个人对水工设计的一点体会

——谈谈土石坝设计

    什么叫土石坝？土石坝就是指由土、石料等当地材料填筑而成的坝。在各地建成的大坝中，
土石坝占了

95%以上，尤其是小型水库工程中的大坝基本上是土石坝。正因为数量如此之多，

也就成了除险加固工程的重头戏。
       土石坝设计的重点在坝基坝体防渗、坝坡抗滑稳定及泄洪建筑物（溢洪道、泄洪洞）设
计。在正常运用与非常运用的情况下，都不能出现渗透与滑动破坏，发生洪水时不能出现泄
洪受阻，乃至造成坝顶漫水等灾难性事故。
       土石坝渗流分析内容包括：确定坝体浸润线；确定渗流流速与渗透比降；确定渗流量。
土、石料属于散粒材料，具有较大的孔隙率，存在渗流不可避免。土石坝的防渗体包括心墙、
斜墙、铺盖、面板等，其材料常用黏土、砼、沥青砼等；随着土工材料技术的发展，利用土工
薄膜做防渗体的工程已有建成。黏土材料防渗体的设计倒不是关键所在（在土石坝设计书籍
中都有介绍），而是取决于工程施工质量，尤其是干密度、含水率、压实度等的控制是施工
成败的关键。在土石坝除险加固设计中，采用较多的是增设黏土斜墙，或砼防渗墙，或黏土
井柱（又称为黏土套井回填）等，其防渗效果都比较明显。
       关于渗流允许坡降的计算，规范中的推荐公式只适用于无黏性土，对黏性土其计算结
果明显偏小，过于保守。事实上黏性土存在的黏聚力是有利于渗流稳定的，根据有关文献，
可以考虑黏聚力的三分之一参与渗流允许坡降的计算。从现有大量的小型土石坝运行情况看，
用黏性土建造的土坝，下游坝坡的渗流稳定性是能满足要求的，不需要进行特别处理。
       关于坝坡的抗滑稳定性，显然无黏性土要好于黏性土，这是因为无黏性土的内摩擦角
比黏性土大，其自然休止角大，故坝坡坡度相对可陡一些，像砼面板堆石坝的坝坡一般不
大于

1：1.5，从而筑坝工程量大幅减少，投资也较省，但对防渗要求就高得多。在土石坝尤

其是土坝的设计中，对上游坝坡在水位骤降期的稳定性应引起足够重视，其局部滑坡问题
并不鲜见，这就需要设计人员正确对待，尽量将不利因素考虑得周全一点，并且应在设计
说明中明确提出水库的调度运行原则，对水位的降幅与时间提出控制标准。（注：在水闸设
计中也有这个问题，对闸孔的开闭顺序、开度调节等也要提出明确的要求。）此外，在农林
开发热潮中，部分水库成了旅游景点，坝顶兼作交通道路，因此在坝坡的抗滑稳定分析中
应计入车辆荷载的作用。
       土石坝的泄洪建筑物主要采用岸边溢洪道。采用正槽还是侧槽取决于地形条件，并尽量
采用正槽溢洪道。在相同溢流宽度的条件下，正槽比侧槽的过水能力要大。在溢洪道设计规
范及设计教科书中，对泄槽段的布置，建议不用或少用弯道；在条件允许时当然应该这样
做，但从大量的小型水库情况看，这一要求往往很难满足。曾有一座小型水库的溢洪道对着
一座民房，感觉非常惊讶，据了解由于多年没来大洪水，溢洪道出流量不大，未威胁到民
房的安全；虽然如此，但一颗心肯定是悬着的。后在加固设计时，采用弯道泄流以避开房子。
所以，受地形条件制约，将泄槽布置成弯道是不可避免的，关键是如何合理地选择弯曲半
径（有条件时可设置缓和曲线）及设置两侧导墙，保证水流平顺，留足安全超高。
       在溢洪道设计中，应该密切关注泄槽底板及消力池底板的抗冲与抗浮稳定问题。某省一
座大型水库的溢洪道，因设计考虑不周，建成投用不到十年，其消力池底板便出现了严重
的冲刷破坏，不得不花费

100 多万元进行加固。在泄槽段，由于流速大，动水压力作用显著，

抗冲问题不容忽视。同时，为避免底板浮动，无论是岩基还是土基都应在底部设置良好的纵
向与横向排水系统，其中一般土基上可设置直径

10~20cm 的排水管，岩石地基可开挖