浅谈土石坝土石坝泛指由当地土料、石料或混合料，经过抛填、辗压等方法堆筑成的挡水坝。

当坝体材料以土和砂砾为主时，称土坝；以石渣、卵石、爆破石料为主时，称堆石坝；当两类当地材料均占相当比例时，称土石混合坝。

土石坝是历史最为悠久的一种坝型。

近代的土石坝筑坝技术自２０世纪５０年以后得到发展，并促成了一批高坝的建设。

目前，土石坝是世界坝工建设中应用最为广泛和发展最快的一种坝型。

土石坝按坝高可分为：低坝、中坝和高坝。

土石坝按其施工方法可分为：碾压式土石坝；冲填式土石坝；水中填土坝和定向爆破堆石坝等。

应用最为广泛的是碾压式土石坝。

一、土石坝的地基处理土石坝的底面积大,坝基应力较小,坝体具有一定的适应变形的能力,坝体断面分区和材料的选择也具有灵活性。

因此,土石坝对天然地基在强度和变形方面的要求以及处理措施、应达到的标准等,均可比混凝土坝相对较低,但防渗要求上则与混凝土坝基本相同。

土石坝对不同的地基有不同的处理方法,着重对土石坝地基处理与软土地基处理的方法作以介绍。

砂卵石地基处理许多土石坝建在砂卵石地基上,对于砂卵石地基的处理主要是解决渗流控制问题。

处理的主要措施有垂直防渗措施、水平防渗措施和下游排水设施及盖垂等,垂直防渗措施可有效地截断坝基渗流,在技术条件许可且较经济合理时,应优先采用。

垂直防渗设施。

垂直防渗设施包括黏性土截水槽、混凝土防渗墙和灌浆帷幕等。

(1)黏性土截水槽。

当坝基砂砾石层深度不大时,可开挖深槽直达不透水层或基岩,槽内回填黏性土,与坝内防渗体连成整体,称之为截水槽。

它结构简单、工作可靠、防渗效果好、应用较广,适用于砂砾石层深度在15m以内,最大深度一般不超过20m。

截水槽底宽根据回填土的容许渗透坡降及施工条件而定。

为防止截水墙与基岩间可能出现的集中渗流,常在基岩上设置混凝土齿墙或垫座,必要时还需要进行灌浆。

(2)混凝土防渗墙。

当坝基砂砾石层较深时,采用混凝土防渗墙是经济而又有效的防渗措施。

施工时用冲击钻分段在土层中造成圆孔或槽形孔,以泥浆固壁,然后在槽孔内浇筑混凝土,最后连成整体,形成混凝土防渗墙。

墙底嵌入弱风化基石,深度不少于0.5~1.0m,墙顶插入防渗体内的深度1/10坝高。

墙厚一般为0.6~1.3m,多采用0.8m左右。

混凝土防渗墙一般适用砂砾石层深度在80m以内的情况。

(3)灌浆帷幕。

当砂砾石层深度很大时,可采用灌浆的方法进行防渗处理。

也可在土层采用黏土截水槽或混凝土防渗墙,下部采用灌浆帷幕。

砂砾石地基是否适合于灌浆,取决于它的可灌性,其可灌性可根据砂砾料的性质和级配,用可灌比和渗透系数来判别。

根据反滤原理,一般认为M<5时,可灌性很小;M=5~10时,可灌性差;M>10时,可灌水泥黏土浆;M>15时,可灌水泥浆。

渗透系数K>40m/d,可灌水泥黏土浆;K>80m/d时,可灌水泥浆。

当可灌性不好时,可考虑采用化学灌浆。

砂砾层的帷幕灌浆大多采用水泥黏土浆,它不仅耗费水泥量少,比较经济,而且还有浆液性能好、不易深沉、防渗效果好等优点。

帷幕的厚度按容许坡降确定,而帷幕厚度T=H/J(H为最大设计水头,J为帷幕容许坡降),对于水泥黏土浆,帷幕的渗透坡降可采用3~4。

1水平防渗铺盖。

防渗铺盖是一种水平防渗设备,可由斜墙、心墙等防渗体或均质坝体向上游水平延伸而成。

其结构简单,防渗可靠,造价较低廉。

铺盖通常采用黏性土料铺筑,也可以采用土工膜作铺盖,铺盖不能完全截断渗流,但能增加渗径,可将坝基渗透坡降和渗流量控制在容许范围内。

当河床透水层很厚时,采用垂直防渗设施有困难时,可以考虑采用铺盖防渗,有时还可以利用天然透水地基中的1层不透水层作铺盖。

如果地基是渗透性很大的砾石层或渗透稳定性很差的粉细砂,不宜采用铺盖。

铺盖的渗透系数应小于1×10-5cm/s,并至少比地基渗透系数小100倍,铺盖长度应根据地基特性和防渗需要由计算确定,一般为4~6倍水头,铺盖厚度由土料的容许渗透坡降而定,由上游端向下游端逐渐加厚。

上游端最小厚度可以取0.5~1.0m,铺盖顶面要有保护层,以防蓄水发生干裂及运用期间的波浪作用和水流冲刷而导致破坏。

排水减压等措施。

一般而言,当坝下游表层土较薄时,可开挖排水沟深入到下部透水层、排水沟底和边坡设反滤层;当表层土较厚或深部有强透水层时,设排水减压井比较有效,有时也可采取减压井加盖的方法。

盖一般采用透水料,盖重与被保护土之间应设反滤层。

软土地基处理淤泥层地基处理。

淤泥夹层天然含水量大、容量小、抗剪强度低、承截力小。

当分布范围不大,埋藏较浅时,一般应全部挖除;当埋藏较深,分布范围较广时,常采用压重法或采用砂井加速排水固结。

细砂地基处理。

均匀饱和细砂地基在地震或其他突然荷载作用下易于液化,常采取措施加以处理。

当厚度不大且接近地面时,可考虑将其挖除。

若砂层较厚可用上下层截水墙或板桩加以封闭,但此法不够经济。

当砂层很厚时,可在坝址附近设砂井,降低砂层承压水头以防液化。

用振冲器法加固地基,防止液化也有较优的效果。

软黏土和黄土地基处理。

软黏土层较薄时,一般全部挖除,当土层较厚时,可用砂换法、振冲器法,或在坝基中设排水砂井加速软土固结,提高承载力。

二、土坝的裂缝成因及控制（1）裂缝成因由于土石坝的不均匀沉降、地基处理不当、设计和施工过程中的问题,使土石坝产生形态各异的裂缝,大致可以分为以下几类。

变形裂缝。

它是由于坝的不均匀沉降所引起的,是破坏坝体完整性的主要裂缝,危害性较大。

根据裂缝的走向和位置,又分为3种:一是纵向裂缝。

缝的走向与坝轴线平行,主要出现在坝顶,有时出现于坝坡或坝体内部。

这是由于坝体或坝基各部位沿横向的不均匀沉降所引起的。

二是横向裂缝。

裂缝的走向与坝轴线垂直,这是由于坝体沿坝轴线方向不均匀沉降所引起的,多出现于坝体或岸坡接头处。

三是水平裂缝。

水平裂缝多出现在较薄的心墙坝中。

干缩和冻融裂缝。

它是黏土表面由于失水和冻融而产生的裂缝,呈龟裂状,纵横交错,但深度不大,一般从几厘米到1m。

缝宽常小于1cm,而且上宽下窄,在浅层处逐渐尖灭,所以这种裂缝一般对土坝的危害性不大。

滑坡裂缝。

它是坝坡失稳以前产生的裂缝。

它不是一般的变形缝,而是因滑移土体开始发生位移而出现的裂缝。

这种缝多发生在滑坡顶部,在平面上是成形,方向大致与坝轴线平行。

滑坡下部隆起处,也可能出现一些细小的裂缝,这种裂缝是滑坡的前兆。

水力甓裂缝。

它是由于水压力所引起的水平或垂直裂缝,水力劈裂缝多发生在水库多次蓄水时,危害性很大。

（2）土石坝裂缝的控制控制土石坝裂缝的途径,首先是要合理地计算坝体应力和压力的大少及分布,根据试验测定的土体强度特性,分析和估计坝体可能产生裂缝的危险部位、裂缝的性质以及裂缝的几何参数,据此采取相应的地基处理措施;合理地设计土石坝剖面和细部结构;选择适宜的土料并采用合理的设计参数;严格控制施工质量,明确运行管理上的要求,并精心进行管理等。

土石坝一旦出现裂缝,应及时查明性状进行处理。

如处理不当或不及时,常会造成坝的失事。

国内外处理土石坝裂缝常采用挖除回填和灌浆的方法。

挖除回填。

此法简单可行,比较彻底可靠,对纵向、横向裂缝均可使用。

对于表面干缩或冻融裂缝,因深度不大可不必挖除,可用砂土填塞,再用低塑黏土封填夯实,以防雨水渗入冲蚀。

深度不大的裂缝可按干缩缝处理,也可挖除裂缝部位土体,回填稍高于最优含水率的土料,严格分层夯实,并采用洒水刨毛等措施,以保证新老土体结合良好。

灌浆处理。

当裂缝位于深部或延伸至深部时,常用黏土浆或黏土水泥浆处理。

浅层缝可用自流式灌浆,深层缝应采用低压灌浆,以防产生水力劈裂。

当裂缝严重不能用上述方法处理时,可采用泥凝土或黏土防渗墙,从坝顶开始,直达基岩。

对于滑坡裂缝,应采用反压盖重,加强排水及至放缓坝坡等措施。

三、土石坝的防渗针对土石坝常规防渗技术存在的弊端，通过总结以往土石坝防渗技术经验和教训，经多次论证和研究，提出采用刚柔性相结合的新型防渗技术，即采用单管高压旋喷防渗墙（或射水法防渗墙）和铺土工膜防渗相结合的新型防渗技术。

主要特点：(1)适用不同类型的土石坝。

新型防渗技术采用刚性和柔性相结合，施工时不放空水库，受坝体和坝基地质因素影响小，能适用于不同类型的土石坝；(2)适应土石坝沉陷变形。

新型防渗技术柔性材料施工时，即铺土工膜施工时，都留有一定的形变量，能适应土石坝坝体沉陷变形量大的特点，而刚性防渗多数用在坝基，一般不受变形的影响，因此新型防渗技术能适应土石坝变形大的特点；(3)新型防渗技术防渗效果好。

新型防渗技术应用新材料、新技术、新工艺，防渗效果好；(4)新型防渗新技术工艺可靠，施工速度快。

新型防渗新技术刚性材料施工，由于采用新设备、新工艺，施工造孔比较稳定，喷射的砼防渗墙质量也都满足要求；(5)新型防渗技术造价低。

新型防渗技术采用刚性和柔性材料相结合，集刚性和柔性优点于一身，因此工程造价较低。

大其开度，并可能发展形成较大的渗漏通道。

即使不均匀变形的结果未产生裂缝，只引起某个面上压应力降低而小于库水压力也可能出现新的微裂缝，由水平劈裂而形成较大的裂缝。

水力劈裂缝多发生于水库初次蓄水时，除粘土心墙外，在粘土斜墙、粘土铺盖或均质坝中都可能发生水力劈裂缝，有时向粘土防渗体内钻孔灌浆，在灌浆压力下也可能出现水力劈裂缝。

2非滑坡性裂缝的处理土石坝一旦发生裂缝，应在及时查明其性状的基础上，采取有针对性的措施适时进行补救处理。

对于均质坝或多种材料坝的防渗体中的深度较大的裂缝，特别是贯穿裂缝，则要慎重。

2．1翻松压实一般表面干缩裂缝，可用砂土填塞，将表面缝口土料翻松并湿润，然后压实、密实、封堵缝口，对冻融裂缝也应按此方法处理，未加防冻保护层的必须设保护层。

2．2开挖回填开挖回填是比较彻底可靠的方法，具体方法是沿缝灌入少量石灰水，以便沿缝下挖，开挖深度应大于0．3米，宽度以能够作业为准，边坡必须保护稳定，可挖成梯形断面，挖槽较深时，边坡可设台阶。

但回填时应将台阶挖除，使回填土可整体性沉降，不产生暗缝，开挖完成后用原坝体土料分层夯实回填。

2．3灌浆处理坝体灌浆分充填灌浆和劈裂灌浆两种，本文讨论的是充填灌浆。

充填灌浆适用于当坝体裂缝部位较深或范围较广，对裂缝的性质和范围都要确定的局部隐患，采用开挖回填，不但工程量很大，还可能影响蓄水。

为安全考虑，可采用灌浆处理，或裂缝上部开挖回填，下部较深的细小裂缝进行填灌浆处理。

灌浆的材料及浆液的浓度要满足可灌性、(充填满缝隙)固结后收缩小。

一般多采用塑性指数在10左右的粉质壤土或黄土作为灌浆材料。

为加速凝结或增加可灌性，减小体积收缩，还可加入少量掺入料，如低标号水泥、水玻璃等。

灌浆压力应慎重对待，应使浆液充满裂缝即可，不要引起水力劈裂，可采取保持液面在一定高度靠浆液自重压入，也可施加低压，但要仔细及时观察灌浆情况，灌浆孔要采用套管固壁。