水中倒土壩簡(jiǎn)介

這種壩施工時(shí)一般在填土面內(nèi)修筑圍埂分成畦格，在畦格內(nèi)灌水并分層填土，依靠土的自重和運(yùn)輸工具壓實(shí)及排水固結(jié)而成的壩。這種筑壩方法不需要有專門的重型碾壓設(shè)備，只要有充足的水源和易于崩解的土料都可采用。但由于壩體填土的干容重較低，孔隙水壓力較高，抗剪強(qiáng)度較小，故要求壩坡平緩，使得壩體工程量增大。

一般包括以下四個(gè)方面。

土壩滲流計(jì)算

確定壩體浸潤線、壩體及壩基流網(wǎng)、滲流量及出逸比降、庫水位下降時(shí)上游壩體自由水面位置及孔隙壓力（土孔隙中超出大氣壓力的相對(duì)壓力值），以供壩坡穩(wěn)定分析使用，及了解滲漏量并確保滲透穩(wěn)定。根據(jù)壩體和壩基的滲透系數(shù)、邊界條件及上下游各種水位組合，通過手繪流網(wǎng)、數(shù)值計(jì)算和模擬試驗(yàn)求解。解算時(shí)，一般簡(jiǎn)化為二向問題，對(duì)于三向滲流場(chǎng)如岸邊繞流，可用數(shù)值分析或模擬試驗(yàn)求解。

土壩穩(wěn)定計(jì)算

土壩體積很大，在水壓力作用下整個(gè)壩體產(chǎn)生水平滑動(dòng)的可能性通常不存在，故僅需核算上下游壩坡的抗滑穩(wěn)定。一般分施工期、穩(wěn)定滲流期和庫水位降落期三種類型。土體抗剪強(qiáng)度由下式確定：式中τ為土體抗剪強(qiáng)度；σ為垂直于滑動(dòng)面的法向總應(yīng)力；μ為孔隙水壓力；σ′為法向有效應(yīng)力；σ′、φ′為土料有效抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，分別代表凝聚力和內(nèi)摩擦角，由試驗(yàn)確定。

均質(zhì)土壩、厚心墻和厚斜墻壩常用滑動(dòng)圓弧法計(jì)算壩坡穩(wěn)定（見下式）。假定滑動(dòng)面為圓弧，分成若干土條，不計(jì)條塊間作用力，計(jì)算公式：式中K為抗滑安全系數(shù)，不低于規(guī)定值；N、T分別為作用在土條底部的法向和切向應(yīng)力；W為任一土條重；U為作用在土條底部的孔隙壓力；α為土條重力線與通過土條底面中點(diǎn)的圓弧半徑之間夾角；L為滑弧穿過的有凝聚力部分的弧長。試算若干滑弧，求得最小安全系數(shù)K。20世紀(jì)50年代A.W.畢肖甫等人還提出計(jì)入條塊間作用力的計(jì)算方法。

對(duì)于壩基有軟弱夾層或薄心墻、薄斜墻壩，宜用滑楔法（見左圖）。假定滑動(dòng)面為折線，滑楔間作用力假定平行于坡面或?yàn)樗较?。沿折線將各種材料的抗剪強(qiáng)度除以K后，滑楔處于極限平衡狀態(tài)，此K值即所求安全系數(shù)。最小的安全系數(shù)由假設(shè)不同滑動(dòng)面試算求得。如在地震區(qū)，應(yīng)將地震力作為外力加入計(jì)算。

土壩沉降計(jì)算

確定壩體和壩基在自重作用下的總沉降量、沉降量與時(shí)間的關(guān)系及完工后的沉降量。據(jù)此計(jì)算竣工后為抵消沉降而預(yù)留的壩頂超填，預(yù)測(cè)不均勻沉降量，判斷壩體產(chǎn)生裂縫的可能性和預(yù)防措施。計(jì)算方法是根據(jù)壩體和壩基土的壓縮曲線，及時(shí)刻t壩體和壩基的豎向總應(yīng)力和孔隙壓力分布，用分層總和法計(jì)算。即把壩體壩基分為若干層，計(jì)算時(shí)刻t各層中心所受豎向有效應(yīng)力（等于豎向總應(yīng)力減孔隙壓力）及相應(yīng)沉降量，將各層沉降量迭加，得時(shí)刻t及完工后壩體和壩基的沉降量。

土壩應(yīng)力應(yīng)變計(jì)算

用有限單元法計(jì)算壩體壩基及岸坡接頭在填土自重及其他荷載作用下的填土應(yīng)力應(yīng)變，以判斷是否發(fā)生剪切破壞、有無過量變形、是否存在拉力區(qū)和裂縫、防滲土體是否發(fā)生水力劈裂，以及為壩體穩(wěn)定分析和與土壩銜接建筑物的設(shè)計(jì)提供依據(jù)等。

按照筑壩材料在壩內(nèi)的配置可將土壩分為：①均質(zhì)土壩：壩體主要由一種筑壩材料筑成。②多種土質(zhì)壩：壩體由幾種筑壩材料筑成；防滲料位于壩體中間或上游。③心墻土壩：防滲料位于壩體中間，上下游壩殼為單一的透水料。④斜墻土壩：防滲料位于壩體上游，下游為單一的透水壩殼。另外，按施工方法土壩可分為以下三類。

土壩碾壓壩

利用碾壓機(jī)具分層壓實(shí)筑壩材料。碾壓壩比較密實(shí)，完工后沉陷量較小，一般不超過壩高的1%，抗剪強(qiáng)度較高，壩坡較陡，節(jié)省工程量。這種壩歷史悠久，使用最廣。世界上絕大部分土壩都是碾壓壩。以干容重作為控制碾壓的標(biāo)準(zhǔn)，上壩土料的含水量應(yīng)控制在最優(yōu)含水量附近。碾壓壩所用的碾壓機(jī)具多種多樣，從人工硪夯到各種不同功率的機(jī)械夯碾，可根據(jù)筑壩材料和氣象條件選用，并通過現(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)確定最優(yōu)碾壓參數(shù)，如碾壓層厚度和碾壓遍數(shù)等。

土壩水中填土壩

分層將土填入靜水中，土的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)被水崩解，在運(yùn)土及填土自重作用下得到壓實(shí)。所用土料要求遇水容易崩解濕化。水中填土壩塑性大適應(yīng)變形能力強(qiáng)，基本不用碾壓機(jī)具，填筑受氣候影響小，對(duì)料場(chǎng)含水量要求不嚴(yán)格；但施工工序較復(fù)雜，填土干容重低、含水量高，其強(qiáng)度低、壓縮性高，壩坡比碾壓壩緩，完工后沉陷量較大。施工期壩坡穩(wěn)定為控制大壩安全的關(guān)鍵，應(yīng)嚴(yán)格控制填土含水量和壩體上升速度并需設(shè)壩內(nèi)排水。水中填土壩先在蘇聯(lián)得到發(fā)展，中國已建成700多座。壩高達(dá)61.4m的山西汾河水庫水中填土壩建于1960年，為當(dāng)時(shí)世界上最高的水中填土壩。

土壩水力沖填壩

利用水槍、挖泥船等水力機(jī)械挖掘土料，和水混合一起，用泥漿泵通過輸泥管送到壩面由土埝圍成的地塊中，水經(jīng)由排水管排到壩外，土粒沉淀下來，在自重及排水產(chǎn)生的滲透壓力作用下得到壓實(shí)。如地形適宜，泥漿可經(jīng)由渠道自流進(jìn)入壩面，這在中國被稱為水墜壩。水力沖填壩適用于透水性較強(qiáng)的砂性土，可連續(xù)作業(yè)，工效高，不用運(yùn)輸及碾壓機(jī)具。這種壩施工期間填土完全被水飽和，干容重和強(qiáng)度均低，壓縮性高，并在壩體上部形成“流態(tài)區(qū)”，對(duì)上下游壩坡施加泥水推力，易招致滑坡和裂縫，需放緩壩坡，設(shè)壩內(nèi)排水，并限制大壩上升速度。第二次世界大戰(zhàn)后蘇聯(lián)曾在齊姆良、古比雪夫等一些大型水利樞紐上修建規(guī)模巨大的水力沖填壩。中國建造了很多水墜壩，其中以廣東省68m的高坪壩為最高。

由土、砂或石塊構(gòu)成主體部分和不透水材料（如粘土或混凝土）構(gòu)成壩心的壩。土壩主要是用壩址附近的土料，經(jīng)碾壓、拋填等方法筑成的擋水建筑物。這類壩的筑壩材料可以就地采取，并且壩體具有柔性，能適應(yīng)地基變形，對(duì)地基的地質(zhì)條件要求比混凝土壩、漿砌石壩等剛性壩要低。土壩的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，工作可靠，便于維修、加高和擴(kuò)建，施工技術(shù)也容易掌握，便于機(jī)械化快速施工。因此，土壩是國內(nèi)外廣泛采用的一種壩型。

施工技術(shù)和設(shè)備已有很大發(fā)展，土力學(xué)理論和實(shí)驗(yàn)技術(shù)在滲流、穩(wěn)定、分歷等方面部有了很大進(jìn)步。這些都是建造高土壩的有利條件。

土壩的類型：（1）按壩體材料及防滲體的設(shè)置，有均質(zhì)土壩、粘土斜墻壩、粘土心墻壩及多種土質(zhì)壩等。（2）按施工方法的不同，土壩可分為碾壓土壩、水力沖填狽、水墜壩、水中倒土壩及土中灌水壩等。

土壩形式的選擇，應(yīng)根據(jù)壩址的地形地質(zhì)條件、建筑材料的數(shù)量、性質(zhì)和運(yùn)距、氣候條件、施工條件等因素綜合研究確定。