就修建了安丰塘灌溉水库。公元514年已在淮河中游建成高达50米的浮山堰大坝。土坝的主要优点是能就地取材,节省大量水泥、钢材、木材,且对地质条件要求较低。
20世纪50年代,土坝在中国得到了迅速发展。据不完成统计,中国已建成各类土坝8万余座,其中石头河土坝高达105米。目前世界上最高和体积最大的土坝是巴基斯坦的塔贝拉坝,体积达12100万立方米。苏联努列克坝高达300米,也是世界著名土坝之一。
土坝坝型及组成 按填筑方法不同,分为碾压土坝(包括均质土坝、多种土质组合坝)和水力冲填坝、水坠坝、水中填土坝、土中灌水坝;按防渗体的位置不同,可分为斜墙坝、心墙坝。土坝的防渗体,一般采用土料、钢筋混凝土或沥青混凝土。土坝的主要类型见图。土坝的断面形状,除满足安全、经济要求外,还应有利于管理运用,通常由坝主体(支承水压力、维持稳定)、防渗体(控制渗流、减少渗流)、护坡、下游(或坝体)反滤层及排水设施等组成。坝顶一般设防浪墙,以降低坝高。通常上游坝坡较下游坝坡为缓,下部坝坡较上部坝坡为缓。钢筋混凝土和沥青混凝土面板坝的上游面一般不设平台,但它的下游面和其他类型的土坝上、下游面一样,一般在坝高每增加15~20米处设置宽2米左右的检修、交通平台(或称马道)。除有特殊构造的溢流土石坝外,一般土坝坝顶不能溢流。
土坝的主要类型
土坝承受的荷载 主要有自重、水压力、浪压力、冰压力、渗透压力、孔隙压力及地震惯性力等。土坝凭借坝体自重抵挡巨大的水压力,其整体稳定在任何情况下均能满足,但上、下游边坡需进行稳定分析。为了保持边坡及渗流的稳定性、防止土料液化,避免坝体及坝基塑流等,需设计合理的断面形状和保证一定的填筑质量。坝坡滑动可能呈圆弧面、折面或更复杂的曲面,若坝体填料或坝基的抗剪强度不足,会导致局部坝坡或坝体连同坝基一起滑动。当坝基存在软弱夹层时,尤其容易沿该夹层滑动。此外,还要注意大坝迎水面因水位骤降而产生的滑动。为了防止地震区坝体填料液化,如用中细沙或砂砾石筑坝,坝体及坝基均要按照抗震要求压实到相对密度0.75以上,因为饱和的松沙受到地震、爆炸或其它振动的冲击时,会发生附加的孔隙压力,导致沙土的抗剪强度瞬时急剧降低,沙粒会在短时内象液体一样流散。为了安全蓄水,土坝必须控制通过坝体及坝基(包括两岸)的渗流,防止坝体及坝基由于渗透坡降过大而出现管涌和流土。在深、厚透水地基采用水平铺盖防渗,比较简易经济。如开挖到基岩或作地下防渗墙,其效果更为显著。不管斜墙坝或心墙坝,均要做好防渗体与坝基、岸坡或其它混凝土结构物的接合,避免沿接合面发生集中渗漏或接触冲刷。
对土料要求 筑坝虽可采用多种土料,但基本的要求是坝体填料要用最小功能压缩到设计的密实度、抗剪强度、渗透系数和较小的沉陷量。如果在坝址附近有多种土料时,可选择其中技术性能较好、造价较低的土料筑坝。对于碾压式土坝,土料的有机混合物含量不超过5%,水溶性盐类不超过8%。土料的颗粒组成是影响土力学指标的主要因素。通常认为坝壳应采用不均匀系数在30~100,并有连续级配的良好土料,它的压实性能好,可达到较大的干容重、较小的渗透系数、较高的抗剪强度。土料的可塑性对土坝是否裂缝有显著影响,塑性指数大于7的土料一般可做防渗材料。粘粒含量超过50%的土料容易出现裂缝,不宜采用。筑坝土料的勘探、选择及设计,与土坝的设计、施工方法、工程进度及工程造价密切相关。须就地取材、因材设计,其数量必须满足设计要求。
随着土力学和电子计算技术的发展,提高了土坝设计的理论水平;大型施工机械及筑坝技术的迅速发展,缩短了土坝施工工期,降低了工程费用,为在不良地基上修建高土坝创造了有利条件。目前,土坝在世界坝工建设中所占比重已愈来愈大。
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